耿梅葵，史懷蓮

（北方特種能源集團有限公司西安慶華公司，陜西 西安，710025）

某電雷管裝配某炮射導(dǎo)彈引信，用于起爆傳爆藥柱。在入廠驗收過程中出現(xiàn)了雷管半爆現(xiàn)象，本文重點對其半爆故障進行原因分析。

1 某電雷管結(jié)構(gòu)及作用原理

1.1 結(jié)構(gòu)

某電雷管（以下簡稱電雷管）配用于某炮射導(dǎo)彈引信，由管殼、電發(fā)火件、紙墊圈、粉末氮化鉛、太安和藥帽組成，電雷管結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1.2 作用原理

電雷管在受到規(guī)定的能量刺激后，橋絲發(fā)熱使粉末氮化鉛起爆，繼而起爆主裝藥太安，從而起爆傳爆藥柱。

圖1 電雷管結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of electric detonator structure

2 半爆故障及原因分析

2.1 故障現(xiàn)象

顧客在進行引信廠驗隔爆試驗（5發(fā)）項目時，出現(xiàn)2發(fā)聲音、隔板異常，從該批電雷管中抽取做過震動或錘擊的 21發(fā)產(chǎn)品進行鉛板威力試驗，出現(xiàn) 1發(fā)雷管半爆現(xiàn)象。隨機從該批電雷管中抽取60發(fā)雷管進行威力試驗，試驗到第6發(fā)和第60發(fā)出現(xiàn)半爆。

觀察各次半爆雷管殘留物狀態(tài)，結(jié)果均相似，雷管底帽變形但仍完整，底帽內(nèi)留存炸藥。仔細觀察底帽殘留炸藥可以看出，不但底帽內(nèi)原裝炸藥沒有爆轟，在原底帽裝藥面上還堆積有松裝炸藥。雷管殘留物狀態(tài)實物照片見圖2。

2.2 原因分析

針對產(chǎn)品的故障現(xiàn)象，采用故障樹分析方法對可能引起電雷管半爆的原因進行全面的調(diào)查和分析。電雷管半爆故障樹見圖3。

圖2 半爆雷管試驗殘骸Fig.2 The detonator remains of half explosion

圖3 某電雷管半爆故障樹Fig.3 Fault tree of half explosion of some electric detonator

2.2.1 起爆藥不合格

電雷管用粉末氮化鉛的全項分析期限、水分分析期限均在有效期內(nèi)，分析結(jié)果符合WJ 2051-1991疊氮化鉛標(biāo)準(zhǔn)（粉末氮化鉛貯存6個月以上，使用前分析水分及揮發(fā)分，貯存1a以上，檢驗全項）要求，可以排除起爆藥不合格導(dǎo)致電雷管半爆的原因。

2.2.2 猛炸藥不合格

電雷管采用太安，其全項分析期限在有效期內(nèi)，分析結(jié)果符合GJB 552-1988 太安標(biāo)準(zhǔn)，可以排除猛炸藥不合格導(dǎo)致電雷管半爆的原因。

2.2.3 管殼強度差

管殼壁薄、管殼裂紋、管殼材料不合格可造成管殼強度不夠，均會使爆炸氣體壓力減小，疏波入侵，對起爆藥、猛炸藥的爆轟成長不利，造成雷管半爆。

（2）管殼的壁厚為0.352～0.405mm，在管殼的加工過程中按工藝裝模試沖1～3件，進行首件三檢，操作者每隔5～10min檢查一次質(zhì)量，數(shù)量不少于5發(fā),專職檢驗人員40～50min全面檢查一次，數(shù)量不少于10發(fā)，檢查時用專用量具（量具均在檢定周期內(nèi)）檢查內(nèi)、外徑，可以保證管殼的壁厚，故可排除管殼壁薄的因素。

（3）管殼生產(chǎn)單位對管殼的外觀進行 100%的檢查，并且當(dāng)產(chǎn)品裝配完后，對外觀也要進行 100%的檢查；從返回的該批500發(fā)中抽取150發(fā)，對外觀進行檢查均合格后做威力試驗，第139發(fā)出現(xiàn)了半爆，故可排除管殼裂紋的因素。

2.2.4 電極塞強度差

壓制電極塞時壓力及溫度不符合要求、原材料不合格、電極塞裂紋可造成電極塞強度不夠，會使爆炸氣體壓力減小，疏波入侵，對起爆藥、猛炸藥的爆轟成長不利，從而造成雷管半爆。

（1）電雷管所用的電極塞材料入廠驗收均合格，故可排除電極塞所用原材料不合格的因素。

（2）電極塞壓制時注塑溫度設(shè)置為 180～200℃，注塑壓力設(shè)置為17MPa，均符合工藝要求的規(guī)定（180～200℃、15～18MPa），故可排除電極塞壓制過程注塑溫度和壓力不符合要求的因素。

（3）電極塞在裝配時100%單腳線要經(jīng)過2kg拉力試驗，試驗后在8～15倍的放大鏡下100%地進行檢查，因而可排除電極塞有裂紋的因素。

2.2.5 藥劑污染

產(chǎn)品在裝配過程中，因班產(chǎn)量大，若控制不嚴，構(gòu)成產(chǎn)品的材料無水乙醇可意外進入藥劑；產(chǎn)品輸出端需涂密封漆，如果操作不當(dāng)，將使密封漆滲入藥劑；此外，工房濕度過大、藥劑吸濕等因素也都有可能造成藥劑污染，出現(xiàn)半爆。

（1）在產(chǎn)品裝配過程中，當(dāng)沖子點平氮化鉛后，需要用無水乙醇清擦沖子，清擦后的沖子又直接用來壓藥，若不慎將無水乙醇帶入粉末氮化鉛中，將造成粉末氮化鉛污染。由于無水乙醇氣化點較低，起爆時無水乙醇氣化吸收大量的熱，造成起爆藥起爆能力下降，可導(dǎo)致產(chǎn)品半爆。

用無水乙醇浸透的棉花擦拭點平氮化鉛用的沖子，擦拭后的沖子直接壓制50發(fā)產(chǎn)品，威力試驗中出現(xiàn)6發(fā)半爆，見圖4，故此因素不可排除。

（2）氮化鉛不易吸濕，水分含量增加時其起爆力無顯著降低，有資料顯示，氮化鉛中水分含量達到30%時仍可起爆，太安不吸濕，但在水中鈍感[1]。經(jīng)查該批雷管所用氮化鉛和太安分析結(jié)果均合格，在壓藥過程中濕度控制在53%～62%，符合火工品生產(chǎn)和該電雷管工藝規(guī)程的要求。針對氮化鉛、太安受潮對產(chǎn)品性能的影響，進行試驗，試驗方案、試驗數(shù)量、試驗結(jié)果見表1。

圖4 半爆殘骸Fig.4 Half explosion remains

表1 裝藥受潮對雷管性能的影響Tab.1 Influence of humidified charge on the performance of detonator

根據(jù)表1試驗結(jié)果，可排除藥劑吸濕引起雷管半爆的因素。

（3）工藝要求雷管輸出端涂密封漆后雷管輸出端朝下掛起，涂漆過程嚴格按工藝進行控制，并有檢驗人員監(jiān)控。通過表2試驗，可排除密封漆滲入藥劑引起雷管半爆的因素。

表2 雷管輸出端密封漆滲入的影響Tab.2 The influence of sealing adhesive seeping in detonator output end

表2中13發(fā)超出工藝極限涂漆的產(chǎn)品，經(jīng)高溫后漆膜迅速晾干，漆膜里面的漆滲入產(chǎn)品中，威力試驗結(jié)果表明這些產(chǎn)品合格。

2.2.6 裝配時壓力超出工藝要求范圍

覆蓋炸藥的壓藥壓力大于工藝要求、壓合壓力大于工藝要求均可導(dǎo)致猛炸藥的臨界爆速變大，感度變低，起爆藥的爆速如果小于猛炸藥的臨界爆速，猛炸藥不能起爆，可導(dǎo)致半爆。若收口壓力小，在雷管經(jīng)過一定的力學(xué)環(huán)境后，底帽可能位移導(dǎo)致太安和底帽藥面接觸面出現(xiàn)間隙，爆速突然下降，致使雷管半爆。

在生產(chǎn)前對壓力要進行標(biāo)定，經(jīng)查生產(chǎn)過程壓力均控制在工藝要求的范圍之內(nèi)，通過表3～4試驗，可以排除壓力的影響。

表3 壓藥壓力大于工藝要求的試驗Tab.3 Test of charge pressure higher than technology rule

表4 收口壓力小于工藝要求的試驗Tab.4 Test of crimping pressure lower than technology rule

試驗方案中覆蓋炸藥壓藥壓力的實際值為 110 MPa，壓合壓力實際值為 139MPa，遠大于工藝要求的壓力：（86±6）MPa、（105±6）MPa，根據(jù) 147發(fā)產(chǎn)品威力試驗結(jié)果（包括表1的19發(fā)），可排除壓藥壓力引起雷管半爆的因素。

由表4可見，在經(jīng)過力學(xué)環(huán)境試驗、熱循環(huán)試驗，以及裝藥底帽與管殼為間隙配合的情況下，產(chǎn)品威力試驗結(jié)果均合格，故可排除雷管收口壓力小于工藝要求引起雷管半爆的因素。

2.2.7 起爆藥與猛炸藥裝藥位置出錯

氮化鉛與太安位置裝反會使起爆藥藥高變低，致使到達起爆藥和猛炸藥界面上的起爆藥爆速變小，如果小于猛炸藥的臨界爆速，猛炸藥將不能起爆，可導(dǎo)致半爆。裝配時，第2次裝氮化鉛與第1次裝太安為同一個人操作，可能出現(xiàn)1個配盒單位（20發(fā)）裝反的情況，對第2道氮化鉛與第1道太安位置裝反的情況進行試驗，結(jié)果在壓藥時出現(xiàn)了爆炸，爆炸殘骸見圖5。故可排除氮化鉛與太安位置裝反導(dǎo)致半爆的因素。

圖5 爆炸殘骸Fig.5 Explosion remains

2.2.8 起爆藥藥量小于工藝要求

（1）若在裝起爆藥時撒藥，則藥量小于工藝要求，起爆藥藥高變低，可致使到達起爆藥和猛炸藥界面上的起爆藥爆速變小，如果小于猛炸藥的臨界爆速，則猛炸藥不能起爆，從而導(dǎo)致半爆。

產(chǎn)品內(nèi)的起爆藥總量為 90mg，壓制 50發(fā)少裝40mg起爆藥的產(chǎn)品，威力試驗結(jié)果合格，故可排除雷管裝起爆藥時撒藥因素。

（2）整個生產(chǎn)過程中是配盒裝藥，每1個配盒單位（20發(fā)）檢查1次裝配正確性，若少裝1道起爆藥，將會在檢查時多出1份，故少裝1道起爆藥的因素可排除。

通過以上故障分析，初步認為引起電雷管半爆的原因是壓制過程中沖子上的無水乙醇被帶入粉末氮化鉛中，造成粉末氮化鉛受到污染，在起爆時無水乙醇氣化吸收大量的熱，使起爆藥起爆能力下降，導(dǎo)致產(chǎn)品半爆。

3 故障產(chǎn)品半爆機理分析

該批故障產(chǎn)品所用起爆藥在產(chǎn)品裝配過程中受到無水乙醇的污染，無水乙醇的作用不僅具有吸熱作用，而且具有絕緣層的作用，阻止熱量在氮化鉛晶粒之間的傳播[2]。當(dāng)?shù)U被無水乙醇包覆后，必須通過乙醇層傳熱，方能使起爆藥晶粒升至開始反應(yīng)的溫度，起爆藥爆發(fā)點升高，起爆深度加大；同樣，被無水乙醇包覆后的粉末氮化鉛所達到的爆速遠遠小于粉末氮化鉛的爆速，不足以引爆猛炸藥，在起爆藥微弱的沖擊波下，覆蓋的猛炸藥只是微弱地爆燃，其余松裝藥被吹散，從而導(dǎo)致產(chǎn)品半爆。

4 故障復(fù)現(xiàn)

為了驗證問題定位的準(zhǔn)確性，確定了半爆原因試驗方案，結(jié)果見表5。

表5 產(chǎn)品半爆原因驗證試驗結(jié)果Tab.5 Verification test result of half explosion reason

半爆雷管殘留物狀態(tài)實物照片見圖6。

圖6 半爆雷管試驗殘骸Fig.6 Remains of half explosion detonator

5 改進措施

針對產(chǎn)品出現(xiàn)的半爆故障問題，采取以下措施：

（1）在工藝中專設(shè)一道清擦沖子的工序，具體規(guī)定清擦點平氮化鉛工序沖子的工藝要求和操作方法；

（2）工藝要求：用無水乙醇濕潤的紗布清擦點平?jīng)_子；清擦后的沖子上不允許有浮藥、無水乙醇；清擦后的沖子晾干1min以上才可繼續(xù)使用；

（3）操作方法：將紗布用無水乙醇蘸濕擰干，清擦點平?jīng)_子；然后用干紗布清擦沖子；沖子頭朝上放入周轉(zhuǎn)盒中晾干；

（4）專職檢驗員每隔1h檢查一次清擦質(zhì)量。

6 改進措施驗證

為了驗證改進措施的有效性，裝配了 230發(fā)產(chǎn)品，試驗結(jié)果見表6。

表6 改進措施驗證試驗結(jié)果Tab.6 Verification test result of improvement measure

表6試驗結(jié)果表明，采取上述措施后可以杜絕起爆藥受無水乙醇的污染，雷管威力試驗合格。

7 結(jié)論

通過故障樹分析和故障復(fù)現(xiàn)試驗，確定該電雷管半爆的原因是壓制過程中沖子上的無水乙醇被帶入粉末氮化鉛中，造成粉末氮化鉛受到污染，在做威力試驗時，無水乙醇氣化吸收大量的熱，造成起爆藥起爆能力下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)品半爆。

[1]勞允亮.起爆藥化學(xué)與工藝學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué),1999.

[2]蔡瑞嬌.火工品設(shè)計原理[M].北京:北京理工大學(xué),1999.