水密电连接器水密失效分析与思考

曹 政，刘向明

(海军驻沈阳地区电子系统军事代表室辽宁沈阳110144)

1 引言

随着我国蓝海战略的实施和海洋工程、石油勘探等设备的快速发展，水密电连接器应用日益广泛，担负着水密条件下信号和能量传输的关键作用。由于贮存、安装使用、维护等各环节对水密特性的不良影响，水密电连接器使用过程中水密失效问题经常发生，影响设备正常使用。因此，总结分析水密电连接器水密失效典型故障，找到故障产生根源，提出行之有效预防措施，提高水密电连接器工作可靠性有着重要的作用。

2 常用水密电连接器水密原理

根据密封原理不同，水密电连接器主要分为密封圈机械式密封、整体硫化或灌胶式密封、机械与硫化灌胶混合式密封三大类。密封基本原理分别为:

2.1 密封圈机械式密封水密电连接器

多为金属外壳连接器，主要以压缩密封圈的机械密封结构实现对接密封。产品对接端和电缆连接部位都采用密封圈压缩的机械密封结构，使用时需要在水面上将所有电气设备与连接器连接妥当，确保连接器对接面无表面潮湿、水滴、凝露等等影响连接器电性能的不利因素，再放入水中。密封胶圈密封对水密连接器的使用环境要求较苛刻，适用于不需要经常插拔或可在较好的维护条件下对接的环境。其特点为密封结构可拆卸，方便使用、维护。

图1 密封圈机械式密封水密电连接器原理图

2.2 整体硫化或灌胶式密封水密电连接器

采用非金属外壳，以刚柔啮合结构密封。插头采用弹性较大的柔性橡胶材料，插座由刚性较强的橡胶或塑料材料制成。所谓刚柔啮合原理就是接插后靠材料的弹性“补偿”接触面之间的间隙，在湿式或水环境中实现对水和气的密封作用。其特点是结构简单，不导磁，密封效果好，工作水深大。

图2 整体硫化或灌胶式密封水密电连接器原理图

2.3 机械与硫化灌胶混合式密封水密电连接器

采用金属外壳，对接端采用机械密封结构，插头或插座尾附件与电缆连接部位采用硫化密封，其特点是产品结构简单，成本低，但需要客户具有硫化设备及成熟工艺。

图3 机械与硫化灌胶混合式密封水密电连接器原理图

3 常用水密电连接器典型故障失效机理

常用水密电连接器密封失效主要因为密封型部件的失效，表现为因互换性问题或密封圈材料造成的密封圈失效;硫化或灌胶密封材料与壳体、尾附等密封部位粘接失效;

3.1 密封圈失效

按照失效机理不同，常见的密封圈失效的形式有安装损伤、密封件卷曲、过度压缩、挤出、磨损、永久压缩变形、化学腐蚀、气体析出材料损失和热腐蚀等九种，见图4至图12。其解办法如下:

3.1.1 安装损伤

安装损伤表现为密封圈全部或部份呈现整齐伤口。其造成原因有:使用时密封圈装配未到位、密封圈尺寸不合适、密封圈硬度或弹性过低、密封圈表面有污物、润滑不足、沟槽锋利等造成边角划伤密封圈。

3.1.2 密封件卷曲

密封圈卷曲表现为其表面明显呈卷曲并伴有扭转纹路。其造成原因有:使用安装材料太硬或弹性太小的密封圈、O形圈表面处理不均匀、沟槽表面粗糙、润滑不足等造成等。

3.1.3 过度压缩

过度压缩表现为密封圈接触表面呈现平面变形，并可能伴随裂纹。造成此类问题的主要原因有设计不合理，没有考虑到材料由于热量及化学介质引起的变形，或由于压力过大引起。

3.1.4 挤出

挤出可使密封圈边缘粗糙破烂，一般通常在压力低的一侧。造成此类问题的主要原因有间隙过大、压力过大、材料硬度或弹性过低、沟槽空间太小，间隙尺寸不规则、沟槽边角过于锋利以及密封圈尺寸不合适等。

3.1.5 磨损

磨损使密封圈全部或部分密封区域产生细纹，可在密封表面找到材料磨损颗粒。其造成原因为:密封表面光洁度不够，密封环境渗入磨损性强的污物，密封圈产生相对运动，密封圈表面处理不彻底等。

3.1.6 永久压缩变形

永久压缩变形使密封圈表面呈现平面永久变形。其造成原因为:压力过大，温度过高，材料没有完成硫化处理，材料本身永久变形率高，材料在化学介质中过度膨胀。

3.1.7 化学腐蚀

化学腐蚀可引起密封圈的各种缺陷，如发泡，破裂，小洞，或褪色等，有时化学腐蚀仅可通过仪器测量其物理性能而得知。其造成原因为:材料与介质不符或温度过高。

3.1.8 气体析出材料损失

气体析出材料损失通常较难检测，密封圈通常表现为截面尺寸减小。其造成原因有:材料硫化处理不当，高真空或高压密封使用环境，材料硬度过低，或使用了带有增塑剂的材料。

3.1.9 热腐蚀

热腐蚀后密封圈的高温接触表面呈现径向裂纹。另外，有的材料可能会变囫或因温度过高而使材料变得有光泽。其造成原因主要有:材料不能承受高温，或温度超出预计温度，或温度变化过快，过于频繁。

图4 安装损伤

图5 密封件卷曲

图6 过度压缩

图7 挤出

图8 磨损

图9 永久压缩变形

图10 化学腐蚀

图11 气体析出材料损失

图12 热腐蚀

3.2 硫化或灌胶密封失效

常用水下分离连接器由于其接触体独立密封结构多采用硫化或灌胶密封，其接触体直接硫化成型，尾部附件和电缆也采用硫化或灌胶一体成型，金属接触体、尾附件与橡胶或树脂灌胶粘接性能直接决定其密封性能。水密电连接器可在潮湿、水滴、凝露甚至水下进行对接与分离。最常见的硫化或灌胶密封失效的形式及其解办法如下:

3.2.1 硫化粘接处失效

硫化粘接处失效主要表现为接触体与橡胶或金属尾附与橡胶硫化粘接处开裂产生间隙，造成漏水、密封失效。其造成原因有:硫化过程处理不当，硫化过程胶联剂应用不当，使用时对接分离用力过猛超出粘接强度，环境介质对硫化部位产生化学腐蚀。主要解决办法为:合理硫化，合理选用耐环境介质硫化橡胶和胶联剂，对接分离涂润滑剂，规范操作。

3.2.2 灌胶粘接处失效

灌胶粘接处失效主要表现为金属尾附、壳体与环氧树脂等灌封材料粘接处开裂产生间隙，造成漏水、密封失效。其造成原因有:灌封过程处理不当，温度冲击材料收缩不一致造成粘接处开裂，振动撞击造成粘接处开裂。主要解决办法为:合理灌胶，避免使用环境温度急剧变化，规范操作避免振动撞击。

4 预防水密失效的思考

根据水密电连接器典型故障模式的失效分析和多年验收水密电连接器经验，提出以下使用水密电连接器失效的预防措施。正常情况下，水密电连接器是能够避免人为因素的。

4.1 使用过程中应采取的预防措施

4.1.1 密封圈失效的预防

(1)为预防密封圈安装损伤、卷曲、过度压缩、挤出、磨损、永久压缩变形、化学腐蚀等变形失效，水密电连接器应在每次对接使用前取下可分离的密封圈，进行认真检查，观察其是否有变形破损等，在确认无误后将其充分润滑，安装于规定的密封位置上再进行对接操作。

(2)为预防密封圈永久压缩变形、化学腐蚀、气体析出材料损失热腐蚀等失效，确保水密电连接器避免接触非规定要求的环境介质，避免腐蚀性液、气体腐蚀密封部件。

4.1.2 硫化或灌胶密封失效的预防

为预防硫化或灌胶密封失效，水密电连接器使用前应检查其主要密封部位是否有裂纹，开胶，老化失效等外观缺陷，对接前涂润滑剂，规范操作，避免产品受到强温度冲击、避免振动撞击。用户如有试验条件，使用前可作水密或气密打压试验。

4.2 生产企业提高售后服务水平

目前，电连接器行业竞争激烈，各生产企业急于抢占市场，售后服务未能同步跟进。针对产品海量和用户点多面广的实际情况，破解售后难题不力，售后服务队伍建设滞后、技术沟通渠道不畅通、质量反馈机制不健全、装备保障响应不及时和售后服务效率低下等问题不同程度存在，影响了用户使用需求和企业产品质量的持续改进。因此，各企业售后服务必须同步建设，着眼于用户使用需求，眼睛向内，下功夫提高售后服务质量和水平，在为用户服好务的同时，也为自身赢得可持续发展的机遇和空间。

4.3 产品使用说明书

由于水密的特殊用途属性，水密电连接器属于比较“娇气”的器件，不能与普通电连接器同等对待。从实际发生的问题看，引发水密失效的一个重要因素就是生产企业没有随产品同时交付使用说明书，导致其水密特性没有引起用户足够重视，产品在交付后容易在贮存、装配、使用维护等环节出现问题。因此，生产企业要编制操作性强的使用说明书，对贮存环境、安装使用方法和常见故障分析及排除方法等重要事项详尽说明，并随产品同时交付，正确指导用户按预期储存、使用、维护、检修和更换水密电连接器，必将大大降低水密失效等故障发生。

5 结论

水密电连接器散布在海洋工程、石油勘探等设备的各个系统和各个部位，担负着信号和能量传输的关键作用，没有可靠的水密电连接器，就没有可靠的系统。通过对水密电连接器典型故障分析和预防措施的研究，可根据故障根源排除各种隐患，为提高水密电连接器使用的可靠性提供科学依据。

［1］ 张国光，水下电接插件的密封结构，海洋通报，1993.4.

［2］ 徐灏，机械设计手册，机械工业出版社，1991.

［3］ 杨奋为，电连接器检验技术基础，2008.