安装应力对于电磁继电器使用的影响

佀明森，马鸿斌

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

1 引言

电磁继电器是一种在航天、航空、兵器、船舶以及电子等领域被广泛应用的自动控制元器件，在军工领域和民用各领域的控制系统、通讯系统和遥控系统中占据着重要位置，是国防装备、先进工业和民用设备所不可或缺的基础元器件之一[1-2]。而在所有电子元器件的失效问题中，电磁继电器占据了很高的比例，是电子元器件失效的重灾区[3]。因此，对于电磁继电器失效分析则是一项十分具有挑战性的工作。

2 质量问题概述

某用户反馈，某款大功率密封电磁继电器(简称A继电器)在他们单机产品进行某方向振动试验后加电测试时，出现一组常开触点不通的故障。多次试验后，故障复现。随后将失效的A继电器从单机上拆解下来，单独对其进行加电测试，A继电器恢复正常，多次测量，故障均不复现，外形图见图1所示。

图1 A继电器外形图

3 失效分析

3.1 失效产品检查

对失效的A继电器进行外观检查、X光内部检查、电参数测试，均未发现异常情况。根据产品失效现象，很有可能是由于产品内部存在多余物导致，因此对A继电器进行多方向、多次PIND(微粒碰撞噪音)测试，测试结果显示并未出现多余物波形，因此基本可以断定该失效现象不是由于多余物造成，后续还需经过拆壳分析确定。

3.2 故障复现

根据现场实际情况，在试验室模拟A继电器安装，采用螺钉锁紧A继电器两侧的安装板，使其固定，加电测试，可以听到产品内部有动作声响(衔铁转动碰撞声音)，初步判断产品磁路部分能够工作。随后对A继电器进行测量，故障复现，与用户现场出现的失效现象一致。随后将紧固螺钉松懈后，复测继电器失效现象消失，继电器正常导通。综合失效现象和故障复现情况，可以基本断定为安装过程导致产品失效，还需要进步一分析。

3.3 分析过程

A继电器为《军用继电器系列型谱》(GJB/Z39.2-2001)中规定安装方式“3”规格，安装板与罩壳平面为平齐，在装配过程中采用专用工装夹具定位保证。安装板点焊过程中先点焊一侧的安装板，点焊完批后再更换夹具点焊另外一侧的安装板，点焊过程中均以罩壳为定位基准。但是在实际安装板点焊过程中，受点焊冲击抖动及定位精度的影响，点焊后安装板与罩壳非理论上的平齐，会存在一定的误差。即继电器外壳与安装板不在一个平面，会出现安装板略低于外壳平面的现象，见图 2所示，一般高度差不会超过0.10mm。经测量，A继电器安装板与罩壳最大高度差约为0.16mm。

图2 A继电器与理想状态下继电器外形图

图3 A继电器安装在平板上时受力图

当继电器安装板与罩壳平面存在不平齐时，继电器两侧用螺钉固定安装在平板上，则会出现继电器罩壳优先于一侧安装板而接触安装平板，此时罩壳会受到平板作用力，进而影响到产品内部结构，从而导致产品失效，见图3所示。

随后，对A继电器进一步拆壳分析，在显微镜下对内部结构进行观察：内部结构完整，无多余物，因此可以排除多余物导致产品失效的可能。支架、轭铁、线包等结构牢固，线圈引出线焊接牢固，无虚焊、脱落等异常，衔铁无歪斜。对触点簧片进行检查，常闭触点接触良好，用顶针推动衔铁后，观察常开触点接触良好，触点具有明显超行程(超行程为动簧片与常开静触点接触后继续移动的位移，表征常开触点压力)，触点簧片无裂纹、形变等损伤，接触部位无异常多余物，触点表面存在正常的烧蚀形貌。

结合图3和图4对失效问题进行理论分析：当产生的压力F3较大时，会使外壳产生变形，由于外壳与继电器内部结构为过盈配合，当外壳变形时，会使继电器内部结构也产生变形，导致推动产品触点动作的推动球的位置随之发生变化，图4中黑色圆圈代表动作前正常状态的推动球位置，蓝色圆圈代表受力变形后非正常状态的推动球位置，红线代表内部结构形变方向。可以看出，当推动球位置变化时，图4左侧触点组合会率先完成动作，而右侧触点组由于推动球位置后移，导致推动球不能按照原来的距离移动下推动触点组动作，进而导致右侧常开触点组动作不能到位，表现为动作后常开触点不通的失效现象，与实际分析结果一致。

图4 A继电器推动球位置变化示意图

综上所述，经测试分析，A继电器电参数、内部结构无异常，内部无多余物，因此可以确定在安装后A继电器出现失效的原因是：外壳受安装外力影响，内部结构受到外力作用发生变化，导致常开触点不能导通。

该问题在继电器失效分析中属于容易被忽略的一种失效模式，后续措施可以通过在安装板下增加垫片或者使安装板沉到罩壳底面下方的措施来解决。

4 结语

本文以一种大功率密封电磁继电器为研究对象，对其在使用过程中产生的失效现象进行实际分析和理论分析，通过此次失效分析把此种容易被忽视的失效模式引出，进而找出其失效根源和解决办法，为相关从业者提供一种可借鉴性的分析模式和解决方式。