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1、电气的失效分析8.1概述失效分析就是对失效的产品进行深入的物理化学分析，并对产品的使用状况 进行分析，找出失效的原因，为改进产品的设计，制造乃至使用提出依据，产品 的可靠性级别每提高一级，都需要把设计和工艺提高一大步。其中尤其重要的是 对产品失效原因进行准确分析。一失效分析的发展概况国外从60年代以来，随着电子设备及元器件可靠性工作的广泛，深入的开 展失效分析的地位和作用日益突出。我国从60年代末期起，在晶体管器件领域开展了较系统的失效分析工作， 七十年代以来逐步扩大到其他元器件，80年代以来这方面的工作进一步深化。 从80年代起，我国还开展了对低压电器，尤其是对弱电系统中用的继电器的失 效机
2、理的研究工作，二失效分析的特点（一）电器的结构原理及制造特点1）结构上有电磁，机械以及电接触等不同功能的结构部分组成。2）所用材料的品种多。3）生产流程长。4）零件加工要求精密。5）受环境影响大。6）装配，校正大多采用手工操作，人为因素的影响较大。（二）电器失效分析中的困难性由于电器的上述特点，使失效分析出现困难的原因如下：1）产品失效的原因多而复杂。2）寿命实验中存在偶然因素。3）触头表面分析的取样存在很大困难。4）使用的分析设备多。（一）电器失效分析的特点1）涉及的工作面宽。2）要求的知识面广。3）应熟悉可靠性试验。4）应熟悉关键分析设备的使用方法及其对样品的要求，并要求合理的使用 贵重设
3、备，提高经济效益，5）可靠性试验人员应与失效分析人员相结合。8.2电器失效分析的程序一失效分析程序的确定原则（一）根据分析的对象决定分析的侧重点1）生产过程中的失效，重点应查找加工工艺过程中引起失效的原因，并 应以失效现象为基础，针对工艺过程对产品性能影响的物理，化学机理来安排工 作的内容和顺序。2）对于产品研究性阶段的失效，主要应该根据设计要素的影响来安排分析 程序。3）对于现场失效产品的分析，出考虑产品设计机器制造工艺外，还要考虑 使用条件的版画以及误用的可能性安排分析程序。（二）失效的模式电器的主要失效模式为：1）物理结构失效。2）性能特性失效。3）接触失效。二一般的分析程序虽然根据不同
4、的分析对象及不同的失效模式有着不同的分析的程序，但就以 般情况而言，典型的分析程序如下：（一）失效信息的收集1）对分析对象（个别地失效样品或众多样品中的共同失效现象）进行失效 的原始现象的调查。2）辨别样品型号，生产厂家，出场日期，以便向制造厂进行信息反馈。（二）鉴别失效模式（三）样品检查（四）描述失效特征（五）假设失效机理并作进一步分析（六）纠正措施8.3电器失效分析的方法和技术根据电器的特点及其主要失效模式，其失效分析方法可分为非破坏性物理结 构分析，特性参数分析，表面分析等。一非破坏性物理结构分析（一）分析的范围1. 物理结构参数（1）间隙与间隔（2）各种力（3）镀层及表面状况2. 气密
5、性3. 异常粒子（二）分析方法及手段关于结构尺寸及力的测量，在有关电器产品的实验方法标准中对各参数的测 试方法，所用量器具的精度均作了明确的规定。X射线透视可以用于监测密封电器内的杂散粒子，对于尺寸较小的粒子，一 般采用PIND法检测。二特性参数分析（一）分析的范围1. 静态参数：电器处于稳定的工作状态下测出的电器参数。2. 动态参数：电器在激励及去激励过程中的特性参数。（二）测试及分析仪器设备采用常规的及电器产品专用的测试一起可以测出以上参数。三触头表面分析（一）表面分析的重要性电器产品的触头是完成切换功能的关键部件，是决定电器使用寿命的主要因 素，除触头设计要素（结构形状，触头压力，开距）
6、起着重要的作用外，触头材 料，触头表面，触头表面的形态也起着相当重要的作用，表面分析的现代化先进技术和设备可以提供校准确，详细的触头表面参数数 据，对材料成分进行分析的特殊表面分析设备，所提供的触头表面参数数据尤为 准确，详细。（二）触头表面分析的内容1. 粗糙度的测试。2. 粒子探索。3. 表面形貌，硬度，触头镀层厚度。4. 表面成分分析。（三）主要分析设备1. 一般测试仪器设备（1）轮廓仪（2）金相显微镜（3）扫描电镜（4）。射线镀层测厚仪2. 特殊的表面分析设备除上述一般测试仪器设备外，特殊的表面分析设备以用于触头表面形貌，化 学成分，其中常用的的有带电子探针的扫描电镜，俄歇电子能谱仪，
7、离子探针等。8.4继电器的失效模式及失效机理一继电器的失效模式继电器的四种典型失效模式如下：（一）结构失效1）零件断裂2）漏气3）错位（二）特性及动作失效（三）接触失效1）开路电压过低2）接触压降过高（四）误用失效结构失效可能引起致命故障（继电器卡死或触头接触不良），也可能使电器 参数（如绝缘）变坏，特性及动作失效会影响寿命可靠性，乃至形成致命故障使 电接触失效。触点失效是导致电接触失效的最直接的原因，误用失效除引起结构 失效外，多半是导致电接触失效。二继电器的失效机理（一）结构失效（二）特性及动作失效特性失效是指特性参数偏离正常值而对电路产生影响。动作失效是指产品不 能可靠动作发生卡死或动作
8、不灵活造成致命故障。1. 特性参数值偏离正常值（1）吸合电压（电流）增大（2）释放电压（电流）减小（3）接触电阻增大及接触电阻不稳定（4）触点回跳时间增长（5）绝缘电阻减小2. 触点严重电磨损在时间参数上的反映。3. 机械环境条件作用下的触点抖动。4. 卡死，不动作。（三）接触失效接触失效是继电器各种失效模式的最终反应，结构，特性，触点及误用的失 效最终都会影响到继电器的接触性能，其中触点的失效是直接导致接触失效的最 主要原因。1. 开路电压过低造成触点开路电压过低的原因如下：（1）触点熔焊，衔铁拒动，衔铁或触点动作机构卡住，断裂等。（2）动，静触头之间有金属桥或被污染物粘连。(3) 燃弧时间
9、过长，甚至持续燃弧。(4) 触点支撑绝缘件表面沉积金属粉末或碳化物以及由于机械和环境应 力的作用，使绝缘电阻明显下降。2. 接触压降值过高造成接触压降值过高的主要原因有：(1) 触点表面的状态(2) 触电压力不够(3) 材质缺陷3. 偶然失效(1) 由于通断过程中的机械冲击力合火花放电清理了触点表面膜，改善 了表面接触情况，使接触电阻下降。(2) 粒子污染。4. 误用失效(1) 安装不当。(2) 工作电压不足。(3) 触点负载选择不当。8.5接触器的失效模式及失效机理一接触器的失效模式(一) 触头灭弧系统故障(1) 触头电磨损过于严重。(2) 主，辅触头熔焊。(3) 触片脱落。(4) 辅助触头
10、接触不良。(二) 电磁系统故障(1) 吸合电压过高。(2) 释放电压过低。(3) 线圈断线。(4) 电磁铁噪声严重。(三) 绝缘击穿或相间短路故障(四) 机械故障二 接触器的失效机理（一）触头电磨损过于严重的机理（1）选用不当（2）使用类别不当（3）直流负载电路的时间常数过大和交流负载电路的功率因数过低（4）接通电路时浪涌电流太大（5）操作频率过高（6）触头超行程和触头终压力值偏小（7）三相触头不同步（二）触头熔焊的机理（1）触头震动时间过长（2）接通电流太大（3）选用不当（4）短路事故（三）触片脱落的机理当触头焊接不良时，触头材料在电弧热应力的作用下，首先在焊层孔隙处发 生断裂，并向上弯曲，
11、最后造成触片脱落。（四）辅助触头接触不良的机理（1）触头表面的污染（2）触头表面有油污，异物（五）吸合电压过高的机理（1）反力弹簧的反力太大（2）触头超程及触头压力过大（3）衔铁位于打开位置，衔铁与铁心间的间隙过大（4）接触器安装位置不当（5）运动部分卡死（六）释放电压过低，甚至线圈断电后不能释放的机理（1）剩磁吸力过大（2）机械卡死（3）衔铁闭合位置的反力过小（七）激磁线圈断线的机理（1）线圈工作电压过高（2）线圈工作电压过低（3）线圈电流过大（4）线圈制造时绝缘不良（八）电磁铁噪声严重交流电磁铁产生噪声的原因有两个：一个是硅钢片材料在交变磁场作用下产 生磁致伸缩，引起震动；另一个是当衔铁所受电磁吸力的最小值小于闭合位置反 力，引起衔铁周期性振动。（九）绝缘击穿和相间短路（1）绝缘壳壁的金属化（2）电弧对绝缘部件的热影响（3）灭弧罩的相间隔板破碎（十）机械故障接触器的机械故障主要表现在各零部件，特别是可动部件和受冲击部件的过 度磨损，变形及损坏。
