軍用電磁繼電器失效分析研究
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3．3 電弧放電對(duì)觸頭電接觸失效的影響
在電磁繼電器觸頭閉合的過程中，由于簧片自身的彈性，觸頭處會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的回跳。當(dāng)兩個(gè)觸頭距離較小而兩端電壓較大的情況下會(huì)出現(xiàn)擊穿電弧(燃弧)。觸頭轉(zhuǎn)換包括吸合過程和釋放過程。吸合過程可分為靜合觸頭分?jǐn)噙^程、動(dòng)觸頭自由運(yùn)動(dòng)過程、動(dòng)合觸頭閉合過程，釋放過程可分為動(dòng)臺(tái)觸頭分?jǐn)噙^程、動(dòng)觸頭自由運(yùn)動(dòng)過程、靜臺(tái)觸頭閉合過程。因此觸頭轉(zhuǎn)換一次(包括線圈吸合和釋放)會(huì)出現(xiàn)4次燃弧過程和至步兩次回跳。觸頭轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的觸頭間隙預(yù)擊穿和回跳現(xiàn)象，所產(chǎn)生的電弧是觸頭材料的侵蝕是造成電磁繼電器電接觸失效的主要原因。
在電感負(fù)載中，特別是電動(dòng)機(jī)，開始通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，因而起動(dòng)電流就大。一般情況下，起動(dòng)瞬態(tài)電流應(yīng)是平均電流的5～15倍。如果選用的電磁繼電器余量過小，起動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)起動(dòng)電流會(huì)大大超出繼電器的接觸電流范圍，電磁繼電器動(dòng)作吸合過程中由于剛接觸時(shí)簧片的彈性，會(huì)產(chǎn)生短時(shí)問的同跳現(xiàn)象，正是瞬態(tài)接觸電流最大的時(shí)候，因接觸面積不夠大，產(chǎn)生吸合接觸瞬態(tài)大電流而接觸面積又小的情況，從而產(chǎn)生接觸電弧，電弧又產(chǎn)生高溫，使接觸點(diǎn)周圍的金屬熔化。
在觸頭接觸瞬間由于觸頭表面金屬熔化并且觸頭緊密接觸，觸頭間會(huì)被熔化金屬焊接住，也就是發(fā)生動(dòng)熔焊現(xiàn)象。觸頭間發(fā)生動(dòng)熔焊后若分?jǐn)鄷r(shí)機(jī)械系統(tǒng)提供的分?jǐn)嗔^小，則會(huì)出現(xiàn)分?jǐn)嗍?，兩個(gè)觸頭無法正常分開?；靥^程中熔化的表層金屬會(huì)在觸頭間發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而形成針刺或者圓坑(見圖5)。另外發(fā)生動(dòng)熔焊現(xiàn)象的觸頭分段瞬間，熔焊金屬也會(huì)附著在某個(gè)觸頭表面并再次電弧放電，導(dǎo)致觸頭表面粗糙，下次無法正常接觸。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201809/388672.htm
在電弧放電過程中，若環(huán)境中氧氣濃度較大，還會(huì)導(dǎo)致觸頭表面被氧化形成氧化膜，進(jìn)而影響電接觸性能甚至導(dǎo)致性能不合要求而失效。
3．4 殘留物與殘留氣體對(duì)電磁繼電器失效的影響
電磁繼電器的殘留物來源主要有如下兩個(gè)方面：一是生產(chǎn)過程中清洗工藝不足導(dǎo)致的殘留；二是使用一段時(shí)間后由于振動(dòng)環(huán)境影響或者疲勞老化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)附著物脫落或者破碎。而殘留氣體主要來源是使用過程中內(nèi)部材料釋放的雜質(zhì)氣體。
殘留物由于殘留位置的不確定性會(huì)導(dǎo)致機(jī)械卡死等問題，殘留氣體主要是會(huì)污染腐蝕部件，尤其在觸頭處微粒的堆積會(huì)形成微粒污染膜，氧化物、硫化物、氯化物等環(huán)境氣氛會(huì)形成腐蝕膜，表面水蒸氣結(jié)成水膜后會(huì)形成化學(xué)腐蝕膜，有機(jī)物氣氛會(huì)形成有機(jī)化學(xué)膜。實(shí)驗(yàn)
表面，密封繼電器的生產(chǎn)工藝過程中涉及的松香、真空膠和ZnCl2是形成這種觸頭表面各類污染膜的主要因素。污染膜的形成會(huì)導(dǎo)致電磁繼電器觸頭的接觸電阻過大甚至超標(biāo)而失效。
3．5 密封失效對(duì)電磁繼電器失效的影響
密封失效的原因主要是兩類：一是封裝工藝不合格導(dǎo)致的密封失效；二是玻璃絕緣子破裂(見圖6)導(dǎo)致的密封失效。玻璃絕緣子的破裂常常伴隨著引線及引線焊接處的斷裂或損傷而使整個(gè)電磁繼電器失效。密封失效后各種外部雜質(zhì)和有害氣體(水汽，鹵素氣體等)會(huì)進(jìn)入腔體，引起電磁繼電器的失效，其失效機(jī)理類似于殘留物和殘留氣體引起的失效。
4 失效案例分析
4．1 失效案例一
失效背景：GJQX-20M／028-12型電磁繼電器失效件為2006年生產(chǎn)，出廠前已進(jìn)行外觀檢查、絕緣電阻測(cè)試、耐壓測(cè)試、三溫測(cè)試等項(xiàng)驗(yàn)收試驗(yàn)，存放期間還要進(jìn)行外觀檢查、絕緣電阻測(cè)試、耐壓測(cè)試、三溫測(cè)試、振動(dòng)試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、跳流試驗(yàn)等項(xiàng)定期檢驗(yàn)。此次失效件已出廠使用2年左右，在使用中用來控制信號(hào)燈，負(fù)載電流170 mA。失效時(shí)出現(xiàn)常開觸點(diǎn)和動(dòng)觸點(diǎn)常閉合現(xiàn)象，動(dòng)觸點(diǎn)不可控。產(chǎn)品開罩后發(fā)現(xiàn)動(dòng)簧片已不在常閉點(diǎn)上，而處在常開點(diǎn)和常閉點(diǎn)之間。
失效分析：失效檢測(cè)項(xiàng)目及結(jié)果如表2所示。由于失效件已被開封可以直接進(jìn)行鏡檢觀察，發(fā)現(xiàn)動(dòng)簧片處在常開點(diǎn)和常閉點(diǎn)之間。用探針去撥動(dòng)簧片發(fā)現(xiàn)動(dòng)簧片已失去彈性，檢查動(dòng)簧片整體發(fā)現(xiàn)動(dòng)簧片在根部處已斷裂。將繞組線圈部分拆除，取出簧片觀察從動(dòng)簧片斷裂口可以判斷出是由于機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的斷裂。一般簧片斷裂可以分為三種情況，第一種是由于在生產(chǎn)加工中對(duì)材料造成了機(jī)械損傷導(dǎo)致其材料本身的強(qiáng)度降低，在振動(dòng)條件下所產(chǎn)生的外應(yīng)力使其斷裂，但是在對(duì)動(dòng)簧片檢查時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)動(dòng)簧片受到機(jī)械應(yīng)力損傷的痕跡，因此排除了此種可能性。第二種是動(dòng)簧片本身在材料上存在某種缺陷使其強(qiáng)度降低，在振動(dòng)條件下所產(chǎn)生的外應(yīng)力使其斷裂，但是根據(jù)對(duì)斷裂口的鏡檢觀察，沒有發(fā)現(xiàn)金屬新舊斷裂面的存在和金屬結(jié)構(gòu)異常情況存在，因此也排除此種可能性。第三種就是完全因?yàn)橥鈶?yīng)力導(dǎo)致其斷裂，作為簧片本身存在彈性，彈性是在簧片可變形的運(yùn)動(dòng)方向，而垂直簧片運(yùn)動(dòng)方向的外應(yīng)力相比之下就非常容易使簧片斷裂。
根據(jù)現(xiàn)場反應(yīng)：該繼電器是安裝在控制盒的內(nèi)壁之上，在機(jī)上的振動(dòng)一定會(huì)產(chǎn)生垂直于簧片運(yùn)動(dòng)方向的外應(yīng)力，如果控制盒內(nèi)壁材料強(qiáng)度不高或跨度較大，在振動(dòng)時(shí)還發(fā)生振動(dòng)放大，因此可判斷出此次動(dòng)簧片的斷裂是由于在機(jī)上使用時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生與動(dòng)簧片運(yùn)動(dòng)方向相垂直的外應(yīng)力所致。
失效分析結(jié)論：該電磁繼電器失效是由于在飛機(jī)上使用時(shí)的振動(dòng)產(chǎn)生了和動(dòng)簧片運(yùn)動(dòng)方向相垂直的外應(yīng)力。致使動(dòng)簧片斷裂，導(dǎo)致整個(gè)繼電器的這一組功能失效。
評(píng)論