航空電轉(zhuǎn)換器的損傷原因分析及修理

程道良 吳 進

（國營蕪湖機械廠，蕪湖 241007）

現(xiàn)代航空設(shè)備主要通過開關(guān)、按鈕、繼電器、接觸器等器件來實現(xiàn)電信號的轉(zhuǎn)換與控制，這些器件的轉(zhuǎn)換主要依靠各類觸點偶的動作來完成。這些觸點偶遍布航空器內(nèi)的各控制部位，具有數(shù)量多、分布范圍廣、工作通斷動作頻繁等特點，觸點性能將直接影響航空器性能，進而影響飛行安全。因此，深入研究航空器內(nèi)電轉(zhuǎn)換器的工作原理，分析觸點故障的形成原因并提出合理的維修方法，將有助于提高航空器性能。

1 工作原理

1.1 開關(guān)、按鈕的轉(zhuǎn)換工作原理

開關(guān)、按鈕利用外力帶動觸點偶的兩個觸點在接觸或分離間進行轉(zhuǎn)換，使電路接通或斷開，實現(xiàn)對電路的轉(zhuǎn)換控制。此類轉(zhuǎn)換器的觸點相對較小，通斷過程中觸點上的力較小，同時，觸點上通過的負載電流也較小。

1.2 繼電器、接觸器等電動轉(zhuǎn)換器的工作原理

繼電器、接觸器等電動轉(zhuǎn)換器利用電磁鐵通電時所產(chǎn)生的電磁吸力吸引銜鐵運動，銜鐵通過連接裝置帶動觸點動作接通或斷開來轉(zhuǎn)換電路，從而實現(xiàn)對電路的通斷控制。此類轉(zhuǎn)換器主要用于對高電壓、大電流電路的轉(zhuǎn)換控制，因控制電路上的能量較大，對轉(zhuǎn)換用觸點偶間的損傷也會較大。此類觸點控制的電路功能重要度一般較高，為保證轉(zhuǎn)換器觸點使用的可靠性，此類觸點檢查維修的要求也相應(yīng)較高，下面重點對此類觸點損傷進行深入分析，并給出相應(yīng)的維修方法。

2 觸點損傷原因分析

各類電轉(zhuǎn)換器在工作時，觸點由于受到機械撞擊、空氣化學腐蝕作用，表面金屬材料易產(chǎn)生損耗，或者金屬作定向轉(zhuǎn)移而被磨損，從而使觸點表面出現(xiàn)積炭、燒蝕、凸凹變形等情況，影響觸點接觸電阻、接觸壓力和觸點偶之間的間隙參數(shù)，進而影響其工作性能。觸點故障的表現(xiàn)形式有接不通與粘連兩種極限狀態(tài)，也就是接觸不良或分斷不良。影響或者形成觸點接觸電阻主要有以下5個方面的原因。

2.1 觸點相互撞擊和壓力因素

若要降低觸點偶間接觸電阻，就需要給觸點偶施加足夠的壓力。閉合的觸點偶在斷開的瞬間，接觸電阻會隨著接觸壓力的減小而增大，接觸部位的溫度也會隨著接觸電阻增大而升高，因此在設(shè)計制造電轉(zhuǎn)換器時需要保證觸點偶的工作接通時間短、斷開速度快，這就要求必須保證觸點有一定的通斷速度和適當?shù)慕佑|壓力。如果觸點的接觸壓力小，在觸點閉合后，觸點偶之間的接觸面積就會變小，甚至兩點之間存在假連接，從而導(dǎo)致接觸電阻過大或產(chǎn)生電弧燒蝕。此時，加上外界振動因素影響，觸點偶將出現(xiàn)接觸不良問題，從而又更加加劇觸點的損傷，并以此形成惡性循環(huán)，最終可能導(dǎo)致電轉(zhuǎn)換器故障。如果接觸壓力過大，同時觸點頻繁動作時，撞擊力就會隨之加大，加上工作中的觸點溫度較高，金屬更容易作定向轉(zhuǎn)移，形成燒蝕、凹凸變形等現(xiàn)象，影響觸點接觸質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 觸點典型損傷

2.2 環(huán)境溫度、振動因素

在夏季，繼電器、接觸器和電門的觸點接觸電阻增大現(xiàn)象要比平常高出許多，尤其在南方梅雨季節(jié)，此類現(xiàn)象尤為明顯，這主要是由夏季高溫、潮濕的環(huán)境所造成。在高溫高濕下的環(huán)境下，觸點表面氧化過程會加快，極易產(chǎn)生不導(dǎo)電的金屬氧化物。金屬氧化物覆蓋在觸點表面后，觸點的接觸電阻顯著增大，同時高濕的水汽很容易凝結(jié)在金屬觸點的表面形成一層水膜，在觸點通斷時嚴重影響觸點的接觸電阻及電阻絕緣性能，使觸點不能正常工作。

此外，電轉(zhuǎn)換器的觸點會隨著飛行中航空器的振動而一同振動，振動時產(chǎn)生的加速度可達重力加速度的幾十倍。由于電轉(zhuǎn)換器觸點靠磁性或彈性保持接觸，在振動情況下會造成接觸電阻變化甚至拉弧，進而對電轉(zhuǎn)換器造成損傷。

2.3 電路電流、電弧因素

觸點在通斷大于80～100mA的電流下不可避免地會產(chǎn)生電弧放電現(xiàn)象，這是因為觸點在接通或分離的瞬間，當觸點偶之間的間隙非常小時，兩個觸點之間會形成較強的電場，從而擊穿氣體薄膜并產(chǎn)生電火花。如果觸點控制的是感性電路，那么觸點之間所產(chǎn)生的自感電動勢便會更加強烈，形成的電弧時間也就更長。由于電弧所產(chǎn)生的高溫會使觸點氧化加快，嚴重時電弧的高溫會使觸點材料熔化并濺出、蒸發(fā)或轉(zhuǎn)移，從而縮短觸點壽命，甚至使觸點粘接不能正常工作。

2.4 觸點材料因素

觸點材料一般應(yīng)滿足化學穩(wěn)定性、抗電侵蝕性和抗熔焊性好等特性要求，電弧持續(xù)時間短，金屬轉(zhuǎn)移少、轉(zhuǎn)移平坦，并具有電導(dǎo)率高、熱電率高、熔點高，蒸氣壓低、加工性能好等特點。航空電轉(zhuǎn)換器的觸點材料主要是采用貴金屬合金材料制作，如Ag、AgCu、AgPd、AgSnCeLa、AuNi、AuPdPt、 PtIr、PtNi、PtRu、PdIr等。近年來，我國新研制出使用非貴重金屬合金代替貴重金屬合金來制作觸點，如WRe10與PtRu10組合的材料。

選用航空電轉(zhuǎn)換器的觸點材料時，通常需要結(jié)合其適用范圍和使用環(huán)境來選擇合適的合金材料。例如，航空發(fā)動機點火裝置的觸點材料一般選用PtIr25合金觸點的繼電器；鹽霧和硫化氣氛下不應(yīng)選用純銀觸點繼電器等。表1為一些電觸點材料經(jīng)各種氣氛腐蝕后接觸電阻的最大變化情況。

表1 電觸點材料接觸電阻的最大變化情況

2.5 觸點形式、表面狀況因素

觸點常采取不同的形狀或接觸形式以便于觸點接觸和通斷，常見的觸點形狀和接觸形式有對平觸點（面接觸）、對扁圓觸點（點接觸）和一平一圓觸點（點接觸）等。

觸點表面目視是光滑的，但實際上表面微觀是凹凸不平的，因而觸點偶相接觸時，接觸面并不是完全的面接觸，而是只有接觸面上的一部分凸點相接觸，經(jīng)過觸點的電流也只從這些相接觸的凸點通過，如圖2所示。由于接觸電阻的存在，電流通過觸點時，電流被集中收縮，使電流密度增高、電阻加大。當觸點長期進行通斷工作時，易在表面形成氧化、積炭等，進而使接觸電阻顯著增大。此外，如果觸點表面粘有塵土、油污及汗液等，都會影響觸點的接觸電阻，降低觸點的通電性能。

圖2 觸點的接觸表面微觀示意圖

3 觸點維修及防護

3.1 觸點的常用維修

3.1.1 開放式或非密封式的繼電器觸點維修

開放式或非密封式的繼電器觸點維修一般可采用從粗打到細磨的方法，修理后應(yīng)有效去除觸點上的積炭、燒蝕、凹凸變形等，并保證觸點接觸面積和觸點高度。碰傷、斷口、凹坑、破裂的零件可在焊接后用03號金相砂紙進行打磨修理，如無法修復(fù)的零件則需要進行換新處理。處理后金屬外表面不允許有碰傷、斷口、凹坑、破裂，允許鎘、鋅、銀鍍層全部發(fā)暗，或者出現(xiàn)不會降低鍍層性質(zhì)的斑點；允許不銹鋼零件上出現(xiàn)發(fā)黑的斑點，而鋁合金零件上允許出現(xiàn)不影響設(shè)備工作性能的白色斑點，金屬零件不應(yīng)有銹蝕。

3.1.2 維修后的檢查

維修后重新組合電轉(zhuǎn)換器件，并對其進行性能檢測，另外需檢測觸點偶的接觸點壓力、接觸電阻或觸點壓降等。

接觸點的壓力檢查一般要求在冷狀態(tài)下，并且在規(guī)定電壓或保持電壓內(nèi)，用測力計進行符合規(guī)定的檢測。例如，斷路式的接觸器常閉壓力需在斷開時檢測；通路式或轉(zhuǎn)換接觸器的常開觸點壓力則在供給繞組超過釋放電壓0.5 V時檢測（有專門要求的除外）。

觸點壓降的常用檢測方法是給觸點加上設(shè)定負載，以測量觸點上的電壓降。此方法實施起來較麻煩，在對要求不高的觸點進行修理時，也可通過換算法，使用通用高精度電阻檢測設(shè)備直接對觸點接觸電阻進行檢測。

在現(xiàn)階段維修中，主要是通過直接測量接觸電阻法檢測觸點性能，但此方法常出現(xiàn)電阻不穩(wěn)定現(xiàn)象，每次測量得到的阻值變化較大，且常有超出技術(shù)要求的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是觸點在不使用的情況下長期放置，其表面會產(chǎn)生一層極薄的氧化膜，用萬用表或毫歐表測量接觸電阻時，因觸點負載極小，氧化膜電阻會對測量值的準確性產(chǎn)生影響。此種情況下若使用壓降法進行測量，即在觸點加上一定負載，使負載電流擊穿氧化膜則得到的測量結(jié)果相對來說會更加準確。因此，若對新品密封繼電器的觸點電阻進行測量時，電阻值出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，通?？梢酝ㄟ^壓降法對觸點電阻進行測量；同時，還可根據(jù)繼電器工作類型給控制線圈施加額定的電流或電壓，使觸點多次通斷“干磨”，以破壞其表面氧化膜。

3.1.3 現(xiàn)代繼電器形式對維修的影響

為有效避免環(huán)境因素對觸點的影響，現(xiàn)代繼電器通常采用密封式結(jié)構(gòu)設(shè)計，以有效減少環(huán)境中潮濕、腐蝕氣體對產(chǎn)品的影響，且在密封繼電器內(nèi)同時封裝滅弧電路，以降低感性負載時電弧對觸點的損傷。根據(jù)此類繼電器的觸點特點，現(xiàn)階段對此類密封型繼電器最適宜的維修方法是根據(jù)制造驗收規(guī)范編制檢測修理技術(shù)要求和方法，對繼電器觸點各項性能進行檢測，符合要求則認為觸點滿足使用需要，不符合要求則對觸點實施分解維修。

新型繼電器在設(shè)計中已考慮對觸點進行保護，常用的保護方法有：根據(jù)使用需要選用相應(yīng)的材料，并對其進行具有針對性的定制設(shè)計，使觸點能夠更有效耐受使用要求；采取密封式結(jié)構(gòu)使觸點在環(huán)境快速變化的復(fù)雜條件下進行高可靠性工作；根據(jù)特殊需要在繼電器中設(shè)計相應(yīng)的觸點滅弧保護電路，以滿足不同特殊負載的觸點保護要求等。

3.2 較前沿的清洗維修技術(shù)

近年來，清洗技術(shù)越來越趨向于成熟，特別是超聲波清洗技術(shù)和激光清洗技術(shù)，這些清洗技術(shù)運用到觸點產(chǎn)品的維修中將具有良好的應(yīng)用前景。

3.2.1 超聲波清洗技術(shù)

超聲波清洗是利用超聲波在液體介質(zhì)中的空化效應(yīng)，對液體介質(zhì)所到之處的物體內(nèi)外表面進行清洗，使污物層被分散、乳化、剝離，從而達到清洗的目的。該方法可以確保凡是液體浸到的地方都能被清洗到，而不受清洗件表面復(fù)雜形狀的限制，對形狀復(fù)雜且有積炭等污染的繼電器接觸器觸點及機構(gòu)清洗具有非常明顯的優(yōu)勢。

3.2.2 激光清洗技術(shù)

激光清洗技術(shù)的工作原理是被清洗工件表面污染物在吸收激光能量后，汽化蒸發(fā)或瞬間受熱膨脹，以脫離工件表面。因不需要使用化學藥劑和清洗液，清洗后產(chǎn)生的廢棄物也基本上是固體粉末，所以激光清洗是一種綠色無污染的清洗技術(shù)。

在對電轉(zhuǎn)換器觸頭的修理過程中，清洗是極為關(guān)鍵和重要的步驟，綜合多種修理方式可以看出，傳統(tǒng)的清洗、打磨方式均難以保證修理后的產(chǎn)品性能與質(zhì)量，而超聲波清洗與激光清洗技術(shù)具有廣泛的適用性，適用于各種材質(zhì)、各類物體表面的清洗，既能較好地保證工件表面清洗效果，又能保證清洗工件不受損傷。因此在航空產(chǎn)品修理中，只有積極探索和應(yīng)用新的修理方式，才能不斷地提高產(chǎn)品修理質(zhì)量。

4 結(jié)束語

航空電轉(zhuǎn)換器的觸點維修與保護工作是保障航空器電氣控制部分正常、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)性工作，需要精細的修理維護。此外，在不同的使用環(huán)境下，需要根據(jù)修理中的損傷現(xiàn)象及損傷程度來判定并使用不同的處理方法，或者更換更為適合的觸點材料和形式，以提高維修能力，保障飛機性能和飛行安全。