鋁管狀態(tài)對(duì)切割索性能的影響研究

周 慶，李 藝，曹維國

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鋁管狀態(tài)對(duì)切割索性能的影響研究

周 慶，李 藝，曹維國

（中國工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽，621900）

為了獲得合適牌號(hào)的鋁管進(jìn)行切割索生產(chǎn)及性能試驗(yàn)，通過對(duì)1035牌號(hào)、2A12牌號(hào)和6063牌號(hào)3種牌號(hào)鋁管的碾頭性能、拉伸性能、輥壓性能，以及對(duì)4.5mm厚硬鋁板的切割性能等試驗(yàn)，得到結(jié)果：2A12鋁管不適合進(jìn)行切割索的生產(chǎn)，1035鋁管生產(chǎn)的切割索不能將4.5mm厚的鋁鑒證板切開，而6063鋁管能夠有效切割4.5mm厚鑒證板，其切割性能優(yōu)于1035鋁管。

切割索；鋁管牌號(hào)；成型性能；切割性能

聚能切割索是運(yùn)用炸藥聚能爆破效應(yīng)設(shè)計(jì)而成的線性切割索，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、性能可靠以及在切割過程中無飛片、破片現(xiàn)象，并且具有切縫規(guī)則、光滑、易于控制切割形狀等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于火箭的級(jí)間分離、衛(wèi)星整流罩的拋射、深水打撈、導(dǎo)彈艙體蒙皮的切割等領(lǐng)域中[1]。聚能切割索由金屬殼和裝藥組成，裝藥一般選擇密度和爆速較高的JH14、JH16、RDX、HMX等炸藥[2-3]，這些炸藥爆炸產(chǎn)生的爆轟壓力和射流速度高、切割深度大。金屬殼體材料一般選擇密度高、延展性好、退火溫度低的有色金屬及其合金，如鉛銻合金、鉛錫合金、銅、鋁等材料。

由于微量元素的不同，不同鋁材其柔韌性、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能有很大差異。本文針對(duì)1035、2A12和6063共3種不同牌號(hào)的鋁對(duì)切割索成型性能及切割性能進(jìn)行了研究。

1 原材料

由于拉伸模具的限制，選擇管壁規(guī)格為Ф8mm× 1mm的1035鋁管、2A12鋁管和6063鋁管進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)前采用Spetro-MAXx型火花原子光譜儀（德國斯派克生產(chǎn)）對(duì)鋁管原材料化學(xué)成分進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表1所示。

表1 鋁管化學(xué)成分分析結(jié)果（%）

Tab.1 Analysis results of chemical compositions of aluminum tube

將表1測(cè)試結(jié)果與GB/T 3190-1996 變形鋁及鋁合金化學(xué)成分中規(guī)定的1035、6063和2A12的化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比，可知選用的3種鋁管均滿足要求。

裝藥均選擇GJB 296A-1995黑索今規(guī)范規(guī)定的1類RDX炸藥，預(yù)裝藥密度均為(1.25±0.05) g/cm3。

2 切割索成型性能研究

切割索成型的工藝流程為裝藥→碾頭→拉伸→輥壓，由于切割索碾頭、拉伸、輥壓均為危險(xiǎn)工序，試驗(yàn)時(shí)采用空管和裝滑石粉模擬進(jìn)行碾頭、拉伸和輥壓工序。1035、2A12和6063 3種牌號(hào)的鋁管碾頭后出現(xiàn)的現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 3種牌號(hào)鋁管碾頭現(xiàn)象

由圖1可知，1035牌號(hào)和6063牌號(hào)的鋁管碾頭后（依次通過6個(gè)?？祝┠腩^位置圓滑、緊實(shí)、無劈裂現(xiàn)象，而2A12牌號(hào)鋁管在通過第1個(gè)?？缀竽腩^部位有非常嚴(yán)重的劈開、斷裂現(xiàn)象，無法將管殼碾緊實(shí)。分析認(rèn)為2A12是一種硬鋁合金，其特點(diǎn)是材料硬度高、脆性好，因此在碾頭時(shí)無法成型。為此，將2A12進(jìn)行280℃下回火2.5h，以及300℃下回火3h的半退火處理，退火后再進(jìn)行碾頭試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。由表2可知，退火后2A12鋁管在碾頭時(shí)性能得到一定程度的改善，但是成功率非常低，在280℃回火2.5h時(shí)成功次數(shù)為0，在300℃回火3h時(shí)成功次數(shù)為1，成功率也僅有10%。將碾頭成功的這根2A12鋁管及1035鋁管和6063鋁管裝滑石粉后進(jìn)行切割索后續(xù)的拉伸和輥壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 2A12鋁管碾頭試驗(yàn)情況

Tab.2 Flattening results of 2A12 type of aluminum tube

表3 3種牌號(hào)鋁管拉伸、輥壓試驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 Stretching and shaping results of three types of alumimum tube

由表3的試驗(yàn)結(jié)果可知，1035牌號(hào)和6063牌號(hào)鋁管成型性能較好，能夠順利通過切割索生產(chǎn)的碾頭→拉伸→輥壓工序。2A12牌號(hào)鋁管在300℃回火3h后雖勉強(qiáng)通過碾頭和拉伸試驗(yàn)，但是由于其硬度仍然較高，在輥壓聚能槽時(shí)無法自然通過輥壓?？?，因此該材料無法在切割索生產(chǎn)中使用。

3 切割性能驗(yàn)證

3.1 樣品制備

選擇1035牌號(hào)鋁管和6063牌號(hào)鋁管分別按照預(yù)裝藥密度(1.25±0.05) g/cm3裝RDX炸藥，裝藥完成后按照碾頭→拉伸→輥壓流程進(jìn)行切割索成型。不同形狀的切割索其切割效果相差很大[1,4]，因此輥壓時(shí)采用相同的輥壓模具，以保證切割索形狀的一致性，如圖2所示。

為保證試驗(yàn)樣品裝藥密度的均勻性和一致性，成型后在切割索兩端頭各除去100mm，然后在剩余的切割索成品端頭截取150mm長(zhǎng)樣品，將樣品按照同樣的炸高裝配成切割索組件。

圖2 切割索形狀示意圖

3.2 切割性能試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)將切割索組件粘貼在4.5mm厚2A12鋁鑒證板上進(jìn)行切割性能試驗(yàn)。試驗(yàn)采用電雷管進(jìn)行起爆，起爆電流為1.7kA，周期為1.54μs，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 切割索切割性能裕度試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，1035牌號(hào)鋁管裝配出的切割索未能將4.5mm厚的2A12鋁鑒證板切割開，而6063牌號(hào)鋁管裝配的切割索能夠?qū)?.5mm厚的鑒證板切割成兩半，且切縫比較平整、規(guī)則。分析原因，認(rèn)為這種情況是由于1035牌號(hào)的鋁管鋁質(zhì)較軟，在輥壓時(shí)切割索軸向延伸量大，線密度較低造成的。

4 結(jié)論

通過對(duì)1035牌號(hào)、2A12牌號(hào)和6063牌號(hào)3種牌號(hào)鋁管的碾頭性能、拉伸性能、輥壓性能以及切割性能進(jìn)行試驗(yàn)，得出：（1）2A12牌號(hào)鋁管由于其硬度較高，碾頭時(shí)無法成型，即使回火后能夠勉強(qiáng)通過碾頭和拉伸，在輥壓時(shí)依然無法成型，不具有生產(chǎn)切割索的能力；（2）1035牌號(hào)鋁管由于材料較軟，在輥壓時(shí)切割索軸向延伸量大，線密度較低，在同樣的預(yù)裝藥密度和炸高下切割性能不如6063牌號(hào)鋁管；（3）6063牌號(hào)鋁管生產(chǎn)的切割索能夠有效切開1.5倍裕度的鑒證板。

[1] 杜全才,金韶華,李文.俄羅斯切割索的現(xiàn)狀[J].爆炸與沖擊, 1997, 17(4):382-387.

[2] 成偉,杜成光,李家家,等. 聚能切割索切割靶板的數(shù)值仿真系統(tǒng)[J].火工品,2010(1):18-20.

[3] 黃寅生,康聰成,薛愛蓮,等. 柔性聚能切割索爆炸切割工業(yè)硬鋁板試驗(yàn)[J].煤礦爆破,2003(1):10-12.

[4] 段卓平,洪兵,張錦云,等.耐高溫柔性切割索的實(shí)驗(yàn)研究[J].兵工學(xué)報(bào),1995(4):57-60.

The Effect of Aluminum Tube on the Property of Mild Linear Shaped Charge

ZHOU Qing，LI Yi，CAO Wei-guo

(Institute of Chemical Materials,CAEP, Mianyang, 621900)

In order to achieve the right kind aluminum tube for producing mild linear shaped charge, 1035, 2A12 and 6063 type of aluminum tubes were chosen, and then flattening stretching, shaping and 1.5 times cutting capacity experiments were done. It validates that 2A12 type of aluminum tube isn't fit for producing mild linear shaped charge, and 1035 type of aluminum tube can't cut 4.5mm thickness aluminum plate, while 6063 type of aluminum tube can do it.

Mild linear shaped charge；Type of aluminum tube；Shaping property；Cutting property

1003-1480（2018）02-0032-03

TJ45+7

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.02.009

2017-11-13

周慶（1987-），女，助理研究員，主要從事電火工品換能機(jī)理、火工品可靠性設(shè)計(jì)與評(píng)估研究。