測時儀法炸藥爆速測試影響因素分析

朱小永 樊百平

摘 要：爆速是炸藥重要的爆轟參數(shù)，是衡量炸藥爆轟性能的一項主要指標(biāo)，爆速的精確測量對炸藥產(chǎn)品的應(yīng)用研究具有重要的實際意義。在采用爆速儀對某水膠炸藥進行定期爆速測試過程中，經(jīng)常出現(xiàn)無數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象。該文從探針插入位置、側(cè)向約束條件、環(huán)境溫度、測試材料、測試儀器等方面分析了產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，并支出最大限度降低認為因素影響，認真按照實驗標(biāo)準(zhǔn)程序進行操作，進一步完善爆速測試的標(biāo)準(zhǔn)程序，是改善測試結(jié)果，提高測試效率的有效途徑。

關(guān)鍵詞：測時儀法 爆速 影響因素 測試

中圖分類號：TG45616 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0036-02

爆速是炸藥重要的爆轟參數(shù)，是衡量炸藥爆轟性能的一項主要指標(biāo)，爆速的精確測量對炸藥產(chǎn)品的應(yīng)用研究具有重要的實際意義。在某新型炸藥的研制過程中，為檢驗其儲存穩(wěn)定性，采用測時儀法對該樣品進行了長期、大量的爆速測試，發(fā)現(xiàn)常出現(xiàn)異常情況，如：數(shù)據(jù)偏小，線路開路，線路短路等，對炸藥的存儲穩(wěn)定性評價造成干擾。為了避免類似情況發(fā)生，該文從人為操作、系統(tǒng)本身、測試環(huán)境等方面入手分析了原因，并在此基礎(chǔ)上對爆速測試進行了改進。

1 測試樣品

被測試的樣品為試制的某改進水膠炸藥，藥卷直徑35 mm，裝藥密度在1.00～1.10 g·cm-3，同一組炸藥試樣裝藥密度控制一致。

2 爆速測試

爆速測試方法有導(dǎo)爆索法、測時儀法（電測法）、高速攝影法、連續(xù)示波法、埋入式壓力探針法以及光導(dǎo)纖維法等[1]。我國工業(yè)炸藥爆速測定方法國家標(biāo)準(zhǔn)為測時儀法和導(dǎo)爆索法[2]，并規(guī)定測試儀法為仲裁方法，該文采用測時儀法，測試示意圖見圖1。

2.1 測試設(shè)備與材料

（1）測試設(shè)備：采用 WBS-2型爆速儀（基于測時儀原理），該儀器抗干擾能力強、精度高、使用方便。突出特點：測試用的兩組信號線不分前后，自動計算爆速測試結(jié)果并直接以數(shù)字顯示。

（2）傳感元件：采用絲式探針做傳感元件，用直徑0.10～0.15 mm范圍內(nèi)的銅芯漆包線制作。

（3）游標(biāo)卡尺：分度值0.02 mm。

（4）架盤天平：感量0.5 g。

（5）鋼板尺：300 mm，分度值1 mm。

（6）信號傳輸線：雙芯屏蔽電纜。

（7）起爆器材：8號工業(yè)雷管，雷管的性能應(yīng)符合GB8031-87和GB13230-91的規(guī)定。

2.2 測試步驟

（1）藥卷加工及探針位置：藥卷直徑為35 mm，用誤差1 m的鋼尺在藥卷上相隔5cm做標(biāo)記，留作插入探針用。

（2）安裝探針：探針由直徑為0.12 mm的兩股漆包線手工線擰成麻花狀制成，將探針插入藥卷，首尾折向試樣的尾端，并用膠布固定在試樣上。安裝好后，兩引出線應(yīng)在電性能上保持斷開狀態(tài)。

（3）測試系統(tǒng)的檢查：將兩引出線與爆速儀信號傳輸線相連，并對整個測試系統(tǒng)進行檢查，以確保工作正常。

（4）雷管放置：將8號雷管插入試樣，插入深度15 mm。

（5）爆速測定：打開爆速儀，設(shè)定兩探針間距：5 cm，按下“準(zhǔn)備”鍵，正常顯示為：waiting。

（6）起爆，讀取爆速結(jié)果。

3 異常情況及影響因素分析

3.1 異常情況類型

測試過程當(dāng)中常遇到的異常情況主要有以下三種。

（1）數(shù)據(jù)偏小，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定三級水膠炸藥的爆速D≥3000 m·s-1，而測試過程中出現(xiàn)了結(jié)果偏小的情況，出現(xiàn)過爆速低于2000m·s-1甚至1000 m·s-1的情況。

（2）無數(shù)據(jù)，儀器顯示“開路”。

（3）無數(shù)據(jù)，儀器顯示“短路”。

3.2 影響因素分析

異常情況的出現(xiàn)大大影響了炸藥的儲存穩(wěn)定性的評判，應(yīng)積極研究異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生原因并加以改進。該文僅從樣品制作、儀器設(shè)備及測試環(huán)境方面考慮測試過程的影響因素，炸藥組分、密度、凝膠體系穩(wěn)定性等因素對爆速的影響不在該文討論范疇。

（1）探針插入位置影響。

爆速值偏小，很可能是爆轟不穩(wěn)定造成的。如果雷管底部距離第一支探針太近，則會導(dǎo)致爆轟波傳到第一支探針時尚未達到穩(wěn)定爆速，使得兩探針間的爆速值偏低，因此在實際測定過程中應(yīng)根據(jù)實際情況靈活處理，應(yīng)靈活處理?？紤]到一般工業(yè)炸藥的爆轟不穩(wěn)定區(qū)為2～3倍的藥徑，第一支探針布置應(yīng)在距雷管底部3倍的藥徑處為宜。根據(jù)被測藥卷的長度，在確保第二支探針距離藥卷底端的距離（20 mm）和雷管插入距離（15 mm）后盡可能使第一測針點到雷管底部的距離長一些，兩探針之間的距離也盡可能長一些，例如在測試較長的藥卷時，將兩探針之間的距離定為8 cm或10 cm，測試結(jié)果的一致性較好。

（2）側(cè)向約束條件影響。

側(cè)向約束條件也可導(dǎo)致爆轟波不穩(wěn)定，從而造成爆速偏小。藥卷在非密閉情況下傳播時，反應(yīng)區(qū)所產(chǎn)生的高溫高壓氣體必然發(fā)生徑向膨脹（即側(cè)向擴散），由此引起側(cè)向稀疏波，并由藥卷表面向藥卷中心擴展，造成藥卷中心化學(xué)反應(yīng)區(qū)釋放的能量降低，影響爆轟傳播的穩(wěn)定性[3]。而有效的側(cè)向約束可大大降低這類情況的發(fā)生，因為約束外殼限制了側(cè)向膨脹波向化學(xué)反應(yīng)區(qū)的傳播，防止能量損失。約束材料的強度，硬度，密度的增強都極有利于軸向能量輸出[4]。因為約束外殼限制了側(cè)向膨脹波向化學(xué)反應(yīng)區(qū)的傳播，防止能量損失。約束材料的強度，硬度，密度的增強都極有利于軸向能量輸出，工業(yè)炸藥在軟質(zhì)土壤中爆轟其爆速比在堅硬巖石中為小也是這個道理。

因此，在爆速測試前，應(yīng)對樣品（藥卷）仔細檢查，確保樣品無破損，裝藥連續(xù)、均勻，藥卷內(nèi)無氣泡；同時，每次爆速測試前，對測試場地進行整平，壓實。

（3）傳感元件的影響。

本實驗中的傳感元件為斷—通式探針，由手工制作，如圖2，從操作規(guī)范來分析，探針的制作與安裝依賴于經(jīng)驗，常出現(xiàn)的問題包括絞合不夠緊密，絞合長度不足，探針插入藥體中的部分不能保持平直，兩根探針不能保持平行，探針不用膠布固定等等。絞合長度及致密性不能保證一致，絞合太短或太松，導(dǎo)致藥卷和探針接觸不緊密都會導(dǎo)致線路開路而無數(shù)據(jù)。

因此，首先要使樣品裝藥連續(xù)、緊密，確保爆轟時爆轟產(chǎn)物電離時能及時導(dǎo)通電路。探針制作、安裝最好由同一人員完成，以保證測試的一致性，探針絞合應(yīng)緊密，絞合部分長度以大于兩倍裝藥直徑為宜。探針和信號線的連接應(yīng)使用絕緣膠布固定。

（4）環(huán)境溫度影響。

環(huán)境溫度對炸藥的爆速也有一定的影響。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，在氣溫較低的冬季進行爆速測試時，爆速值偏低甚至有拒爆現(xiàn)象。究其原因，某些工業(yè)炸藥組分物理狀態(tài)受溫度的影響較大，低溫時可造成晶型轉(zhuǎn)變、析晶等現(xiàn)象，甚至有的改變其常溫聚集態(tài)，從而出現(xiàn)爆速降低或拒爆的現(xiàn)象。根據(jù)GB18094—2000，當(dāng)樣品溫度低于10℃時，應(yīng)采取升溫措施，但不要超過25℃[5]。

（5）炸藥的腐蝕作用。

水膠炸藥有較強的腐蝕作用，如果所有漆包線質(zhì)量不好，將導(dǎo)致信號線絕緣電阻下降，相當(dāng)于兩根探針提前接觸，放炮時同時和公共線導(dǎo)通，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)異常，出現(xiàn)測試短路現(xiàn)象。因此探針制作前要仔細檢查漆包線有無破損，制作過程中避免用力抽拉、摩擦，探針和信號線的連接處務(wù)必纏上絕緣膠布。對于已安裝探針的樣品要及時完成測試。

（6）爆速儀工作穩(wěn)定性影響。

爆速儀總體由接口觸發(fā)電路、晶振時標(biāo)電路、計數(shù)控制電路、顯示、電源等幾部分組成，通過接口采集啟—停信號，經(jīng)過門控進行時標(biāo)計數(shù)，然后處理、顯示、結(jié)果。

爆速儀的性能指標(biāo)完全滿足測試的各項要求，但不排除其整體的工作穩(wěn)定性對爆速測試帶來影響，在測試的過程中出現(xiàn)過幾次連續(xù)兩次的爆速測試結(jié)果相同（爆速值在合理范圍）的情形；在檢測機構(gòu)檢驗的過程中，更出現(xiàn)過連續(xù)兩次樣品爆速顯示為“50000”的情形，這同炸藥及儀器的性能指標(biāo)是相悖的。應(yīng)該是儀器工作的不穩(wěn)定造成的偶然誤差，數(shù)據(jù)完全可以進行忽略。但需要指出的是，爆速儀使用前應(yīng)確保充電充分，且每年都應(yīng)對其進行標(biāo)定。

4 結(jié)論

對上述問題整改后，在后期的測試中大大降低了異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。同時研究發(fā)現(xiàn)，人的因素對測試結(jié)果影響較大，人的操作貫穿整個測試環(huán)節(jié)：樣品的制作、包裝，探針的制作、安裝，以及信號線的連接，儀器的保養(yǎng)、檢測等等。由此可見，認真按照實驗標(biāo)準(zhǔn)程序進行操作，進一步完善爆速測試的標(biāo)準(zhǔn)程序，是改善測試結(jié)果，提高測試效率的有效途徑。

參考文獻

[1] 張立.爆破器材性能與爆炸效應(yīng)測試[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2006.

[2] 工業(yè)炸藥爆速測定方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

[3] 劉鵬，張懷智，曹宏安，等.影響工業(yè)炸藥爆速的因素[J].四川兵工學(xué)報，2009，30（3）：124—127.

[4] 王建華，劉玉存，王作山，等.PBXN-5裝藥直徑及約束條件對爆壓的影響[J].火工品，2002（3）：21—23.

[5] 水膠炸藥[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.