某點火器管體破裂失效診斷與控制

饒中陽，李 泉

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某點火器管體破裂失效診斷與控制

饒中陽，李 泉

（駐167廠軍代室，四川 成都， 610106）

某點火器在試驗過程中發(fā)生管體破裂，通過結(jié)構(gòu)分析、建立故障樹逐項排查，找出導(dǎo)致管體破裂的原因為點火藥柱破碎，從而燃速過快、產(chǎn)生局部高壓。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提出解決和控制措施，驗證結(jié)果表明控制措施有效，杜絕了管體破裂問題的出現(xiàn)。

點火器；管體破裂；失效診斷；控制

彈藥失效診斷與控制既可用于指導(dǎo)產(chǎn)品研制工作，從相應(yīng)設(shè)計中發(fā)現(xiàn)失效隱患，及早采取防范措施；也可以用于失效問題分析，準(zhǔn)確診斷失效原因與機理，控制同類問題發(fā)生；還可用于指導(dǎo)生產(chǎn)，科學(xué)確定關(guān)重零部件與關(guān)重工序，保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量[1]。某點火器裝配于某型發(fā)動機，在發(fā)火電流作用下平均燃燒時間為0.1s，最大壓力不大于3.5MPa，并點燃推進(jìn)劑。其——曲線出現(xiàn)異常時，直接影響發(fā)動機的點火延遲時間，甚至導(dǎo)致點火失??；而管體發(fā)生破裂，其破片可能造成推進(jìn)劑損傷，危及發(fā)動機安全。

1 故障描述

某發(fā)動機點火器在試驗過程中出現(xiàn)1發(fā)管體破裂，見圖1。

圖1 發(fā)生破裂的某點火器管體

圖1中破片長100mm，破裂位置距底端面65mm，管體脫落部位內(nèi)外表面及斷口處無火焰氣體燒蝕現(xiàn)象；——曲線表明當(dāng)點火器內(nèi)壓力上升到0.233MPa時管體破裂。問題發(fā)生后，相關(guān)人員立即對試驗方法和程序、測試裝置夾具、點火條件、數(shù)據(jù)采集和處理等進(jìn)行檢查，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常。

2 點火器結(jié)構(gòu)

點火器結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由均勻分布3排傳火孔的管體、點火藥柱、2個并聯(lián)裝入的電爆管組成。

圖2 某點火器結(jié)構(gòu)圖

3 故障分析及排查

3.1 故障樹建立

對本批產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行質(zhì)量復(fù)查，所有原材料、零部件均經(jīng)入廠驗收合格后投入使用，未發(fā)現(xiàn)異常。對故障問題進(jìn)行分析，造成該點火器管體破裂問題的主要原因可能是：管體強度低、點火藥柱燃速過快、電爆管威力過大。建立故障樹如圖3所示[2]。

圖3 點火器管體破裂故障樹

3.2 管體強度低

管體是由尼龍材料制造，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行了外觀、尺寸、承水壓及X光100%探傷檢測，可以排除管體裂紋的因素。對問題批管體的強度和抗沖擊能力采取試驗驗證，并與正常批產(chǎn)品進(jìn)行比較。

3.2.1管體承水壓試驗

試驗時用橡膠塞將管體的24個傳火孔分別塞緊，管體裝在水壓機上，先加壓到3MPa保壓30s后，再繼續(xù)升壓，直到管體破裂，試驗結(jié)果見表1。以上試驗結(jié)果表明：問題批管體抗壓強度與正常批管體強度相當(dāng)。

表1 管體承水壓試驗結(jié)果

Tab.1 The water-pressure test result of the tube

3.2.2管體抗沖擊試驗

在JB305沖擊試驗機上，用294N沖擊力對問題批管體和正常批管體進(jìn)行沖擊對比試驗，試驗結(jié)果見表2。表2試驗結(jié)果表明：問題批管體與正常批管體抗沖擊平均值相近，說明抗沖擊性能相當(dāng)。

表2 管體抗沖擊試驗 （J）

Tab.2 The result of anti-impact test for tube

3.3 點火藥柱燃速過快

3.3.1配比成分錯誤和藥劑混制不均

對使管體破裂的第47（問題批）批點火藥柱與其它部分批次的點火藥柱進(jìn)行爆熱檢測，結(jié)果見表3，硼含量分析結(jié)果見表4，以及紅外光譜檢測。

表3 爆熱檢測結(jié)果 （J·g-1）

Tab.3 The result of explosion heat test

由檢測結(jié)果看出：問題批點火藥柱的爆熱值與其它批次無明顯的差異；硼含量與其它批次基本無差異；紅外光譜圖顯示物質(zhì)的特征峰位置完全相同，整個譜圖形狀基本一致，11、29、30、34、45、46、47等7個批次的藥劑結(jié)構(gòu)、性能相同，無異?；瘜W(xué)變化發(fā)生。以上分析結(jié)果說明點火藥柱配比成分正確、藥劑混制均勻。

表4 硼含量分析結(jié)果 (%)

Tab.4 The result of boron composition analysis

3.3.2藥柱破裂

在以前對產(chǎn)品進(jìn)行X光檢查時曾發(fā)現(xiàn)過1發(fā)點火藥柱破裂，由于本批問題產(chǎn)品未進(jìn)行X光檢查，所以不能排除藥柱破裂的可能。

點火藥柱在裝配過程若受外力或受電爆管點火沖擊作用而破碎，其燃燒面積將增大且燃速增快從而使壓力升高，當(dāng)點火器管體內(nèi)壓力超過管體的承壓能力時管體將破裂，如表5所示。將問題批藥柱斷裂成32小塊，按點火器裝配工藝裝配6發(fā)點火器，在靜止點火試驗中出現(xiàn)了2發(fā)管體破裂，管體破裂成碎塊，管體內(nèi)外表面燒蝕嚴(yán)重，試驗后產(chǎn)品殘件見圖4。

表5 點火藥柱破碎后的點火器——曲線試驗結(jié)果

Tab.5 The p——t curve test result of the igniter with broken pellets

圖4 破藥柱燃燒使管體破裂的殘片圖

上述試驗結(jié)果表明：（1）點火藥柱碎片越多其壓力越高；（2）當(dāng)藥柱碎裂到一定程度時發(fā)火壓力會驟然升高，造成管體破裂。

3.3.3藥柱強度低

對使管體破裂的第47批點火藥柱進(jìn)行壓碎強度（要求≥350N[2]）試驗，結(jié)果分別為416N、420N、426N、392N，符合要求。

對以前173批點火藥柱抗壓強度進(jìn)行統(tǒng)計，抗壓強度平均值為567N，其中造成點火器破裂的第47批點火藥柱抗壓強度為413.5N[2]，抗壓強度雖然符合要求，但強度明顯比以前點火器所用藥柱的低。

3.3.4對點火藥柱的結(jié)論

（1）點火藥柱所用原材料全部合格，未發(fā)現(xiàn)異常，藥柱配比成分正確、藥劑混制均勻。（2）由于試驗前未對試驗產(chǎn)品進(jìn)行X射線檢查，不排除裝配過程中藥柱破裂。（3）點火藥柱抗壓強度越低，燃燒過程中越易碎裂，碎片越多其產(chǎn)生的壓力越高，越易使管體破裂。

3.4 電爆管威力過大

3.4.1對電爆管威力過大的4個底事件進(jìn)行排查

（1）藥劑配比成分錯誤或藥劑混制不均：電爆管的前期生產(chǎn)和問題批（共7個批次）所用原材料均完全一樣，所用原材料符合技術(shù)要求，并經(jīng)入廠驗收合格后投入使用，復(fù)查未發(fā)現(xiàn)異常，藥劑混制后均進(jìn)行了成分分析，分析結(jié)果滿足技術(shù)要求。

（2）壓藥壓力過大：生產(chǎn)過程中對壓藥壓力進(jìn)行了檢測，符合工藝要求。

（3）藥量超差：兩次裝藥均用精度0.000 1g的天平進(jìn)行藥劑稱量，并對每發(fā)產(chǎn)品裝入后的總藥量進(jìn)行復(fù)稱，裝藥量滿足要求。

（4）蓋片缺陷：對電爆管所用的蓋片“十”字槽厚度先進(jìn)行100%檢查，剔除尺寸波動大的蓋片后，再進(jìn)行2MPa水壓篩選，對變形量大的蓋片進(jìn)行剔除；同時用顯微鏡進(jìn)行外觀檢查，剔除有劃傷、砂眼、裂紋的蓋片，排除了有缺陷的蓋片流入裝配。

3.4.2電爆管威力對比情況

統(tǒng)計電爆管的生產(chǎn)驗收記錄，對正常批與問題批的——試驗結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果見表6。結(jié)果表明問題批所用電爆管壓力與正常批相比未發(fā)現(xiàn)異常。

表6 電爆管常溫——曲線試驗情況

Tab.6 The p——t curve at normal temperature （MPa）

3.4.3對電爆管的結(jié)論

以上分析表明電爆管藥劑用原材料合格、藥劑配比正確，壓藥壓力、藥量、蓋片均處于受控狀態(tài)，電爆管輸出壓力正常。

4 故障定位

點火藥柱破碎導(dǎo)致燃速過快，產(chǎn)生的局部高壓使管體破裂。由于試驗前未對試驗產(chǎn)品進(jìn)行X射線檢查，不排除裝配過程中造成藥柱破裂。如果點火藥柱強度偏低，在電爆管發(fā)火能量沖擊下也容易破裂。

5 采取措施及效果

（1）通過生產(chǎn)過程控制，提高BPN點火藥柱強度，內(nèi)控抗破碎力≥450N（規(guī)定值為≥350N），有利于提高藥柱在電爆管發(fā)火能量下抗沖擊破裂的能力，降低點火器內(nèi)壓力和管體破裂概率；

（2）管體入廠驗收增加水壓試驗考核，剔除強度低的管體，確保管體質(zhì)量；

（3）產(chǎn)品100%進(jìn)行X射線檢查，剔除有錯裝、漏裝、藥柱碎裂、管體異常等缺陷的產(chǎn)品。

按上述措施進(jìn)行控制生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行了高、低、常溫各20發(fā)——曲線試驗考核，后續(xù)3個批次產(chǎn)品進(jìn)行了高、低、常溫各10發(fā)——曲線試驗考核，結(jié)果均正常，說明控制措施有效。

6 結(jié)論

（1）管體破裂問題的故障定位為：點火藥柱破碎導(dǎo)致燃速過快而產(chǎn)生局部高壓，使管體破裂。若點火藥柱強度低，在電爆管發(fā)火能量沖擊下也容易破裂，點火藥柱碎片越多其壓力越高。

（2）高強度藥柱的壓力低于低強度藥柱的壓力，該批產(chǎn)品點火藥柱強度雖然在規(guī)定要求范圍內(nèi)，但不能滿足使用要求，因此在產(chǎn)品研制階段應(yīng)考慮各種極限條件，充分進(jìn)行各種極限條件或狀態(tài)的考核，為產(chǎn)品控制指標(biāo)參數(shù)的確定，提供科學(xué)的依據(jù)。

（3）將管體進(jìn)行水壓試驗考核，產(chǎn)品100%進(jìn)行X射線檢查措施，應(yīng)用落實到同類產(chǎn)品的質(zhì)量控制要求上，杜絕了同類問題在其他產(chǎn)品上重復(fù)發(fā)生。

[1] 吳正東,王克文,等.通用彈藥失效診斷與控制[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.

[2] GJB 6217-2008 硼／硝酸鉀點火藥規(guī)范[S].國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會,2008.

The Failure Diagnosis and Control of Tube Rupture in Some Igniter

RAO Zhong-yang，LI Quan

(Military Representative Office in No.167 Factory，Chengdu，610106)

The tube of some igniter was ruptured during the test, through structure analysis and fault tree analysis, the reason for the tube rupture was found out. It showed that the broken pellets lead to faster burning rate and high pressure partly. Meanwhile, the control measures were proposed, which were verified effectively, and the quality of igniter is ensured.

Igniter；Tube rupture；Failure diagnosis；Control

TJ45+4

A

1003-1480（2014）04-0016-04

2014-06-24

饒中陽（1971-），男，工程師，從事火工品質(zhì)量監(jiān)督與檢驗驗收工作。