Al2O3對便攜式特種破拆技術(shù)破拆性能的影響

崔秀梅，辛文彤，孫立明，王 森

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Al2O3對便攜式特種破拆技術(shù)破拆性能的影響

崔秀梅，辛文彤，孫立明，王 森

（軍械工程學(xué)院 車輛與電氣工程系機(jī)械設(shè)計(jì)教研室，河北 石家莊，050003）

為了研究稀釋劑Al2O3對破拆彈破拆性能的影響，通過試驗(yàn)進(jìn)行了不同含量Al2O3下割孔破拆的割孔深度、割孔上表面直徑及噴射時間研究。研究表明：1.5%的Al2O3能降低破拆劑的燃燒速度，破拆效果最好。

破拆彈；破拆劑；Al2O3；破拆性能

便攜式特種破拆技術(shù)即手工熱劑破拆技術(shù)，由破拆槍和破拆彈兩部分組成。其工作過程為：將破拆彈裝入特制破拆槍中，當(dāng)擊發(fā)破拆彈后，破拆劑快速燃燒產(chǎn)生高溫高壓熔體和氣體，在壓力作用下從噴嘴高速射出，熔化被破拆件，在高溫高速熔體和氣體沖刷下實(shí)現(xiàn)高效熱破拆。其破拆機(jī)理為熔化破拆和燃燒破拆，可在無電源、無氣源和無任何設(shè)備的條件下實(shí)現(xiàn)切割破拆，是武器裝備和野外工程設(shè)施應(yīng)急破拆的理想手段。

便攜式特種破拆技術(shù)的關(guān)鍵是燃燒型破拆彈，破拆劑的各組分配系則是研制破拆彈的主要工作。破拆劑的配方成分主要由4部分組成：高熱劑、稀釋劑、造氣劑及合金劑，高熱劑主要為破拆提供熱量[1]，合金劑的作用是增加射流動量和吹力，造氣劑是為了提高破拆彈內(nèi)的壓力而提高噴射速度及吹力，稀釋劑則是為了調(diào)整反應(yīng)溫度和速度。破拆彈利用噴射燃燒合成產(chǎn)物以實(shí)現(xiàn)對工件的切割破拆和割孔破拆，本文重點(diǎn)研究稀釋劑Al2O3對割孔破拆的割孔深度、割孔上表面直徑及噴射時間的影響。

1 試驗(yàn)

在便攜式特種破拆技術(shù)中，破拆彈由破拆劑、噴嘴、彈殼、底座和底火5部分組成，如圖1所示。

研制手工熱劑破拆技術(shù)的關(guān)鍵是研制安全、高效、穩(wěn)定的破拆彈，破拆劑是破拆彈的核心部分，其化學(xué)成分直接影響破拆性能。稀釋劑能降低破拆劑燃速，達(dá)到良好的破拆可控性，綜合考慮多種因素，采用Al2O3作為稀釋劑。在修正造氣劑、高熱劑含量后調(diào)整配方，如表1所示，各組分含量不變調(diào)節(jié)稀釋劑Al2O3的含量，如表2所示。

圖1 破拆彈結(jié)構(gòu)圖

表1 試驗(yàn)方案

Tab.1 Testing scheme

表2 Al2O3含量

Tab.2 Content of Al2O3

破拆材料為工業(yè)用Q235鋼，規(guī)格為330×150mm×20mm。制作成直徑23mm、長度90mm的破拆彈、藥劑密度為2.28g/cm3，距工件約10mm處進(jìn)行割孔試驗(yàn)。破拆劑各組分經(jīng)三維混料機(jī)混合后，置于恒溫110℃鼓風(fēng)干燥箱中2h，然后冷卻，進(jìn)行沖壓成型。割孔時將燃燒型破拆彈裝填入模擬試驗(yàn)平臺，利用攝像機(jī)采集破拆彈破拆割孔工件時的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

破拆彈以煙火藥作為能源，其割孔破拆步驟基本為：首先，噴嘴處噴出髙溫流體將工件表面加熱熔化，初步形成熔池，熔池內(nèi)的液態(tài)金屬及熔渣提供熱量將孔洞邊緣熔化，增加上層孔洞直徑，同時對下層金屬進(jìn)行預(yù)熱；破拆彈噴射出的高溫、高速氣流吹除上層熔渣，沿厚度方向割孔；下層金屬受到預(yù)熱作用，沿深度方向的熔池停留時間逐漸縮短，徑向熔化減少，依次形成熔池。不斷循環(huán)進(jìn)行工件的割孔[2]，最終出現(xiàn)沿厚度方向形成喇叭孔，孔上表面直徑大于下表面孔直徑的缺陷。反映破拆彈的可操作性的參數(shù)是破拆彈的噴射時間、燃燒所產(chǎn)生的煙塵及火花等，其中主要參數(shù)為破拆彈噴射時間。試驗(yàn)證明，燃燒時間在4~6s之間時，操作者可以靈活控制破拆槍進(jìn)行破拆。噴射時間與Al2O3含量關(guān)系見圖2。本破拆劑中Al2O3主要有兩個來源：一是添加劑中起到減緩燃燒速度的稀釋劑Al2O3；二是破拆劑中的高熱劑部分采用鋁熱劑[3]，其燃燒產(chǎn)物為Al2O3。

由圖2可見：Al2O3含量在0~1.5%范圍內(nèi)增加時，破拆彈的噴射時間延長，當(dāng)Al2O3含量達(dá)到3%后，破拆彈噴射時間開始下降，原因是稀釋劑造成藥劑不完全燃燒，大量藥劑被沖出，燃燒斷續(xù)甚至熄火。

圖2 Al2O3含量與噴射時間關(guān)系

割孔深度及孔洞上表面直徑與Al2O3含量的關(guān)系見圖3。

圖3 Al2O3含量與割孔質(zhì)量

由圖3可見，稀釋劑含量較少時，燃燒速度較快、噴射時間較短，液流噴射至工件表面迅速實(shí)現(xiàn)穿孔且工件上表面熱流作用時間短，上表面孔徑較小，噴射液流的熱量迅速下傳至工件底層，實(shí)現(xiàn)穿孔；隨著稀釋劑的含量增加，其對破拆劑的燃燒影響較大，燃燒速度迅速下降，工件上表面孔徑略有增加；破拆質(zhì)量隨Al2O3的繼續(xù)增加而下降，達(dá)到3%后孔洞被渣滓覆蓋；達(dá)到4.5%后，在幾次試驗(yàn)過程中都發(fā)生未引燃、燃燒終止、工件表面堆積渣滓等問題，燃燒較不穩(wěn)定。

不同含量Al2O3配系的割孔宏觀表面如圖4所示。分析試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為有以下幾點(diǎn)原因：

（1）Al2O3為粉末狀金屬氧化物，單獨(dú)存在穩(wěn)定熔點(diǎn)高達(dá)2 372K，在破拆劑反應(yīng)過程中吸熱降溫，直至達(dá)到熔點(diǎn)，降低了反應(yīng)速度，當(dāng)含量增加到4.5%時，起到阻燃劑的作用，難以引燃破拆劑，造成破拆彈的啞火；

圖4 不同含量Al2O3配系的割孔宏觀圖

（2）Al2O3液流變形能力較差，但破拆彈提供的吹力足以將熔渣吹除，而較粘稠的熔渣對工件具有預(yù)熱作用，能提高一定的熱利用率；

（3）Al2O3融化后，以液滴形式不斷向Al顆粒表面凝結(jié)，而顆粒自身同時發(fā)生破裂，破碎后顆粒繼續(xù)燃燒，不斷重復(fù)上述過程，導(dǎo)致顆粒成分發(fā)生變化，燃燒效率降低[4]，致使燃燒反應(yīng)不完全，出現(xiàn)大量煙塵，破拆彈總熱量迅速下降，噴射時間縮短等現(xiàn)象；

（4）根據(jù)有關(guān)表面張力影響的研究[5]，液態(tài)金屬鐵的表面張力系數(shù)隨溫度的提高而降低，熔池中心溫度高而周邊溫度低，液態(tài)金屬形成從熔池中心向熔池周邊的表面張力流，破拆彈燃燒弧向熔池底部的傳熱效率低，熔池熔深淺，最終導(dǎo)致割孔變大。而液態(tài)Al2O3具有變形能力較差特點(diǎn)，造成燃弧作用于熔池底部的熱量降低，向邊緣融化，出現(xiàn)孔上表面直徑增加，繼續(xù)增加Al2O3，出現(xiàn)熔渣覆蓋于工件表面難以吹除，孔深、孔徑均迅速下降。

3 結(jié)論

為降低破拆彈的燃燒速度，達(dá)到良好的破拆可控性，在破拆劑化學(xué)配系中添加適量的稀釋劑Al2O3。當(dāng)Al2O3含量較低時，燃燒速度較快、噴射時間較短、上表面孔徑較小，可實(shí)現(xiàn)穿孔；隨著Al2O3含量的增加，對破拆劑的燃燒影響增大，Al2O3含量過高時，破拆彈較難引燃。在試驗(yàn)中確定Al2O3含量為1.5%時能夠滿足破拆性能要求。

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Effect of Al2O3on Breaking Capability of Portable Special Breaking Technology

CUI Xiu-mei，XIN Wen-tong，SUN Li-ming，WANG Sin

(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang, 050003)

Aimed at the impact of Al2O3on breaking capability of portable special breaking technology, the different content of Al2O3, which is used as diluter in breaking agent, was studied. The top hole depth，the diameter of the top hole and the eject time were obtained through test, which showed that the Al2O3of 1.5% weight can reduce the burning rate of breaking agent, and get the best breakage effect.

Breaking bomb；Breaking agent；Al2O3；Breaking capability

1003-1480（2014）01-0005-03

TJ45+9

A

2013-11-19

崔秀梅（1975-），女，講師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及應(yīng)急焊接、切割研究。

軍械工程學(xué)院科學(xué)研究基金項(xiàng)目（YJJXM12042）