坑压式接触件压接可靠性的可视化分析

林殿夫，青 春，张孟君，毛文陆，刘玺伟，王 璐

(沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳，110144)

1 引言

线束产品是设备电路网络的主体，其中以连接器与导线线芯的电连接最为关键。为满足连接器向小型化方向发展，绝大多数采用坑压式压接，而其压接质量问题常具有隐蔽性，往往在投用很久后才逐渐暴露，近年来线束产品的问题屡见不鲜。当前压接标准中规定的检验方法以耐拉力、接触电阻等性能数据为主，对微观组织的检验分析方法还不够深入，因此对压接的微观组织可视化研究应运而生。

2 坑压式压接

2.1 坑压式压接原理

坑压式连接器具有小体积、高密度，接触件取送方便等优势，这基于接触件与导线的坑压式压接的结构[1]。坑压式压接是通过压接钳来完成，通过控制压力以及钳口位移，接触件的压接筒沿着导线四周产生机械压缩和变形，直至将导线压紧、固定于接触件中，从而使导线、压接筒之间形成致密的、永久性的电连接和机械连接，并形成坑窝压痕。

图1 坑压式接触件压接结构

图2 接触件压接导线截面示意图

图3 压接导线后的接触件图

2.2 过压

在压接过程中，应避免过压情况的发生。过压情况会导致接触件与导线之间空隙过小，增加压接筒对线芯的径向剪切，线芯造成损伤，截面形状发生畸变，甚至使压接筒压接处裂碎，影响电导通[2]。过压有可能由压接档位选择过小、接触件延展性不足、导线镀层与接触件镀层不一致或其它原因引起，需要更换合格且档位适宜的压接钳进行压接，或采取其它相应措施予以避免。

2.3 欠压

在压接过程中，应避免欠压情况的发生。欠压情况会导致接触件与导线之间空隙过大，耐拉伸、弯折、振动的能力均会削减；导线线芯送入压接筒不到位、压接钳档位不正确、接触件与线芯的规格不匹配均会促使欠压情况的发生。所以应认真考虑压接钳档位、接触件、导线的匹配度，压接时导线线芯送入至以观察孔可观测到的位置为准。

3 压痕

压接档位与接触件、导线线芯三者不匹配会导致压接质量变差，接触件和导线线芯一般在设计阶段就已确定，不易更改，因此压接档位的选择尤为关键，档位过小会导致接触件过压，档位过大会导致欠压。

以M22520/1-04压接钳为例，分别调至1～6档位对某系列20#接触件以及适配的FF46-2 1×0.5mm2导线进行压接，通过DWQ-10定位器确定接触件压痕的轴向位置。每次压接前使用通止塞规对钳口尺寸进行校检，校检结果合格，如表1所示。

表1 钳口尺寸校检情况

将导线剥去适宜长度的绝缘皮后送入压接筒，线芯通过观察孔后进行一次压定，不重复压接，压接后将压接筒部位在电子显微仪下调焦投影成像。

当使用1～2档位压接时，压接筒的压痕过深，尤其通过1档位压接的压接筒，其镀层、观察孔已严重变形，甚至通过观察孔可隐约看到内部线芯的损伤，因此接触件过度的压缩形变会导致接触件与线芯连接的可靠性的降低，压接处耐拉伸、弯折、振动等机械性能严重衰退，导电性能不足。

当使用6档位压接时，压接筒的压痕过小、过浅，线芯松动，拉脱力可能无法达到预期。对于其可能存在欠压情况，压痕显微图无法直观判断，须结合截面金相图来判断。

当使用3～5档位压接时，压接筒的压痕适中，因此选取这三个档位各5个接触件压接相同导线，并进行耐拉力、耐弯折测试试验，结果如表2～3所示，三个档位耐拉力值均符合相关标准(国内标准85N，美军标准89.2N)，4档位为最优档位。因此4档位压接的压痕深度和形状可作为同类接触件压接合格的辅助参考之一。

表2 M22520/1-04压接20#接触件、20#导线耐拉力能力测试结果

表3 M22520/1-04压接20#接触件、20#导线耐受弯折能力测试结果

4 截面金相

根据压痕可以用肉眼直观判别出过压情况，但相比较而言，欠压情况没有过压情况明显，因此针对欠压情况尚需一种直观的判别方法。

选取第3章所述的接触件、导线、工具分1～6档进行压接，压接流程同第3章所述，压接后进行切取、镶样、打磨、腐蚀、成像。具体如下：

(1)用切线钳将导线于压接筒边缘处进行剪切，也就是去除压接筒外部的导线。

(2)选取热固型PF2A4-161J酚醛模塑料粉末做镶粉，该物质不与酒精反应，便于成像前擦拭。将其与接触件一同送入镶嵌机，调制高温、高压状态，使接触件和残留导线加热至150℃后保持15min，最终接触件被固化后的镶粉致密包裹，并露出边缘以备研磨，如图4所示，中部为接触件，四周为热固后的镶样粉。

图4 镶样后的坑压式接触件

图5 研磨后的坑压式接触件

(3)将接触件边缘研磨至露出压接筒上的实际压接处，一般为压接筒入口和观察孔的中位点，研磨粗磨、细磨、抛光等三个步骤进行：粗磨时使用落地式砂轮机进行磨制，并采用水冷方式进行冷却，防止接触件和砂轮摩擦产生的热量使接触件和导线的金属组织发生变化；粗磨后的接触件经冷却、洗净、吹干后在粗砂纸、细砂纸上进行研磨，同方向重复一定次数后旋转90°继续细磨；细磨后留下的表面粗糙处使用抛光红外碳硫分析仪进行抛光，使接触件的粗糙度Ra降低至0.04以下。研磨后的效果如图5所示。

(4)根据接触件材料控制腐蚀液的组份及配比浓度，常见的接触件材料有锡青铜、铍青铜等，依据试验经验，采用表4所示的腐蚀液。

表4 腐蚀液组分及配比浓度表

(5)将镶样粉包裹的样件置于金相分析仪物镜下，投影出截面金相图，图像如图6～11所示。

从这些图像，同档位下的四个压接坑窝都沿压接筒圆周均匀排布且深度一致，但随着档位升高，接触件的形变程度降低。该种导线共有19股线芯，分三层排布，从内至外分别具有1、6、12股。每股线芯横截面由压接前近似圆形变为压接后的多边形，边数与其相邻股线和相邻压接筒边界数量之和相等，以五边形、六边形居多，这说明每股线芯的受力面较多，因此受力均匀。但线芯的形变和受损程度随档位降低而增加。

通过6档位压接的线芯排布十分松散，耐拉力值无法达到预期，尤其在配套装备遇冷时，线芯受热胀冷缩效应远大于接触件，增加了线芯从接触件中脱落的风险，因此线束在低温环境中的故障率较高[3]。而1～4档位下线芯与线芯之间、线芯与接触件之间的空隙率均不足10%，它们形成了气密性连接。

在1～2档位下的接触件和线芯的形变程度最大，线芯面积较压接之前的残存率低于60%，可能存在过压情况，截面金相图无法直观判断，须结合压痕显微图一起分析。

由表2～3数据可知，4档位的机械可靠性最高，因此其截面金相图可作为同类接触件压接合格的辅助参考之一。

5 总结

利用压痕可清晰观测出接触件的过压情况，但对于欠压情况并不明显；而截面金向图可直观识别出接触件的欠压情况，但对于过压情况还需要借助运算软件计算压缩后的形变量和空隙面积，较为繁琐。单独使用上述任意一种可视化图像也均需要耗费大量人力物力，无法适用于大批量的检测分析，必须将二者进行综合分析，方可直观地、清晰地、快速地摄取较为精准的实际压接情况，洞悉压接导线线芯的受压情况，分析出接触件压接的可靠性水平。

与传统的机械试验检测方法相比，本方法具有多方面优势：

(a)在目镜下，用肉眼便可观察得出结论，节省人力、设备、时间等成本；

(b)传统的机械试验破坏性更大，试验后接触件、导线状态均发生变化，无法二次复验进行追溯，本方法只磨掉了接触件压接筒的后半部分，随时可进行二次复查；

(c)观察效果更清晰，可洞悉每一根线芯的实际情况，从细节处查找问题；

(d)传统方法是测量拉力、弯折次数等性能参数的间接方式，本方法为直接方式，逻辑上更贴合实际。