高溫高壓連接器絕緣性能改善的工藝研究

孔曉峰

摘要：本文通過對典型的高溫高壓連接器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合其絕緣性能的影響因素，提出了一種改善連接器絕緣性能的工藝方法。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了工藝方去的可行性與有效性，解決了實(shí)際生產(chǎn)中的問題。

關(guān)鍵詞：絕緣電阻;連接器;表面處理

0引言

高溫高壓密封連接器是一種廣泛運(yùn)用于油氣測井中各功能模塊之間，提供電氣連接的特殊連接器。其需要在井下惡劣的高壓力、高溫度環(huán)境下，保持連接器的電連接、電接觸性能。在某型典型結(jié)構(gòu)高溫高壓的使用過程中，持續(xù)出現(xiàn)連接器焊接前、后，絕緣電阻降低的現(xiàn)象。

本文從分析典型連接器結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合絕緣電阻的基本定義及絕緣性能影響因素，分析了絕緣降低的根本原因，并根據(jù)原因提出了“在陶瓷絕緣體表面涂覆絕緣涂層”的工藝方法，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品運(yùn)用，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該工藝方法的可行性與有效性。

1典型高溫高壓連接器結(jié)構(gòu)

高溫高壓密封連接器的使用暴露在高溫度、高壓力的環(huán)境中。例如在5000m到8000m的深井中，溫度達(dá)到177攝氏度至204攝氏度，壓力達(dá)到103MPa至138MPa。目前工藝成熟且專利放開的主要有兩種結(jié)構(gòu)：單芯注塑結(jié)構(gòu)和玻璃燒結(jié)密封結(jié)構(gòu)，本案僅討論典型玻璃燒結(jié)密封結(jié)構(gòu)的高溫高壓連接器。，

典型玻璃燒結(jié)密封高溫高壓連接器（以下簡稱連接器），所選用的導(dǎo)電及絕緣材料均滿足大于204攝氏度的耐溫要求。其采用陶瓷作為絕緣材料，與金屬外殼及中心導(dǎo)體通過機(jī)械結(jié)構(gòu)相互配合，通過玻璃燒結(jié)處理，在連接器內(nèi)部形成密封承壓結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到連接器耐溫及耐壓要求。

2絕緣電阻降低原因分析

2.1絕緣性能影響因素

2.1.1絕緣體材料

連接器絕緣材料為陶瓷和玻璃。陶瓷是電連接器使用的主要絕緣材料，具有極高的熔點(diǎn)及高溫穩(wěn)定性，良好的電絕綠性和良好的抗腐蝕能力。而玻璃經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)處理，在空間內(nèi)形成均質(zhì)的密封體，因 而具有良好的密封性，是密封連接器普遍選用的密封絕緣材料。

2.1.2絕緣體缺陷

絕緣體的加工一般選用模具成型，由于模具原因及去除絕綜體飛邊和毛刺方法的不當(dāng)，有可能會造成絕緣體表面劃傷，使絕絳體光滑致密的表面受到不同程度的損傷，增加了絕絳體吸附的可能，進(jìn)而會對連接器絕緣電阻產(chǎn)生影響。

2.1.3絕緣體污染

絕緣體的污染也會直接容易導(dǎo)致連接器絕緣失效。其污染有內(nèi)部污染和外部污染兩種情況。

內(nèi)部污染：主要是連接器陶瓷絕緣體及玻璃在成型過程中，引入金屬微粒、塵埃、低分子揮發(fā)物等 雜質(zhì)（或成型前未將雜質(zhì)沒有清除干凈）。尤其是導(dǎo)電雜質(zhì)，可在材料內(nèi)部形成導(dǎo)電通道，直接導(dǎo)致連 接器絕緣電阻不合格。

外部污染：連接器（絕絳體部分）表面附著有灰塵、鹽分、非金屬絲狀物及產(chǎn)品過程中引入的助焊 劑等。絕緣體表面被污染后，連接器在朝濕環(huán)境下，吸附的污染物與潮顯氣氛溶合，在絕絳體表面形成 電解質(zhì)水膜，是其表面變得可導(dǎo)電，會明顯降低連接器的絕緣電阻。

綜上所述：本案中連接器由于使用表面材料稀疏多空的陶瓷作為絕緣材料，而陶瓷在連接器作業(yè)過程中，受到手汗或助焊劑洗液的污染，影響了陶瓷絕緣體的表面電阻率，最終影響了連接器的絕緣性能。本案中，由于連接器為指定某國外供應(yīng)商，絕緣體材料的影響無法避免。因而主要對污染物影響進(jìn) 行分析驗(yàn)證。

2.2污染物分析?

2.2.1助焊劑殘留影響.

經(jīng)檢測液、固態(tài)助焊劑在同等則試條件下的絕緣電阻值分別為40MΩ和≥10GΩ。說明助焊劑在高 濕度情況下吸潮，從而能夠在連接器絕緣體表面形成導(dǎo)電膜，從而影響連接器的絕絳性能。

對焊接連接器進(jìn)行溫濕試驗(yàn)，并記錄焊接前后絕緣電阻。結(jié)果顯示：焊接前，絕緣均大于10GΩ; 而焊接后，大部分連接器絕絳性能普遍降低，最低的僅為150MΩ。測試電壓均為：測試電壓為500Vd.c。可見，助焊劑殘留在高濕條件下會絕緣性能產(chǎn)生比較大的影響。

2.2.2汗?jié)n污染影響.

圖2顯示了連接器陶瓷體表面在不同狀態(tài)下受污染的程度。圖中從左至右，連接器陶瓷體表面的狀態(tài)依次為：正常作業(yè)狀態(tài)、正常作業(yè)后附著手汗?fàn)顟B(tài)、清洗后狀態(tài)。

對圖2中狀態(tài)的高溫高壓連接器進(jìn)行溫、濕度試驗(yàn)，監(jiān)測連接器中心導(dǎo)體與金屬外殼之間的絕緣電 阻。結(jié)果顯示連接器絕緣體受汗?jié)n污染后，連接器絕緣電阻隨著相對濕度的增大而明顯減小，當(dāng)相對濕 度在65%時(shí)，連接器絕緣電阻已低于5000MΩ，不符合連接器絕緣要求。

3改善與驗(yàn)證

根據(jù)以上分析連接器陶瓷絕緣體在作業(yè)過程中極易受到汗?jié)n等污染，這是由于陶瓷絕緣體表面的孔隙率較大，極易粘附污染物，且較難青洗干凈。同時(shí)由于陶瓷體孔隙的存在，也具有一定的吸潮性。陶 瓷體吸潮后，粘附在陶瓷體上的污染物與潮濕氣氛熔合，在絕緣體表面形成電解質(zhì)水膜，使其表面變得 可導(dǎo)電，會明顯降低連接器的絕緣電阻。

因此，通過對連接器陶瓷體進(jìn)行表面處理，以改善陶瓷體的表面孔隙，防止作業(yè)過程中污染物的附 著并進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)調(diào)研，選取一種高溫絕緣處理劑：ZS-1091，對連接器進(jìn)行清洗并烘焙后，在陶瓷表面涂敷絕緣漆，固化后，陶瓷體表面孔隙明顯減小，表面明顯光滑，如圖3所示。同時(shí)分別對涂敷絕絳漆的陶瓷體表面進(jìn)行認(rèn)為的汗?jié)n污染后，進(jìn)行溫、濕度試驗(yàn)，監(jiān)測連接器中心導(dǎo)體與金屬外殼間的絕緣電阻。

結(jié)果顯示，連接器陶瓷絕緣體在經(jīng)過絕緣漆涂敷后，連接器絕緣電阻值有改善提高;連接器陶瓷體涂敷后即使附著汗?jié)n，絕緣性能比未涂敷連接器有顯著提高。

連接器在絕緣體材料選定后，其絕緣性能與絕緣體表面的污染有直接和密切的關(guān)系。如果絕緣體受到汗?jié)n和助焊劑的污染，當(dāng)遇到高溫高濕的環(huán)境條件，就會導(dǎo)致電連接器的絕緣電阻急劇下降，嚴(yán)重時(shí) 直接出現(xiàn)絕緣電阻不合格的現(xiàn)象。而當(dāng)陶瓷絕緣體在清潔干凈后，表面進(jìn)行絕綠漆涂敷，可以減 少過程中污染物在絕緣體表面的附著，從而達(dá)到提高連接器絕綠性能的要求。

4結(jié)束語

本文通過對典型的高溫高壓連接器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合高溫高壓連接器絕緣性能的影響因素，提出了通過涂敷絕緣漆，以改善高溫高壓連接器絕緣性能的工藝方法。通過試驗(yàn)驗(yàn)證了工藝方法的可行性與 有效性。該方法同樣適用于類似結(jié)構(gòu)的其他高溫高壓連接器。

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