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微矩形高压电缆的装配技巧

工作在1~12 kV之间或更高电压下的连接器,称之为高压连接器。高压连接器要求特别注意爬电距离、介质的介电强度、接合面压力,这些条件对高压连接器完成它们特有的功能来说都是至关重要的。如何焊接好高压插头就是保证电缆质量的关键。微矩形高压电缆组件使用的HR001-6T连接器,其外型属扁平的小型电缆头,内部空间狭小,结构紧凑,与其配套使用的电缆线规格为SYV50-2-2同轴电缆,与该插头对接的是高压产品的插座HR001-6Z。该电缆的装配质量直接影响到高压产品的性能,是高压产品的生命线。HR001-6T连接器在装配生产中主要工序包括焊接前电缆线的预处理和插头的焊接。在电缆的预处理中,电缆的剥制尺寸、高温套管的穿套、屏蔽丝的扭合成型等操作都有较高的技术要求和技巧;在插头的焊接中,对插头和电缆的保护,焊接温度的设置,焊接时间和焊锡量的控制,焊接后的处理等都是操作过程中的关键点。

1 电缆组件特点分析

微矩形高压电缆组件由HR001-6T镀金高压矩形插头和SYV50-2-2线缆组成,线缆与连接器完成装配后,在壳体内灌注环氧树脂以提高其耐压性能。HR001-6T的外形如图1所示。

HR001-6T矩形插头主要由连接器壳体和盖板两部分组件,盖板及腔体底面需粘结绝缘薄膜,连接器结构紧凑,装配时需要将电缆的屏蔽层焊接在连接器壳体的侧面上,将电缆内导体焊接在连接器壳体的焊杯上,如图2所示。

HR001-6T矩形插头在装配过程中屏蔽层焊接难度较大:屏蔽层的焊接面为连接器壳体侧壁,焊点的大小、焊点的位置是决定爬电距离、顶面盖板、底面聚酰亚胺薄膜是否装配干涉的关键因素。由于侧壁的高度尺寸约5 mm,屏蔽层拧成束后的直径约为1.5 mm,屏蔽层距离壳体顶面、底面的距离约为1.75 mm,焊点的分布空间较小,因此,屏蔽层的焊接难度较大。

SYV系列的电缆四层结构:内绝缘层材料为聚乙烯,外绝缘层为聚氯乙烯,内导体为单芯铜线,屏蔽层为铜线网状编织层,聚乙烯、聚氯乙烯的耐热性能较差,在高温条件下容易出现电缆绝缘层损伤。

高压电缆组件装配后需满足以下要求:

a)高压1 min,无打火、击穿;

b)外观无多余焊锡;

c)电缆及连接器的绝缘介质无损伤;

d)线缆的内绝缘层伸入盖板不小于1.5 mm。

高压电缆组件装配过程中有以下难点:

a)屏蔽焊接过程中如何避免对连接器及线缆造成热损伤;

b)高温焊接后如何保证插针位置不偏斜;

c)屏蔽焊接后如何保证其焊点不影响盖板的装配;

d)如何控制标识套管与线缆之间的间隙,以保证套管在线缆上可移动,但不得自由滑动。

2 微矩形高压电缆的装配流程

微矩形高压电缆的装配流程如图3所示。

1)在装配准备工序中需用酒精对连接器进行清洁处理,保证内腔无油脂等多余物,避免影响焊接、灌注质量;

2)下料工序需准备长度合适的线缆,并检查线缆的外观及内绝缘层有无损伤,检查内导体及屏蔽层是否存在氧化变色现象;

3)制作电缆标识工序需采用热转移印字的方式制作标识,对每根电缆进行编号,保证生产过程中产品具有唯一性;

4)装配工序主要完成电缆内导体与连接器焊杯的焊接,电缆屏蔽层与连接器壳体的焊接,绝缘薄膜的粘结;

5)灌注工序完成对内腔的环氧树脂的灌注,以提高耐压性能;

6)检验工序主要对外观及电气性能进行检查。

3 装配过程控制要点

3.1 焊接前电缆线的预处理

3.1.1电缆标识制作

在贝迪标识套管上打印电缆名称、编号及年月,将套管穿套在线缆上后用电吹风均匀热缩,温度设置为130~150 ℃。为保证标识套管能在线缆上移动(便于后期根据实际空间调整套管位置)和避免线缆热损伤,在进行热缩前,在线缆与套管之间裹覆2层0.1 mm厚度的聚四氟乙烯薄膜,热缩后取出。

3.1.2电缆的尺寸确定

电缆的下线长度控制很重要,电缆的一端外皮剥制尺寸定为10 mm,因为焊连接器上的两个“小辫子”尺寸需要8 mm。如果剥制尺寸太长就会费时,太短又不便于操作,并且造成“小辫子”扭不紧,影响后续的操作。如果两插头根部之间的长度X,加上两端各10 mm的剥制长度,加上电缆相应的公差值d,其电缆下线尺寸应为Y=X+16(mm)+d,按照此方法确定电缆加工长度,成品电缆的长度尺寸一定是在图纸要求的公差范围内(如图4所示)。

3.1.3高温套管的穿套

电缆剥制完成后,进行屏蔽丝挑散(如图5所示),需先套上5 mm×D 2.5 mm的聚四氟乙烯套管,套管要深入电缆内3 mm,否则焊接时的高温会烫伤电缆内介质层;再将屏蔽丝尽量均匀地分成两股。在套高温套管时,防止将个别屏蔽丝带入电缆内介质内,否则焊接时高温套管就没有起到应有的隔热作用,介质会烫破变形,造成电缆在使用过程中打火。

3.1.4屏蔽丝的扭合成型

该操作工序对后续的焊接影响很大,操作时需先用手把电缆屏蔽丝理顺后扭合在一起,然后用平口钳将屏蔽丝再度拧紧,使其不至于轻易地松散;再用镊子将扭好的两股丝成型,成型的尺寸要把握好,尺寸过大就放不进插座内,尺寸过小焊接时又会造成屏蔽丝够不到插头内壁,造成电缆报废(如图6所示)。成型好后用镊子用力把拐弯处的屏蔽丝压成扁平形状,这就是为什么要用平口钳把屏蔽丝拧紧的原因了,若没有拧紧,就会在将屏蔽丝压扁时,使拧在一起的屏蔽丝松散,这样焊接时会造成焊点过大。

最后,将成型好的两股丝镀上焊锡,采用温控烙铁进行镀锡,设置温度为240 ℃,补偿温度70 ℃,留拐弯处的1.0~1.5 mm,其余的剪去,再留3.5 mm的内介质,保证内介质露出高温套管外的长度不小于1 mm。这是因为焊接后,腔体内灌注环氧树脂,要让内介质层和插针焊点四周充分被环氧树脂包裹,插针才不会与壳体产生打火现象。剥出内导体镀锡,留约2 mm内导体,其余剪去,电缆的预处理就完成了。

3.2HR001-6T连接器的焊接

HR001-6T连接器内腔体空间狭小,金属外壳受热面积大,散热快,焊接难度大,焊接时,应注意以下操作技巧。

3.2.1保护连接器和电缆外观

为避免非焊接表面沾上多余焊锡,影响连接器外观,在连接器腔体的非焊接表面粘贴高温胶带(如图7所示)。

焊接前,在插头腔体底部放入一片0.2 mm的聚四氟乙烯薄膜,保护电缆外皮不被烫伤;焊接后,待连接器冷却,取出薄膜。

3.2.2对插头焊接部位进行预镀锡

首先在插头上套上专用模具,以保证插针焊接过程中不偏心。采用温控烙铁对焊杯预镀锡,设置温度为240 ℃,补偿70 ℃;然后用吸锡编带把焊杯内的焊锡吸出,否则电缆内导体无法完全深入焊杯内。助焊剂的作用是清除金属表面的氧化物、硫化物、油和其他污染物,并防止在加热过程中焊料继续氧化。同时,还具有焊料与金属表面的活性、增加浸润的作用[1]。

镀锡前,在待焊部位涂抹松香水,再用温控烙铁对插头两侧内壁预镀锡,设置温度为320 ℃,补偿70 ℃。所镀锡量不可过多,在焊接的部位预镀薄薄一层焊锡即可,镀锡量过多会影响成型好的电缆端头无法放入插头内(如图8所示)。

3.2.3电缆焊接

焊接是将焊料、被焊金属同时加热到最佳温度,依靠熔融焊料填满被焊金属间隙并与之形成合金的一种过程。从微观角度分析,焊接包括两个过程:润湿过程及扩散过程。

焊接热容量大的焊点时,烙铁头温度下降幅度大,焊接热容量小的焊点时,烙铁头温度下降幅度小。因此,在实际操作中,应根据被焊接件的热容量大小设定烙铁温度[2]。将成型好的电缆端头放入插头内,外绝缘皮进入高压矩形连接器腔体内大于1.5 mm进行焊接,焊接时控制好锡量和焊接时间,当看到锡量流到屏蔽丝下面时,就马上抬起烙铁,时间不可太长,否则焊锡会流到插头的底面,造成真正焊接处锡量不够和底面聚酰亚胺薄膜装配干涉的问题,时间过短会造成堆锡现象,接合面形成合金不充分,也就是我们常说的虚焊(如图9所示)。

焊接质量的判定依据为:焊点表面应为半弓形凹面,成裙摆状拉开,表面光洁、明亮,有金属光泽,外表应光滑、饱满,不得有拉尖、裂缝、褶皱、夹渣等现象[3]。

3.2.4焊接后的处理

焊接完成后待焊点冷却,用较干的酒精棉球清洗焊点,避免助焊剂和酒精侵入绝缘皮内;待插头完全冷却后才可拔下模具,因为包裹插针的绝缘介质与外壳之间是用环氧树脂类胶粘接的,遇热就会软化,如果插头还有余热时就拔下模具,会使介质与外壳之间松动造成缝隙或者错位现象,造成插头损坏。

4 装配效果

微矩形高压电缆由于内部空间狭小,操作困难,屏蔽层焊接质量控制是电缆在装配过程中的关键技术控制点。在焊接过程中,对存在热损伤的部位采取隔热措施,严格控制焊接工具、焊接时间,可有效避免屏蔽层焊接过程中的热损伤。通过控制屏蔽层的成形尺寸和操作细节,可有效避免焊点导致的装配干涉。通过对非焊接部位的保护,可以有效保证连接器的外观要求。

按照以上的控制要点进行装配,降低装配过程对操作者自身技能的依赖,产品的装配质量一致性较好,电缆组件的外观及电气性能合格率达到100%。

5 结束语

本文重点解决了电缆预处理过程中电缆的剥制尺寸、高温套管的穿套、屏蔽丝的扭合成型等操作难点问题;详细介绍了在插头的焊接中对插头和电缆的保护、焊接温度的设置、焊接时间和焊锡量的控制、焊接后的处理等操作关键点。对HR001-6T连接器高压电缆的生产过程中的难点和操作技巧进行了总结,把多年的工作进行了系统总结,将自己的经验与大家分享,对HR001-6T连接器高压电缆的生产操作者有很好地借鉴意义。

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