摘要：在家用電器中，由于使用方便、工藝操作性強，快速連接端子得到了大量的應用，但其帶來的安全隱患也很多。大量實驗證明，在承載大電流時，安裝在器具內(nèi)部的快速連接端子的接觸電阻Zui容易受到外界影響，此外，使用環(huán)境溫度的周期性變化和端子額外應力也是兩個不可忽略的因素。采用適當技術可以低成本消除隱患。

關鍵詞：快速連接端子；接觸電阻；觸點溫升；高低溫周期變化；火災隱患

在家用電器中，由于使用方便、工藝操作性好，扁平快速連接端子得到了大量應用。但是近年來，使用快速連接端子的電器出現(xiàn)了不少產(chǎn)品質(zhì)量問題，其中高溫燒蝕殼體甚至引起火災成為主要問題。經(jīng)過分析，主要是由于快速連接端子與端片接觸電阻增大導致產(chǎn)生灼熱絲效應，加之產(chǎn)品設計時未能考慮該質(zhì)量風險，造成異常連接處與產(chǎn)品塑料殼體意外接觸，從而導致事故的發(fā)生，如圖1所示，通過內(nèi)部帶有機械應力的布線，將熱能傳遞到外殼，導致外殼燒熔。此外，國內(nèi)多個廠家出口到國外的電水壺和咖啡壺均發(fā)現(xiàn)類似問題，導致輸出國相關部門多次給出風險警示，對國內(nèi)廠商造成不良影響。

避免具有灼熱絲效應的端子連接處碰觸到塑料外殼，是目前解決這一問題的Zui直接的辦法。但是該方法會增加結(jié)構(gòu)設計的難度，并造成電器成本的上升，而且也并未消除異常產(chǎn)生的根本隱患。Zui根本的解決方法就是找出異常產(chǎn)生的原因并將該風險減少或消除。本文就從這個角度展開闡述。

1 原因分析

快速連接端子與觸片之間接觸電阻的異常增加是快速連接端子出現(xiàn)灼熱絲效應質(zhì)量安全問題的主要原因。

接觸電阻的異常增加無外乎兩個方面的原因，一是化學變化導致的接觸點氧化；二是物理變化造成觸點面積大幅減少，甚至發(fā)生斷續(xù)接觸造成電火花。正規(guī)廠家的產(chǎn)品均使用標準要求的無氧銅或合格的銅合金制造并在表面電鍍，家電使用的環(huán)境為家庭或辦公室，無異常腐蝕性環(huán)境，鹽霧試驗也證明其滿足要求，由此就排除了化學變化的可能，因此可知物理變化是造成快速連接端子發(fā)生安全事故的主要原因。

從理論上分析，可能引起快速連接端子物理變化的可能因素包括：
　　1）制造端子所用材料是否合格（影響硬度和彈性）；
　　2）端子的制造過程包括了裁切、沖壓、彎折和電鍍等多道工序中產(chǎn)生的應力；
　　3）再加工過程有壓線加工，護套套入（產(chǎn)生應力）；
　　4）電器組裝生產(chǎn)中插接和維修類多次插接；
　　5）采用了快速連接端子的成品電器的長期使用。

2 試驗研究

經(jīng)過調(diào)研，目前市售的快速連接端子按照品質(zhì)分類有由正規(guī)廠家生產(chǎn)并獲得認證的快速連接端子以及無證端子兩種；按結(jié)構(gòu)分類有待卡簧鎖死結(jié)構(gòu)、凸點鎖死和無鎖死結(jié)構(gòu)三種。

本文分別采集了數(shù)家家電企業(yè)使用的七組端子（未從市場上采購的原因是無法確認哪些端子是在家用電器產(chǎn)業(yè)使用的），包括兩組國產(chǎn)無證端子（A組和B組），A組為凸點鎖死，B組為無鎖死；三組國產(chǎn)知名品牌有證端子（C組、D組和E組），C組為凸點鎖死，D組為無鎖死，E組為卡簧鎖死類型；兩組世界知名品牌有證端子（F組和G組），F(xiàn)組為凸點鎖死，G組為卡簧鎖死類型。每組各5只樣品。

2.1 插拔力試驗

按照標準IEC 60760對上述樣品進行尺寸和插拔力檢測，尺寸均合格，插拔力測試結(jié)果見表1。

表1 插拔力合格數(shù)

表1中P表示通過，F(xiàn)表示不合格，數(shù)字代表不合格樣品數(shù)。

拔出力試驗證明，獲得認證的帶鎖死結(jié)構(gòu)的C\E\F\G組樣品插拔力合格，因此可以排除端子制造過程的差異和再加工過程對其產(chǎn)品質(zhì)量的影響。那么影響快速連接端子質(zhì)量安全性的主要是材料、電器生產(chǎn)工藝和電器Zui終使用這三個因素。

2.2模擬端子加工、使用和電器成品的環(huán)境試驗

由于各品牌間價格差異巨大，且涉及商業(yè)機密，無法獲得其材料成分?？紤]到插拔力試驗的結(jié)果，無法從材料因素進行系統(tǒng)的試驗和評估。唯一需要考慮的是加工后的端子自身具有的內(nèi)在應力在器具使用環(huán)境中對端子性能的影響。在插拔力試驗中，插拔操作是按照規(guī)范在標準使用情況下進行的，但在實際生產(chǎn)操作和維修時，由于人工操作存在一定隨意性，考慮極端情況，端子極有可能不是與端片在同一軸線上插入，其角度會有偏差。一般情況下，即使返修，其次數(shù)均不會超過兩次。

電器使用時，端子片除經(jīng)歷大電流外，還要經(jīng)歷從常溫到高溫，然后冷卻到常溫的溫變過程。每天Zui大周期按照5次計，歷時Zui短的大約10分鐘。在進行實驗時，因為所用的測試電器不同且其端子環(huán)境溫度難以保證，為保證結(jié)果的可重復性，筆者將端子外置保持在相對穩(wěn)定的老化房溫度（35℃）下，將被測端子進行前期處理后再行測試。

根據(jù)以上分析，試驗方案設計如下：
　　1）選取若干C\E\F\G類型的端子各若干，加裝護套并壓線后，每類型端子分成8個一組，共36組。編號為C1-C9……G1-G9。
　　2）第一組端子平插入端片后，放入高溫箱，進行100℃老化24小時。
　　3）第二組端子以5度角度插入端片，放入高溫箱，進行100℃老化24小時。
　　4）第三組端子以15度角度插入端片，放入高溫箱，進行100℃老化24小時。
　　5）第四組端子以5度角度插入端片并插拔兩次，放入高溫箱，進行100℃老化24小時。
　　6）第五組端子以15度角度插入端片并插拔兩次，放入高溫箱，進行100℃老化24小時。
　　7）第六組端子平插入端片后，放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷1000個周期。
　　8）第七組端子以5度角度插入端片并插拔兩次后，放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷1000個周期。
　　9）第八組端子以15度角度插入端片并插拔兩次后，放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷1000個周期。
　　10）第九組端子以15度角度插入端片后，端片固定后，在端子壓線端施加一個100克重物模擬外力。放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷1000個周期。
　　11）負載使用230V1600W電水壺作為負載將端子連接在電源盒插座之間的火線上，電水壺插入插座并放入老化間進行測試。每小時大約4個工作周期。
　　12）使用紅外溫度計。每隔12小時記錄一次端子溫度，測試點落在端片鎖死凹點上。共測試30天。

測試完成后的典型數(shù)據(jù)見表2。

表2 端子溫度數(shù)據(jù) (單位: C)

從表2數(shù)據(jù)可得：

1）前3組變化不大，基本都是在正常值內(nèi)，說明端子在加工過程中積累的內(nèi)應力不會造成異常。即使在電器裝配過程中未按照端子使用的規(guī)定按角度插入，也沒有造成過大的影響。

2）第4、5組是插拔過兩次的端子，可以看出其對接觸電阻有一定影響，但其溫升在一開始就有上升，其溫度變化趨勢并無明顯變化。其影響應可在接受范圍內(nèi)。

3）第6、7、8組為施加了溫度沖擊后的實驗組，模擬了端子在器具內(nèi)部使用過程中的溫度耐受過程。從數(shù)據(jù)可以看出，其溫度有較大范圍的升高，明顯其接觸電阻已經(jīng)變大。

4）第9組是在模擬了所有惡劣情況后，模擬器具內(nèi)部由于裝配或者設計本身的原因造成端子受到額外應力的影響。大約為切向1N左右。此時溫度有明顯的升高了，其中甚至有一組異常升溫到危險程度。

2.3 常用于家電端子使用環(huán)境模擬試驗

從表2可以看出，端子受溫度變化和外應力影響是比較明顯的。筆者繼續(xù)進行更多的試驗，此時只選擇電器廠商絕大部分使用的C\E組端子進行，F(xiàn)\G組因為價格高昂，很少電器廠家選用。

試驗設計方案如下：
　　1）選取若干C\E類型的端子各若干，加裝護套并壓線后，每類型端子分成4個一組，共8組。編號為C1-C4，E1-E4。
　　2）第一組端子端子平插入端片后，放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷1000個周期。
　　3）第二組端子端子平插入端片后，放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷2000個周期。
　　4）第三組端子平插入端片后，端片固定后，在端子壓線端施加一個50克重物模擬外力。放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷1000個周期。
　　5）第四組端子平插入端片后，端片固定后，在端子壓線端施加一個200克重物模擬外力。放入高低溫環(huán)境箱，設置為10分鐘從15到100℃，然后30分鐘后降到15℃。經(jīng)歷1000個周期。
　　6）負載使用230V1600W電水壺作為負載將端子連接在電源盒插座之間的火線上，電水壺插入插座并放入老化間進行測試。每小時大約4個工作周期。
　　7）使用紅外溫度計。每隔12小時記錄一次端子溫度，測試點落在端片鎖死凹點上。共測試30天。

表3是測試完成后的典型數(shù)據(jù)（老化房溫度約30度）。

 表3 端子溫度數(shù)據(jù) (單位: C)

　　3 試驗結(jié)果分析

上述結(jié)果表明，安裝在器具內(nèi)部的快速連接端子，其接觸電阻Zui容易受到外界影響的因素是在端子承載大電流時，使用環(huán)境溫度的周期性變化和端子額外應力是兩個不可忽略的因素。其中額外應力施加可以通過增加少許成本，設計時優(yōu)化線路布局來消除該異常應力來解決。

為此，筆者設計了一種有效改進的方法，因為涉及專利申請此處不再贅述。

表4 端子溫度數(shù)據(jù) (單位: C)

表4是按照2.3試驗條件測試完成后的典型數(shù)據(jù)（老化房溫度約30度）。

由表4數(shù)據(jù)可以看出，該方法可以有效消除上述兩個原因造成的端子形變引起的接觸電阻增加。

4 結(jié)語

本文針對應用了快速連接端子的家用電器，經(jīng)常出現(xiàn)快速連接端子異常導致器具出現(xiàn)火災隱患，進行了深層次的原因分析，而不是簡單的將其歸納為使用的快速連接端子不合格造成。以前，企業(yè)往往只是簡單的認為是端子質(zhì)量的問題，產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量事故后，更換一些更好的品牌但也更加昂貴的端子，看似可以解決問題，但實際上并未找到真正的原因。只是減少了質(zhì)量問題產(chǎn)生的概率卻并沒有切實消除隱患，同時造成家電制造成本上升。

經(jīng)過對其潛在因素，如端子材料、端子加工工藝、應用端子的家電制造工藝、以及端子使用環(huán)境的因素進行的大量實驗。

實驗證明，快速連接端子在家電中的使用，必須考慮以下因素：
　　1）家電生產(chǎn)過程中的端子的插拔應嚴格控制工藝；
　　2）設計時應消除端子后端線束捆扎產(chǎn)生的過大應力；
　　3）不要將快速連接端子直接應用于存在周期性溫度變化的家用電器中；
　　4）確實需要使用快速連接端子的，應對其進行消除隱患處理。

只要處理得當，使用合格的任何品牌的端子均可以有效消除隱患，且可以有效控制成本的增加。