某型電點火具絕緣電阻超差分析及工藝改進

李便花，潘會平，孔俊峰，和海亮，張忠心，武喜太

(1.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2.駐陽泉地區(qū)軍代室，山西 陽泉045000)

某型電點火具絕緣電阻超差分析及工藝改進

李便花1，潘會平1，孔俊峰2，和海亮1，張忠心1，武喜太1

(1.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2.駐陽泉地區(qū)軍代室，山西 陽泉045000)

電點火具是武器系統(tǒng)不可缺少的一部分，是整個系統(tǒng)的“心臟”，其可靠性決定著武器系統(tǒng)的功能是否能實現(xiàn)，是武器系統(tǒng)發(fā)揮威懾力的起始關(guān)鍵能量輸入點。隨著武器系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的不斷變化，對電點火具的各項技術(shù)指標都提出了很高的要求，促使產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計及生產(chǎn)過程中進一步精益嚴謹。本文以案例為切入點，分別從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、實際工藝設(shè)計及生產(chǎn)過程控制方面分析了某型電點火具絕緣電阻超差的原因，提出了針對性改進措施。通過驗證試驗，徹底解決了電點火具絕緣電阻超差問題，有效消除了故障帶來的彈丸留膛安全隱患。

點火具；火工品；絕緣電阻

電火工品統(tǒng)稱電起爆器，是通過電流的輸入使裝藥發(fā)火，并把熱、壓力及沖擊波等形式轉(zhuǎn)化為化學能或動能的元件。橋絲式電火工品具有發(fā)火能量小、作用迅速以及性能穩(wěn)定且容易控制等特點，是一種特殊能源的、一次性作用的動力源器件[1]。

1 電點火具絕緣電阻概念、危害及其測量原理

1.1 電點火具絕緣電阻概念

加直流電壓于電介質(zhì)，并經(jīng)過一定時間極化過程后，流過電介質(zhì)的泄漏電流對應(yīng)的電阻稱為絕緣電阻。絕緣電阻主要取決于所選取的絕緣材料，也取決于產(chǎn)品的設(shè)計和加工工藝水平。

電點火具通過產(chǎn)品表面外殼與彈體連接，一些產(chǎn)品中電點火具的發(fā)火回路由點火元件一極和產(chǎn)品表面殼體一極構(gòu)成，也就是電點火具發(fā)火元件與彈體構(gòu)成發(fā)火回路，即腳—殼發(fā)火回路。為避免復雜電磁環(huán)境中的電磁干擾，上述結(jié)構(gòu)逐漸被獨立設(shè)計的電點火具發(fā)火回路所替代，發(fā)火回路由發(fā)火元件自身組成，即腳—腳發(fā)火回路和腳—殼絕緣。在發(fā)火電流供給充足的狀態(tài)下，電點火具發(fā)火回路采用鈍感技術(shù)，以加強電點火具產(chǎn)品的抗干擾能力[3]。

1.2 絕緣電阻超差的危害

測量電點火具的絕緣電阻是檢查產(chǎn)品發(fā)火回路與產(chǎn)品外表殼體的絕緣狀態(tài)，即腳—殼絕緣電阻。通過測量絕緣電阻值，可發(fā)現(xiàn)電點火具生產(chǎn)過程中是否存在工藝缺陷，并判斷絕緣材料在電流通過時是否被擊穿。

電點火具的發(fā)火回路由內(nèi)置發(fā)火元件組成，不再與產(chǎn)品殼體形成發(fā)火回路。如果電點火具腳—殼的絕緣電阻超差，腳—殼就形成了電流回路，當給產(chǎn)品通以發(fā)火電流時，電流就在腳—腳回路及腳—殼回路中進行分流，這樣降低了腳—腳回路供給的發(fā)火電流，使發(fā)火元件不能正常發(fā)火，導致整個彈丸出現(xiàn)瞎火留膛故障。

1.3 絕緣電阻測試方法及原理

絕緣電阻測試方法如圖1所示。

圖1 絕緣電阻測試方法

絕緣電阻的測試原理與產(chǎn)品發(fā)火電路電阻測試原理相同，同為歐姆定律(R=U/I)，絕緣電阻測試儀對產(chǎn)品提供輸出穩(wěn)定電壓，檢測通過產(chǎn)品腳和殼之間的電流，經(jīng)絕緣電阻測試儀內(nèi)部電路芯片進行計算，測試儀上直接顯示產(chǎn)品的絕緣電阻值。

2 絕緣電阻超差分析

故障現(xiàn)象為電點火具裝配完成后，測試絕緣電阻值為4 MΩ，將電點火具進行不同頻次的晃動后，測試絕緣電阻值為0。

2.1 電點火具結(jié)構(gòu)及分析

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

該型電點火具為武器系統(tǒng)的起始點火元件。由殼體、底座、電極塞、導線和藥劑等組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電點火具結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 結(jié)構(gòu)分析

電點火具的腳—殼絕緣電阻可確保產(chǎn)品發(fā)火回路通以發(fā)火電流時產(chǎn)品可靠發(fā)火。從電點火具結(jié)構(gòu)分析可以看出，有如下幾處易出現(xiàn)絕緣電阻超差。

1)電極塞。電極塞由絕緣材料與接線柱注射而成(見圖3)，如果電極塞接線柱與注射成型的外表面不絕緣，電極塞與金屬底座連接，就會使電點火具腳—殼絕緣電阻超差。

圖3 電極塞結(jié)構(gòu)

2)電極塞與導線連接處。導線與電極塞通過導線與接線柱的焊接成為通路，焊點由絕緣套管進行保護。如果絕緣套管破損，連接焊點暴露在藥劑中，則會使電點火具腳—殼的絕緣電阻降低。

3)導線與殼體連接處。產(chǎn)品導線通過殼體頂部引出電點火具外，與外部發(fā)火電源相連接。如果導線的絕緣皮在與殼體連接處破損，那么導線和殼體就會發(fā)生短路，電點火具的腳—殼絕緣電阻就會為0。

2.2 工藝設(shè)計及分析

在生產(chǎn)過程中，工藝設(shè)計是否合理將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1)電極塞與底座連接。電極塞的接線柱通過注射工藝裸露在兩端，電極塞與底座通過螺紋聯(lián)接，裝配時電極塞下端面的接線柱不采取任何措施隨電極塞裝配于底座內(nèi)，如果底座盲孔內(nèi)金屬屑留存，沒有清理干凈，則對電點火具腳—殼絕緣電阻值有影響。

2)電極塞與導線連接。電極塞與導線連接采用錫焊工藝，焊點的形狀及是否光滑影響絕緣套管的保護效果。如果焊點不光滑，有毛刺或硬棱，就會損傷絕緣套管，甚至造成絕緣套管破損，使焊點暴露于金屬藥劑中，影響產(chǎn)品腳—殼的絕緣電阻值。

2.3 各因素檢查分析

1)外露導線。外露導線用于連接產(chǎn)品與發(fā)火電源，如果在工序周轉(zhuǎn)過程中不慎將導線金屬絲外露，并與殼體接觸，則腳—殼絕緣電組就會為0。對故障樣品的暴露導線進行了認真細致的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)破損部位。

2)導線與殼體連接處。將故障樣品解剖導線與殼體連接處，對導線進行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)破損現(xiàn)象。

3)置于殼體內(nèi)導線。導線與電極塞焊接后通過藥劑與殼體實現(xiàn)外置，殼體內(nèi)部導線如果在殼體裝配過程中受損，外露金屬絲與金屬藥劑接觸，產(chǎn)品腳—殼的絕緣電組就會受到影響。解剖故障樣品，將藥劑去除，仔細檢查導線狀態(tài)，導線完好，未發(fā)現(xiàn)受損現(xiàn)象。

4)電極塞與導線連接處。解剖故障樣品，仔細檢查焊點部位，包裹焊點的絕緣套管完好，未發(fā)現(xiàn)受損現(xiàn)象，將絕緣套管剝離后檢查焊點狀態(tài)，焊點圓滑，無棱角，符合工藝要求。

5)電極塞。將導線去除，電極塞與底座分離，用絕緣電阻測試儀檢測接線柱與電極塞外表面，絕緣電阻為∞，電極塞沒有質(zhì)量偏移現(xiàn)象。

6)電極塞與底座連接處。在底座與電極塞分離后，檢查底座盲孔內(nèi)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)有一根約φ0.1 mm、長約15 mm的金屬絲。在電極塞與底座最初裝配時，該金屬絲未與電極塞接線柱連接，在后續(xù)其他零部件及藥劑裝配過程中產(chǎn)品不斷移動，金屬絲位置發(fā)生變化，由于金屬絲位置與接線柱相對位置發(fā)生變化，在檢測腳—殼絕緣電阻時出現(xiàn)了數(shù)據(jù)波動，直至金屬絲與接線柱相搭接，形成點火回路與殼體短路，絕緣電阻為0。

3 改進措施

3.1 結(jié)構(gòu)改進

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性是保證產(chǎn)品質(zhì)量的根本。增加2個絕緣套管，將電極塞下端的2個接線柱用絕緣套管進行保護，使接線柱不外露，這樣可保證電極塞與底座的絕緣性。

3.2 工藝改進

采取如下工藝改進措施：1)電極塞下端的2個接線柱用絕緣膠液進行封涂；2)電極塞下端的2個接線柱上的絕緣套管用加熱方法將其牢固地固定在接線柱上；3)底座與電極塞裝配前對底座盲孔進行清理及普驗。

電極塞是由接線柱與絕緣材料在高溫下注射而成，無法改變其加工工藝，將電極塞下端的2個接線柱用絕緣膠液進行封涂，使金屬接線柱不直接暴露，以降低絕緣電阻超差風險。

將電極塞下端的2個用絕緣膠液涂封后的接線柱用絕緣套管進行保護，再用加熱方法將絕緣套管固定在接線柱上，進一步加強了金屬接線柱對底座的絕緣性，同時也避免了產(chǎn)品在振動后絕緣套管脫落的風險。

裝配前對底座進行清理及普驗，將底座盲孔在機械加工及表面處理過程中產(chǎn)生的金屬屑及殘渣清理干凈，確保零件不會帶入多余物后再進行裝配。

4 試驗結(jié)果

1)采取改進措施后，10發(fā)產(chǎn)品通過落高150 mm、頻率1 Hz、時間2 h的振動試驗，解剖后檢查發(fā)現(xiàn)，接線柱上的絕緣套管完好，沒有脫落現(xiàn)象，涂覆在接線柱上的絕緣膠沒有掉塊現(xiàn)象。

2)采取改進措施后，裝配了4個批次近2 000發(fā)產(chǎn)品，在生產(chǎn)工序普驗及最終產(chǎn)品檢驗驗收中，腳—殼絕緣電阻全部合格，沒有出現(xiàn)超差現(xiàn)象。

3)產(chǎn)品隨系統(tǒng)總體進行彈丸飛行試驗近20發(fā)，在彈丸發(fā)射前進行發(fā)火線與炮管絕緣電阻測試時，全部符合要求，產(chǎn)品全部正常點火。

5 結(jié)語

1)產(chǎn)品質(zhì)量首先是設(shè)計出來的，細致嚴謹?shù)脑O(shè)計是產(chǎn)品質(zhì)量的根本，科學的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計能從本質(zhì)上減少操作不當而產(chǎn)生的質(zhì)量風險。該型電點火具在電極塞下端2個接線柱上增加絕緣套管保護，使金屬接線柱不外露，從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中保證了電極塞與底座的絕緣性，降低了質(zhì)量隱患。

2)工藝設(shè)計也是產(chǎn)品設(shè)計的一部分，在電極塞下端2個接線柱上涂覆絕緣膠并對底座進行檢查，進一步完善了電極塞與底座之間的絕緣性，使問題從根本上得到了解決。

3)產(chǎn)品質(zhì)量也是生產(chǎn)出來的，1根小金屬絲就能對產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴重缺陷，可見，生產(chǎn)過程的嚴格管理對控制產(chǎn)品質(zhì)量起至關(guān)重要的作用，細節(jié)決定成敗。

[1] 王凱民.火工品工程設(shè)計與試驗[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[2] 李便花，潘會平，孔俊峰，等.某型電點火具結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝改進研究[J].新技術(shù)新工藝，2014(10)：59-61.

[3] 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計原理[M].北京：北京理工大學出版社，1999.

責任編輯馬彤

北奔重汽5臺工程自卸車奔赴救災(zāi)前線

2015年4月29日，中國兵器工業(yè)集團公司北奔重型汽車集團有限公司在其西藏經(jīng)銷商西藏天富工程機械有限公司院內(nèi)舉行了一個簡短的交車儀式，5臺2534KY工程自卸車交付用戶手中。這次平常的交車儀式意義非凡，其交付的用戶是西藏武警水電第三總隊，用來前往樟木口岸進行抗震救災(zāi)和災(zāi)后重建，該隊急需幾輛重型自卸車前往災(zāi)區(qū)。西藏天富公司在得知這一消息后，積極與北奔重汽溝通，北奔重汽立刻承諾在產(chǎn)品、服務(wù)、備件方面都給予充分的保障，除此之外還在價格上進行大幅優(yōu)惠。

——摘自中國兵器工業(yè)集團公司網(wǎng)

AnalysisandProcessImprovementtoOff-toleranceofInsulationResistanceforSomeElectricIgniter

LI Bianhua1, PAN Huiping1, KONG Junfeng2, HE Hailiang1, ZHANG Zhongxin1, WU Xitai1

(1.Shanxi North Jindong Chemical Industry Co., Ltd., Yangquan 045000, China;2.Military Representative Office in Yangquan Locality, Yangquan 045000, China)

Electric igniter is a part of the indispensable weapon system and a heart of the whole system. Its function reliability decides whether function of weapon system can be achieved, it is also the first key energy input point to weapon system play deterrence. With the changing of application environment of weapon system, high demand to various technical data of igniter is proposed, which spurs further lean & preciseness in design of product structure & process and production process. The paper takes cases as the breakthrough point, analyzes the reasons about off-tolerance of insulation resistance for some electric igniter in design of product structure & practical process and production process control, and then put forward improvement measures. Through verification tests,the paper thoroughly solves the question of off-tolerance of insulation resistance for electric igniter and effectively eliminates the fault that causes projectile residue in mortar bore and potential safety hazard.

igniter, initiators & pyrotechnics, insulation resistance

TM 933

：B

李便花(1971-)，女，高級工程師，主要從事工藝技術(shù)與生產(chǎn)工藝技術(shù)管理等方面的研究。

2014-11-09