藥頭內(nèi)部空孔對電藥頭發(fā)火時間精度的影響

黃孝楠，馬志鋼，邵子豪，胡先云

(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 安徽淮南232001)

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藥頭內(nèi)部空孔對電藥頭發(fā)火時間精度的影響

黃孝楠，馬志鋼，邵子豪，胡先云

(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 安徽淮南232001)

電引火藥頭的發(fā)火時間精度對雷管的延期精度有重要影響,電藥頭內(nèi)部存在大小不一的空孔，這些空孔導(dǎo)致橋絲對點火藥的傳熱不均勻，進而影響電引火藥頭的發(fā)火精度;實驗表明，點火藥內(nèi)部的空孔直徑越小，藥頭的發(fā)火時間越短，精度越高。

電引火藥頭； 發(fā)火過程； 內(nèi)部空孔

1 引言

電雷管延期時間除了延期藥燃燒時間與猛炸藥爆轟時間，還包括藥頭自通電至藥頭燃燒后點燃起爆藥或延期藥的時間。數(shù)碼電子延期雷管因為采用電子模塊來控制延期體的延期時間，通常延期誤差不超過1 ms[1]。那么對于電藥頭式的數(shù)碼雷管，如果藥頭燃燒的時間誤差很大，就無法保證其最終的延期時間精度能滿足要求。影響藥頭燃燒時間的主要因素有橋絲的規(guī)格、點火藥的形貌和點火藥燃燒特性。當(dāng)橋絲和點火藥的技術(shù)指標(biāo)確定后，影響藥頭燃燒時間精度的因素主要是點火藥與橋絲的接觸和點火條件。電藥頭的加工工藝使點火藥與橋絲之間的接觸狀態(tài)存有差異。點火藥與橋絲的接觸越緊密，點火藥從灼熱橋絲處得到的熱量就越多，其發(fā)火時間就越短，發(fā)火電流和安全電流越小；若點火藥與橋絲接觸疏松，二者間的空隙會增加其加熱和傳熱過程中熱量損失，發(fā)火時間變長，發(fā)火電流和安全電流也會隨之變大。當(dāng)將這種接觸狀態(tài)差異較大的產(chǎn)品放在一起進行串聯(lián)起爆時，就可能導(dǎo)致丟炮現(xiàn)象[2]。藥頭點火藥內(nèi)部通常有大小不一的空孔，這些空孔導(dǎo)致了點火藥與橋絲之間的接觸狀態(tài)有差異，進而影響發(fā)火時間的精度。本文針對兩種內(nèi)部空孔尺寸不同的藥頭進行試驗，分析了點火藥內(nèi)部空孔對發(fā)火時間的影響。試驗表明，點火藥內(nèi)部空孔越小，電引火藥頭的發(fā)火時間精度也就越高。

2 試驗

2.1 試驗原理

本次試驗?zāi)M了敞開和密閉兩種點燃條件。敞開環(huán)境下，熱量外散較多，當(dāng)放熱大于散熱，點火藥反應(yīng)加速，藥頭碎裂開，這是散熱量增大，使得放熱等于散熱，藥頭的點火藥穩(wěn)定燃燒，隨著反應(yīng)的進行，反應(yīng)速率逐漸降低，放熱小于散熱量，藥頭逐漸熄滅。密閉環(huán)境下，散熱極少，放熱遠大于散熱，點火藥的反應(yīng)急劇加速，迅速進入穩(wěn)定燃燒階段而后逐漸熄滅。在橋絲的最初升溫階段，忽略熱量的散失壓力的影響，認為不同樣本的橋絲升溫過程相同，壓力和溫度的變化會對藥頭的化學(xué)反應(yīng)進程影響很大，不可忽略[3]。

2.2 試驗方法

實驗采用高速攝像測量系統(tǒng)。通過高速攝影儀完整的記錄電藥頭的整個發(fā)火過程，根據(jù)攝影儀的每秒幀數(shù)來確定電藥頭發(fā)火過程的時間。分別在密閉和敞開條件下測量20發(fā)樣本。密閉狀態(tài)下，選用18 mm×18 mm×40 mm透明的有機玻璃塊上鉆孔Φ6 mm×32 mm，將藥頭裝入鉆好孔的有機玻璃塊中，并在固定塞和孔口部用AB膠封住，形成一個密封的空間，待24 h后膠的強度達到最高進行實驗，可保證在實驗過程中不會產(chǎn)生漏氣。實驗裝置如圖1、圖2所示。

圖1 敞開條件裝置示意圖

圖2 密閉條件裝置示意圖

2.3 實驗材料和設(shè)備

2.3.1 實驗材料

相同生產(chǎn)工藝的兩家工廠提供的點藥頭，分別記為A型藥頭和B型藥頭。實驗設(shè)備見表1。

表1 實驗設(shè)備

3 結(jié)果與討論

3.1 發(fā)火數(shù)據(jù)

兩種條件下A型和B型藥頭的發(fā)火見表2。

表2 藥頭發(fā)火數(shù)據(jù)

3.2 觀察藥頭內(nèi)部空孔大小

通過顯微鏡將兩種藥頭的剖面放大40倍觀察空孔，顯微圖像如圖3、圖4所示。

圖3 A型藥頭剖面(40倍)

顯微圖像軟件測得A型藥頭剖面的空孔直徑在59.5～535.7 μm之間，均值219.2 μm，標(biāo)準離差94.4 μm；B型藥頭剖面的空孔直徑在31.5～399.6 μm之間，均值158.3 μm，標(biāo)準離差84.2 μm。

圖4 B型藥頭剖面(40倍)

圖5 兩種藥頭剖面的空孔直徑

3.3 討論

兩種藥頭進行的發(fā)火過程試驗中，無論是在敞開還是密閉條件下，B型藥頭發(fā)火比A型快，且發(fā)火精度更好。原因在于橋絲通電加熱點火藥過程中，點火藥頭內(nèi)部的空孔不利于橋絲向藥劑傳熱，B型藥頭內(nèi)部空孔平均直徑是158.3 um，而A型藥頭的是219.2 um，空孔直徑越大，藥劑受熱越不均勻，這就造成A型藥頭的發(fā)火精度低于B型藥頭。

由表2可見，A型藥頭與B型藥頭各自在敞開和密閉狀態(tài)下，發(fā)火時間基本不變，但是密閉條件下的發(fā)火精度明顯提高。敞開和密閉狀態(tài)下的發(fā)火時間差距不大，是因為密閉環(huán)境藥頭剛開始發(fā)火時產(chǎn)生的氣體與熱量較少，敞開與密閉兩種狀態(tài)均可看做常壓，所以發(fā)火時間沒有明顯差別；密閉條件下的發(fā)火精度得到提高，是由于環(huán)境封閉，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體和熱量不易散失，反應(yīng)區(qū)的溫度和壓強迅速上升，進一步提高了點火藥反應(yīng)的速率，縮短藥頭的爆燃時間，提高發(fā)火精度。

4 結(jié)論

電藥頭的發(fā)火時間和發(fā)火精度與藥頭內(nèi)部的空孔直徑有關(guān)，空孔直徑越小，藥頭中藥劑之間的結(jié)合越緊密，發(fā)火時間越短，精度越高。

密閉條件下，藥頭的發(fā)火時間較敞開條件下略有增大，但發(fā)火精度有明顯提高。

本實驗采用高速攝像測量系統(tǒng)，可以直接觀測到藥頭的發(fā)火過程，精確計算發(fā)火時間，可以應(yīng)用到延期體延期精度的研究中。

[1] 史山群.國外火工品[M].北京:國防工業(yè)出版社，1977.

[2] 陳守文，成一，張贊鋒，等.涂覆式橋絲電點火頭的研究[J].火工品，2002(3)：15-17.

[3] 胡先云,馬志鋼,林懷榮,等.高氯酸鉀粒度對電引火藥頭發(fā)火時間影響[J].淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2014(4):9-12.

[4] 蔡瑞嬌.火工品設(shè)計原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，1997.

[5] Pathe C，Trousselle R，Clot P，et al.Method of Detonator Control with Electronic Ignition Module，Coded Blast Controlling Unit and Ignition Module for Its Implementation: US，6173651[P].2001-01-16.

2016-08-30

黃孝楠(1989-)，男，安徽宿州人，研究生，研究方向為民用爆破器材與應(yīng)用，電話：13063472730。

TQ565

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1671-4733(2016)05-0004-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2016.05.002