淺析某型導(dǎo)爆索組件環(huán)境試驗(yàn)中的斷裂問題

楊三斌

（海裝重慶局，重慶 400042）

淺析某型導(dǎo)爆索組件環(huán)境試驗(yàn)中的斷裂問題

楊三斌

（海裝重慶局，重慶 400042）

目的 分析某型導(dǎo)爆索組件斷裂問題產(chǎn)生的原因。方法 采用平板試驗(yàn)件模擬實(shí)際使用狀態(tài)，用于考核導(dǎo)爆索組件的環(huán)境適應(yīng)性及分離功能。結(jié)果 試驗(yàn)件中導(dǎo)爆索組件均出現(xiàn)了斷裂，且存在三處明顯磨痕，而且有一發(fā)平板試驗(yàn)件的輔助限位板出現(xiàn)了斷裂。結(jié)論 輔助限位板剛度不足，導(dǎo)致導(dǎo)爆索組件出現(xiàn)疲勞斷裂，增加輔助限位板厚度，可有效提高其剛度，防止斷裂問題產(chǎn)生。

導(dǎo)爆索組件；平板試驗(yàn)件；環(huán)境適應(yīng)性；輔助限位板

導(dǎo)爆索組件不僅在航空航天領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，而且在武器裝備中也不斷得到應(yīng)用[1—3]。導(dǎo)爆索組件在使用過程中經(jīng)歷的環(huán)境異常復(fù)雜，既有各種溫度環(huán)境的交變沖擊，又有各種力學(xué)環(huán)境載荷的影響，而且最終還要完成規(guī)定的導(dǎo)爆、分離功能，所以導(dǎo)爆索的設(shè)計(jì)需要在源頭加以重視，并考慮周全，避免各種問題的發(fā)生[4—5]。通常承制單位對(duì)功能設(shè)計(jì)較為重視，對(duì)試驗(yàn)條件設(shè)計(jì)，尤其是模擬實(shí)際使用環(huán)境的工裝設(shè)計(jì)缺乏周到的考慮，致使產(chǎn)品在驗(yàn)收時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量問題，延誤產(chǎn)品交付節(jié)點(diǎn)[6—7]。文中某型導(dǎo)爆索在驗(yàn)收中出現(xiàn)斷裂問題，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證，正是由于試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)考慮不周所致。通過對(duì)導(dǎo)爆索斷裂問題進(jìn)行分析總結(jié)，希望以此為鑒，能夠引起導(dǎo)爆索設(shè)計(jì)者的重視，避免類似問題的出現(xiàn)。

1 環(huán)境試驗(yàn)及出現(xiàn)的問題

1.1 平板試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)

某型導(dǎo)爆索組件的驗(yàn)收環(huán)境試驗(yàn)，采用平板試驗(yàn)件模擬實(shí)際使用狀態(tài)，用于考核導(dǎo)爆索組件的環(huán)境適應(yīng)性及分離功能。平板試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)如圖 1所示，其主要由分離板、護(hù)罩、對(duì)接管組件、導(dǎo)爆管組件、導(dǎo)爆索組件和輔助限位板等組成，其中輔助限位板用于限制導(dǎo)爆管組件在z向的位移。

圖1 平板試驗(yàn)件Fig.1 Plate test piece

1.2 試驗(yàn)流程

平板試驗(yàn)件驗(yàn)收共使用 12發(fā)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件，試驗(yàn)件的試驗(yàn)流程均按照 28天溫度-濕度-高度試驗(yàn)[8]、射線檢測、低頻沖擊、振動(dòng)[9]、沖擊[10]和過載、射線檢測串行進(jìn)行試驗(yàn)，然后進(jìn)行高、低、常溫發(fā)火試驗(yàn)。試驗(yàn)中出現(xiàn)異常，立即停止試驗(yàn)，按要求進(jìn)行處理。

1.3 試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題

在對(duì)某導(dǎo)爆索組件的一批次驗(yàn)收試驗(yàn)中，12發(fā)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件在按規(guī)定試驗(yàn)流程完成所有試驗(yàn)工序后的最后一次射線檢查中發(fā)現(xiàn)，12發(fā)試驗(yàn)件中導(dǎo)爆索組件均出現(xiàn)了斷裂，其斷裂位置位于導(dǎo)爆索組件的拐彎處，如圖 2和圖 3所示。其中圖 2為斷裂產(chǎn)品涉嫌檢測照片，圖 3為斷裂產(chǎn)品斷裂位置。

所有出現(xiàn)問題的導(dǎo)爆索組件中均存在三處明顯磨痕，主要分布在對(duì)接管組件拐角對(duì)應(yīng)位置處、導(dǎo)爆管組件端頭與導(dǎo)爆索組件的接觸處，以及導(dǎo)爆索組件與對(duì)接管組件的接觸處。在12發(fā)試驗(yàn)件導(dǎo)爆索組件中，有1發(fā)平板試驗(yàn)件的輔助限位板出現(xiàn)了斷裂，具體情況如圖4所示，其余平板試驗(yàn)件，在輔助限位板靠近中心螺栓連接處，有不同程度的變形。

圖2 導(dǎo)爆索組件斷裂位置射線無損檢測情況Fig.2 Nondestructive testing of the broken position of the detonating cord assembly

圖3 導(dǎo)爆索組件斷裂位置Fig.3 Schematic diagram of the fracture position of detonating cord assembly

圖4 試驗(yàn)件輔助限位板Fig.4 Test piece auxiliary limit plate

2 原因分析及確定

2.1 理化檢測分析

通過對(duì)導(dǎo)爆索組件斷口位置形貌、導(dǎo)爆管磨損痕跡以及導(dǎo)爆索組件聚乙烯擠塑層硬度測試，得出如下檢測結(jié)論：導(dǎo)爆索組件的斷裂模式為疲勞斷裂；不排除導(dǎo)爆索組件經(jīng)過溫度-濕度-高度試驗(yàn)后，在尺寸及材料性能方面發(fā)生變化所帶來的影響。

2.2 故障樹分析

針對(duì)導(dǎo)爆索組件疲勞斷裂問題，結(jié)合故障現(xiàn)象分析結(jié)果，考慮到低頻沖擊、沖擊和過載等三項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)間均較短，不具有產(chǎn)生疲勞試驗(yàn)的基本條件，因而可以將其排除。建立了以導(dǎo)爆索組件疲勞斷裂問題為頂事件的故障樹[11—13]，共梳理出 8個(gè)底事件，如圖5所示。

圖5 故障樹Fig.5 Fault tree

2.3 底事件排查

1）導(dǎo)爆索組件生產(chǎn)質(zhì)量不合格。影響導(dǎo)爆索組件的質(zhì)量因素包括人、機(jī)、料、法、環(huán)、測，因此檢查的工作主要圍繞該六個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。通過檢查發(fā)現(xiàn)：人員均持證上崗，技術(shù)狀態(tài)未作更改；原材料、裝藥等生產(chǎn)條件，以及檢測條件等均未發(fā)生變更；擠塑層材料低密度聚乙烯質(zhì)量合格；導(dǎo)爆索組件外觀、尺寸、性能等檢測數(shù)據(jù)合格；產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，無異常情況。

2）結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量不合格。經(jīng)復(fù)查，故障批結(jié)構(gòu)件技術(shù)狀態(tài)未發(fā)生改變，工藝參數(shù)符合技術(shù)要求；原材料經(jīng)過入廠復(fù)驗(yàn)、力學(xué)性能檢測，符合要求；各項(xiàng)成形結(jié)構(gòu)件也驗(yàn)收合格。為進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)構(gòu)間的尺寸是否合格，對(duì)驗(yàn)收的12發(fā)結(jié)構(gòu)件尺寸進(jìn)行復(fù)測，未出現(xiàn)不合格產(chǎn)品。

3）試驗(yàn)件裝配質(zhì)量不合格。經(jīng)復(fù)查，參與平板試驗(yàn)件裝配的操作者均持證上崗，且在裝配前進(jìn)行過多次類似試驗(yàn)件的裝配；同時(shí)，操作者進(jìn)行過模裝件裝配培訓(xùn)，熟練掌握裝配要領(lǐng)，而且，裝配過程進(jìn)行了多媒體記錄，裝配后試驗(yàn)件亦經(jīng) X射線檢查，均未見異常。

4）溫度交變?cè)囼?yàn)引起聚乙烯擠塑層性能下降。環(huán)境試驗(yàn)中，試驗(yàn)件經(jīng)受 28天溫度-濕度-高度的交變?cè)囼?yàn)，其中高溫為71 ℃，常溫為21 ℃，低溫為-54 ℃。試驗(yàn)期間，試驗(yàn)溫度轉(zhuǎn)化次數(shù)為 61次。從兩種狀態(tài)的導(dǎo)爆索（一種為已經(jīng)歷環(huán)境試驗(yàn)的故障導(dǎo)爆索，另一種為未經(jīng)歷過環(huán)境試驗(yàn)的導(dǎo)爆索）截取一定長度試樣，分別對(duì)兩者的聚乙烯擠塑層進(jìn)行性能測試。結(jié)果表明，經(jīng)過28天溫度-濕度-高度試驗(yàn)的試樣硬度較未經(jīng)過該試驗(yàn)的試樣硬度略高 3%～9%，拉伸強(qiáng)度由 12.5 MPa變?yōu)?11.9 MPa，斷裂伸長率由82%減小為76%。又由理論計(jì)算可得，該條件下導(dǎo)爆索組件的溫度應(yīng)力為 1.69 MPa，遠(yuǎn)小于聚乙烯擠塑層的拉伸強(qiáng)度 11.9 MPa[14]。由此可見，28天溫度-濕度-高度試驗(yàn)主要是降低了導(dǎo)爆索組件承受交變應(yīng)力的疲勞壽命，但尚不能引起導(dǎo)爆索組件的斷裂。

5）輔助限位板剛度不足的影響。在設(shè)計(jì)上，輔助限位板的作用是為了固定導(dǎo)爆管組件，避免在振動(dòng)過程中導(dǎo)爆管組件與對(duì)接管組件產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)位移。如果輔助限位板剛度不足，則在振動(dòng)試驗(yàn)過程中，尤其是z向振動(dòng)條件下，該錯(cuò)動(dòng)會(huì)引起導(dǎo)爆索組件發(fā)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移，從而在導(dǎo)爆索組件拐彎處產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力，在長時(shí)間交變應(yīng)力作用下，有可能導(dǎo)致導(dǎo)爆索組件出現(xiàn)疲勞斷裂。為驗(yàn)證這一影響因素，試驗(yàn)通過裝配與故障平板試驗(yàn)件相同試驗(yàn)狀態(tài)的7根導(dǎo)爆索組件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)條件亦完全相同，即按驗(yàn)收振動(dòng)試驗(yàn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，完成三方向振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)中觀察到，在z向振動(dòng)中導(dǎo)爆管組件存在反復(fù)位移情況。試驗(yàn)后對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)7發(fā)試驗(yàn)件中導(dǎo)爆索組件均存在斷裂，且有3發(fā)試驗(yàn)件的輔助限位板出現(xiàn)疲勞斷裂，故障得到復(fù)現(xiàn)。

6）導(dǎo)爆索組件在振動(dòng)條件下的影響。在溫度循環(huán)作用下，經(jīng)過 28天溫度-濕度-高度試驗(yàn)后的導(dǎo)爆索組件，其裝配位置已發(fā)生變化。即端頭由最初與對(duì)接管組件端頭齊平狀態(tài)變?yōu)榭s入對(duì)接管組件內(nèi)的狀態(tài)。其作用機(jī)理為：在導(dǎo)爆索組件起爆端固定，另一端自由的情況下，由于受到z向振動(dòng)加速度條件作用，導(dǎo)爆索組件在拐彎處產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力，極有可能導(dǎo)致導(dǎo)爆索組件出現(xiàn)疲勞斷裂問題的發(fā)生。為驗(yàn)證該故障模式能否發(fā)生，進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)。采用裝配2發(fā)平板試驗(yàn)件，以及導(dǎo)爆管組件均為壓緊不松動(dòng)狀態(tài)，并使用加強(qiáng)后的輔助限位板（5 mm厚的鋼制輔助限位板），導(dǎo)爆索組件靠近輔助限位板的一端處于自由狀態(tài)。2發(fā)試驗(yàn)件先經(jīng)歷54 h的高低溫（高溫71 ℃，低溫-54 ℃）循環(huán)試驗(yàn)，再進(jìn)行5 h的z向振動(dòng)，1 h 的y向和x向振動(dòng)。試驗(yàn)后均進(jìn)行 X射線及分解檢查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)爆索組件未斷裂，且兩件試驗(yàn)件中的導(dǎo)爆索組件拐彎處均未有明顯磨痕。結(jié)果表明，導(dǎo)爆索組件自身在振動(dòng)加速度下產(chǎn)生的交變應(yīng)力，不足以引起導(dǎo)爆索組件疲勞斷裂[15]。

7）振動(dòng)輸入條件過大的影響。經(jīng)12發(fā)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件的振動(dòng)試驗(yàn)輸入曲線與設(shè)計(jì)要求值的比對(duì)，確認(rèn)振動(dòng)試驗(yàn)輸入條件均滿足設(shè)計(jì)要求值，因此，可以判定，振動(dòng)試驗(yàn)輸入條件過大導(dǎo)致導(dǎo)爆索組件斷裂的故障模式?jīng)]有發(fā)生的可能。

8）試驗(yàn)工裝放大輸入條件導(dǎo)致的影響。經(jīng)對(duì)試驗(yàn)工裝和試驗(yàn)曲線進(jìn)行檢查確認(rèn)，試驗(yàn)工裝和裝夾方式狀態(tài)合理，不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致振動(dòng)輸入條件放大的環(huán)節(jié)。因此，試驗(yàn)工裝放大輸入條件引起的導(dǎo)爆索組件斷裂的故障現(xiàn)象可以排除。

2.4 斷裂原因的確定

通過故障現(xiàn)象分析及底事件排查，導(dǎo)爆索組件斷裂原因可確定為：平板試驗(yàn)件在z向振動(dòng)條件下，由于輔助限位板剛度不足，致使導(dǎo)爆管組件與對(duì)接管組件間產(chǎn)生相對(duì)位移，帶動(dòng)導(dǎo)爆索組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使導(dǎo)爆索組件拐彎處產(chǎn)生交變彎曲應(yīng)力，長時(shí)間作用下導(dǎo)致了疲勞斷裂的出現(xiàn)。

3 斷裂問題的改進(jìn)措施與有效性驗(yàn)證

針對(duì)導(dǎo)爆索組件斷裂的故障原因，通過限制試驗(yàn)件中導(dǎo)爆索組件在z向的位移，達(dá)到防止導(dǎo)爆索組件斷裂的目的。其改進(jìn)措施為：將鋼制輔助限位板厚度由1.5 mm增加為5 mm，以提高輔助限位板剛度。

為驗(yàn)證改進(jìn)措施是否有效，按改進(jìn)措施裝配15發(fā)試驗(yàn)件。15發(fā)試驗(yàn)件均按驗(yàn)收試驗(yàn)流程及試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，并且將z向振動(dòng)試驗(yàn)條件加嚴(yán)，由1 h增加為2 h，其余試驗(yàn)條件不變。試驗(yàn)后經(jīng)射線檢查和分解檢查，結(jié)果表明，所有導(dǎo)爆索組件結(jié)構(gòu)外觀完好，其彎曲段未見磨痕。由此可見，改進(jìn)措施有效。

4 結(jié)論

1）輔助限位板剛度不足，是導(dǎo)致斷裂發(fā)生的根本原因，采取增加輔助限位板厚度的措施，可有效阻止斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。

2）應(yīng)加強(qiáng)并重視試驗(yàn)設(shè)計(jì)，充分考慮試驗(yàn)工裝對(duì)試驗(yàn)過程和結(jié)果的影響，防止因試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)考慮不周而對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)問題的判定造成影響，進(jìn)而影響產(chǎn)品交付節(jié)點(diǎn)的事情發(fā)生。

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Fracture Problem of the Detonating Cord Assembly in Environmental Test

YANG San-bin
(Chongqing Military Representative Bureau of Navy Arming, Chongqing 400042, China)

ObjectiveTo analyze the cause for fracture problem of detonating cord assembly.MethodsFlat plate test pieces were used to simulate the state of the actual use, to assess the environmental adaptability and separation function of the detonating cord assembly.ResultsFracture occurred in the detonating cord assembly of all test specimens, and there were three obvious wear scars, and the auxiliary limit plate of 1 tablet test piece fractured.ConclusionThe auxiliary limit board had insufficient stiffness, which led to the fatigue fracture of the detonating cord assembly. Increasing thickness of the auxiliary limit board could effectively improve its rigidity and prevent the fracture problem.

detonating cord assembly; flat-plate state test piece; environmental adaptability; auxiliary limit board stiffness

10.7643/ issn.1672-9242.2016.03.020

TJ430

A

1672-9242(2016)03-0121-05

2016-01-13；

2016-02-29

Received：2016-01-13；Revised：2016-02-29

楊三斌（1968—），男，湖北人，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榛鸸て焚|(zhì)量檢驗(yàn)監(jiān)督。

Biography：YANG San-bin (1968—), Male, from Hubei, Master, Senior Engineer, Research focus: quality supervision and inspection for pyrotechnic device.