某型全靜壓受感器電鍍后斷路故障分析及改進(jìn)措施

王猛 張建 趙國(guó)亮

摘要：某型全靜壓受感器在電鍍后出現(xiàn)斷路故障，本文通過(guò)原理分析、結(jié)構(gòu)分解觀察、修理件與新制件電鍍流程對(duì)比等，探討與分析故障發(fā)生的原因，通過(guò)增加超聲波清洗、改進(jìn)工裝防護(hù)方法、嚴(yán)格控制返工次數(shù)等措施，提高其使用壽命，降低故障隱患。

關(guān)鍵詞：全靜壓受感器；電鍍；斷路；改進(jìn)措施

Keywords：full static pressure sensor；electroplating；circuit breakage；improvement measure

0 引言

全靜壓受感器是飛機(jī)上的一類重要?dú)鈩?dòng)儀表，為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供總壓和靜壓信號(hào)，與大氣總溫傳感器配合，經(jīng)計(jì)算機(jī)得出指示空速、真空速等大氣數(shù)據(jù)信息參數(shù)。飛機(jī)飛行過(guò)程中空速參數(shù)非常重要，對(duì)全靜壓受感器這類產(chǎn)品要求具備高的可靠性、極低的故障率，需要有自檢測(cè)功能及故障識(shí)別能力且使用壽命長(zhǎng)等。該類產(chǎn)品大修過(guò)程中除了對(duì)其進(jìn)行功率消耗測(cè)試、空氣消耗量、空氣流量測(cè)試、靜壓系統(tǒng)氣密性檢查、全壓系統(tǒng)氣密性檢查等，還需對(duì)其管體外觀、靜壓孔直徑、劃傷凹坑、多余物等進(jìn)行檢查。外觀檢查技術(shù)要求中，在靜壓孔前后25mm范圍內(nèi)存在直徑小于0.44mm未露出基體的劃傷和壓坑等缺陷，或長(zhǎng)度小于0.5mm露出基體的劃傷或壓坑缺陷以及鍍層脫落等情況，均需重新電鍍處理修復(fù)外觀。

1 故障描述

2021年工廠接收到某型氣動(dòng)補(bǔ)償全靜壓受感器（空速管）裝飾鍍鉻任務(wù)。按照要求在鍍鉻前對(duì)電阻絲阻值進(jìn)行測(cè)量，電阻值為15Ω，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范電阻絲阻值應(yīng)在14～18Ω的要求，隨后按照電鍍工藝流程進(jìn)行裝飾鍍鉻，鍍鉻完成后測(cè)量電阻值顯示無(wú)窮大，不符合產(chǎn)品電阻阻值要求。該氣動(dòng)補(bǔ)償全靜壓受感器實(shí)物及結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2所示。

2 裝飾鍍鉻流程分析

接收到該全靜壓受感器外觀缺陷修復(fù)任務(wù)后，按照修復(fù)工藝流程，首先對(duì)該受感器內(nèi)部加熱回路電阻值進(jìn)行測(cè)量，阻值合格，符合技術(shù)規(guī)范要求；然后對(duì)其進(jìn)行有機(jī)溶劑除油清洗，去除表面油污，利用脫脂棉保護(hù)空速管導(dǎo)線部分以防止溶液滲入，用聚氯乙烯塑料布或電工膠帶保護(hù)非鍍面，保護(hù)界面向非鍍面過(guò)渡；褪除舊鎳層、舊銅層，實(shí)施預(yù)鍍鎳、鍍銅、鍍光亮鎳、裝飾鍍鉻工序后進(jìn)行外觀打磨拋光。外觀檢查合格后進(jìn)行電阻測(cè)量，阻值無(wú)窮大，不符合產(chǎn)品電阻阻值要求，判定加熱電阻絲斷路。電鍍過(guò)程工藝流程圖如圖3所示。

對(duì)該全靜壓受感器整個(gè)電鍍流程進(jìn)行分析，梳理出可能造成電阻絲斷路的環(huán)節(jié)，有褪鍍時(shí)發(fā)生電解腐蝕、電鍍槽液對(duì)電阻絲腐蝕、打磨、拋光、運(yùn)輸導(dǎo)致的振動(dòng)等。

3 全靜壓受感器結(jié)構(gòu)分解與分析

為找到該受感器電阻斷路具體位置，對(duì)該全靜壓受感器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)破壞分解，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖4所示，電阻絲一端連接正極接線頭，一端在空速管端頭部位與管壁直接連接，管壁與負(fù)極接線頭導(dǎo)通。電阻絲在受感器管體中間部位的腔內(nèi)由金屬管包裹且端頭焊接在內(nèi)壁上。電阻絲材料為鎳鉻合金絲，鎳鉻合金絲外部包裹一層高純氧化鎂用于防潮，氧化鎂外層用厚度為0.02mm（極薄）的鎳或不銹鋼皮進(jìn)行包裹防護(hù)。金屬線以線圈狀真空釬焊焊接在管內(nèi)壁上，其結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

4 故障原因分析

4.1 分解檢查電阻絲情況

對(duì)分解后的受感器電阻線圈進(jìn)行測(cè)量，每圈電阻絲兩端均導(dǎo)通且有電阻值，直至發(fā)現(xiàn)受感器端頭電阻絲回路導(dǎo)不通，發(fā)現(xiàn)電阻絲斷路位置位于受感器錐形端頭預(yù)埋電阻絲位置處。

由圖6可以看到空速管的前端部位內(nèi)壁上電鍍絲防護(hù)層已消失，且出現(xiàn)凹槽，從凹槽中可以明顯看到白色物質(zhì)。經(jīng)分析，白色物質(zhì)為電阻絲防潮絕緣層，能夠看出凹槽中的防潮絕緣不是完整的，部分已經(jīng)脫落，露出中間電阻絲。從切面部位挑出了一根長(zhǎng)約1cm的電阻絲（見圖7），可以看出電阻絲已不是完整的圓柱形。

4.2 槽液腐蝕分析

該全靜壓受感器前端有全壓孔、靜壓孔和排水孔，在電鍍過(guò)程中無(wú)法對(duì)各孔進(jìn)行封堵（因液面張力作用，封堵后電鍍孔周圍會(huì)出現(xiàn)局部無(wú)鍍層情況），暫無(wú)有效防護(hù)方法能有效阻止槽液進(jìn)入管體腔內(nèi)。電鍍過(guò)程中進(jìn)入管內(nèi)的各類槽液會(huì)對(duì)電阻絲防護(hù)管體進(jìn)行腐蝕，尤其涉及褪鎳鍍層、褪銅鍍層、弱腐蝕等工序，槽液成分中的硫酸（H2SO4）、鉻酐（CrO3）、鹽酸（HCl）、碳酸鈉（Na2CO3）等都會(huì)對(duì)管體內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕，詳見表1，腐蝕作用會(huì)使電阻絲外部防護(hù)層（鎳/不銹鋼防護(hù)層）破裂，導(dǎo)致氧化鎂裸露，氧化鎂極易吸潮，潮濕的氧化鎂導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化或者直接腐蝕電阻絲，經(jīng)多次褪鍍和電鍍后電阻絲易斷絲，測(cè)量加熱回路阻值時(shí)就表現(xiàn)為無(wú)窮大。

4.3 打磨、拋光分析

該靜壓受感器產(chǎn)品本身較敏感，在委托加工運(yùn)輸、打磨、拋光等工序中可能產(chǎn)生振動(dòng)，也容易導(dǎo)致電纜線路或電阻絲斷絲。同時(shí)，該全靜壓受感器為帶氣動(dòng)補(bǔ)償?shù)娜~制空速管，修理過(guò)程中進(jìn)行打磨拋光時(shí)，尺寸均勻下降，而其靜壓孔一般在曲面部位，產(chǎn)品的曲面尺寸為經(jīng)過(guò)計(jì)算補(bǔ)償后得到的尺寸，其正壓及負(fù)壓有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，數(shù)據(jù)的變化影響飛機(jī)在飛行過(guò)程中的數(shù)據(jù)測(cè)量精度，尤其對(duì)編隊(duì)飛行及空中打靶影響較大。修理過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制受感器管體的外部尺寸，修理后應(yīng)重新測(cè)量零件尺寸，恢復(fù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度。

4.4 新制產(chǎn)品與大修產(chǎn)品的修理流程分析

新制產(chǎn)品修理時(shí)要對(duì)其絕緣電阻或?qū)娮柚颠M(jìn)行測(cè)量確認(rèn)，確認(rèn)合格后對(duì)其進(jìn)行電鍍（導(dǎo)線部位密封防護(hù)），修理過(guò)程中嚴(yán)格控制零件腐蝕時(shí)間不得超過(guò)30s。大修產(chǎn)品與新制產(chǎn)品的最大區(qū)別是增加了褪鍍工序，利用硫酸褪除原鍍層以及其他腐蝕時(shí)間總計(jì)約1h，其腐蝕時(shí)間及工序相比新制產(chǎn)品長(zhǎng)得多。另外，新制產(chǎn)品件電鍍過(guò)程中規(guī)定了兩次超聲波清洗處理，以徹底清理干凈零件內(nèi)部的腐蝕溶液，并且對(duì)返工次數(shù)提出了嚴(yán)格要求，返工次數(shù)不得超過(guò)1次或者為了減少故障的發(fā)生禁止返工而直接報(bào)廢處理。

5 改進(jìn)措施及建議

通過(guò)以上分析，建議采取以下措施，最大限度規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，降低質(zhì)量隱患。

1）改進(jìn)工裝防護(hù)及檢查方法

改進(jìn)工裝防護(hù)方法，增加對(duì)密封程度的防護(hù)檢查，確保產(chǎn)品在電鍍過(guò)程中能夠嚴(yán)密防護(hù)導(dǎo)線部位，防止導(dǎo)線斷路；研究封堵管體內(nèi)部的工裝，解決槽液進(jìn)入管體內(nèi)部問(wèn)題；對(duì)修復(fù)后產(chǎn)品利用內(nèi)窺鏡觀察等手段，觀察管體內(nèi)部電阻絲纏繞情況及外觀，檢查有無(wú)脫落或腐蝕發(fā)生。

2）增加超聲波清洗工序

在褪鍍、腐蝕、鍍鎳工序后增加超聲波清洗工序，將受感器管內(nèi)殘留的腐蝕溶液徹底清洗干凈。

3）減少鍍覆次數(shù)

在對(duì)受感器表面修復(fù)前，認(rèn)真檢查產(chǎn)品外觀、導(dǎo)通電阻值及絕緣電阻值，檢查不銹鋼導(dǎo)管及導(dǎo)線連接狀態(tài)，對(duì)易發(fā)生故障的部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障，減少因產(chǎn)品其他故障導(dǎo)致重復(fù)電鍍的次數(shù)。另外，嚴(yán)格控制電鍍中易發(fā)生腐蝕的工序，確保電鍍一次成功，嚴(yán)格控制返工次數(shù)。

4）應(yīng)用先進(jìn)表面修復(fù)技術(shù)

隨著表面技術(shù)與修復(fù)手段的不斷發(fā)展，可利用適宜的先進(jìn)表面修復(fù)技術(shù)對(duì)該靜壓受感器表面缺陷進(jìn)行修復(fù)，如物理氣相沉積技術(shù)、冷/熱噴涂技術(shù)、電刷鍍等，避免或杜絕因管體內(nèi)部接觸槽液導(dǎo)致腐蝕或其他故障的產(chǎn)生。

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作者簡(jiǎn)介

王猛，高級(jí)工程師，從事航空裝備保障及維修工作。