羅 婧，吳 健，賀 陽(yáng)，李小強(qiáng)

(1.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西 西安，710061；2.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，陜西 西安，710077；3.北方特種能源集團(tuán)有限公司 西安慶華公司，陜西 西安，710025)

電火工品統(tǒng)稱電起爆器，是通過電流輸入使裝藥發(fā)火，并把熱、壓力及沖擊波等形式轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或動(dòng)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(diǎn)，是一種特殊能源的、一次性作用的動(dòng)力源器件[1]。絕緣電阻是加直流電壓于電介質(zhì)，并經(jīng)過一定時(shí)間極化后，流過電介質(zhì)的泄漏電流對(duì)應(yīng)的電阻。電起爆器通過產(chǎn)品表面外殼與彈體連接，一些產(chǎn)品中電起爆器的發(fā)火回路由點(diǎn)火元件一極和產(chǎn)品表面殼體一極構(gòu)成，即電起爆器發(fā)火件與彈體構(gòu)成發(fā)火回路(腳-殼發(fā)火回路)。為了避免復(fù)雜電磁環(huán)境中的電磁干擾，上述結(jié)構(gòu)逐漸被獨(dú)立設(shè)計(jì)的電起爆器發(fā)火回路所替代，由發(fā)火元件自身組成發(fā)火回路，即腳-殼絕緣和腳-腳發(fā)火回路。

絕緣電阻是電起爆器驗(yàn)收時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)[2]。若電起爆器腳-殼絕緣電阻超差，腳-殼形成電流回路，在給產(chǎn)品通以發(fā)火電流時(shí)電流會(huì)分流，然后流向腳-腳和腳-殼回路，這樣會(huì)降低腳-腳回路的發(fā)火電流，使元件不能正常發(fā)火，導(dǎo)致整個(gè)彈丸出現(xiàn)瞎火留膛故障[3-4]。絕緣電阻貫穿于電火工品生產(chǎn)的始末，從最初零部件的準(zhǔn)備到產(chǎn)品完成，某些生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)對(duì)最終產(chǎn)品的絕緣電阻有著至關(guān)重要的影響，如果在這些工序中加強(qiáng)控制，可降低產(chǎn)品絕緣電阻的不合格率，提高產(chǎn)品的成品率，從而大幅度降低成本，減少零部件、藥劑、人力物力和時(shí)間的浪費(fèi)。

1 某電起爆器結(jié)構(gòu)

以某電起爆器為例(以下簡(jiǎn)稱A型電起爆器)，其主要由殼體、電極塞、絕緣環(huán)、蓋片、引線和密封膠等組成。它的結(jié)構(gòu)具有一般電火工品結(jié)構(gòu)的共性。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 A型電起爆器結(jié)構(gòu)圖

A型電起爆器引線與外殼(即腳-殼)之間的絕緣電阻要求是在DC100 V條件下，通電1 min，產(chǎn)品絕緣電阻>20 MΩ。在通常狀況下，該產(chǎn)品絕緣電阻合格時(shí)，絕緣電阻示值為無(wú)窮大；當(dāng)產(chǎn)品絕緣電阻不合格時(shí)，絕緣電阻示值為零，或者電阻表指針左右擺動(dòng)不穩(wěn)定，且絕緣電阻示值<20 MΩ。本文分析影響A型電起爆器絕緣電阻的生產(chǎn)工序，同時(shí)提出可有效降低及消除產(chǎn)品絕緣電阻不合格的控制措施。

2 對(duì)產(chǎn)品絕緣電阻造成影響的工序及改進(jìn)控制方法

2.1 零部件準(zhǔn)備的影響

零部件準(zhǔn)備是火工品生產(chǎn)的第1步驟，首先應(yīng)按照工藝要求對(duì)零部件進(jìn)行清洗、脫水及烘干，再依照產(chǎn)品圖樣進(jìn)行檢驗(yàn)，測(cè)量尺寸檢查外觀，剔除尺寸超差和外觀不合格品。這是基礎(chǔ)工藝環(huán)節(jié)，對(duì)提高產(chǎn)品絕緣電阻的合格率來(lái)說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。該A型電起爆器的殼體中部有一段環(huán)形凹槽，其作用是加固膠液與殼體的連接強(qiáng)度。凹槽在加工過程中經(jīng)常有金屬碎屑未被車斷，殘留在內(nèi)，使用工藝要求的超聲波清洗機(jī)也不可能完全清洗掉金屬屑。在產(chǎn)品裝配時(shí)，如果殼體中殘留的金屬碎屑與電極塞腳線搭接上，產(chǎn)品絕緣電阻即為零。由于金屬碎屑非常細(xì)小，即使在X射線無(wú)損檢測(cè)中也是很難被發(fā)現(xiàn)的，因此，解決這種現(xiàn)象的辦法只有依靠人工使用金屬鑷子或擊針在殼體凹槽中刮一圈，摳出異物，然后翻轉(zhuǎn)殼體輕磕將其倒出，再用無(wú)水乙醇浸濕過的脫脂棉擦拭凹槽，這樣才能確保清除殼體金屬碎屑的殘留，在很大程度上降低零部件準(zhǔn)備工序中產(chǎn)品絕緣電阻不合格的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 電極塞打磨的影響

該A型電起爆器的電極塞是采用玻璃封接的方式將3根腳線與電極塞金屬盂燒結(jié)在一起，其特點(diǎn)是氣密性好，絕緣性好，耐壓性優(yōu)。電極塞在燒結(jié)時(shí)，若有金屬粒子被封接在玻璃塞體里，可能會(huì)造成電極塞絕緣電阻不合格，所以電極塞在使用前應(yīng)先測(cè)量絕緣電阻，剔除不合格品。由于電極塞表面極點(diǎn)上有一層鍍金保護(hù)層，用于保護(hù)極點(diǎn)不被氧化，所以焊橋絲前應(yīng)打磨電極塞表面。電極塞磨平通常使用砂紙打磨，如果打磨完成后，腳線平面或者電極塞的外殼殘留有金屬毛絲及金屬細(xì)粒，且未被清理掉，會(huì)導(dǎo)致金屬毛絲與其他金屬零部件連接上，致使產(chǎn)品絕緣電阻為零。為避免產(chǎn)生上述問題，電極塞在磨平時(shí)，可采用先粗磨再細(xì)磨的方法，最后再進(jìn)行拋光。拋光完成后，用超聲波清洗機(jī)清洗2～3次，直至水清澈不渾濁，再用無(wú)水乙醇脫水晾干。另外，電極塞焊橋前應(yīng)在顯微鏡下對(duì)電極塞的表面作100%檢查，以防止有金屬碎屑?xì)埩簟?/p>

2.3 橋絲焊接的影響

焊接過橋絲的電極塞也就是焊橋電極塞，如果其橋絲殘留物未被清除掉或者橋尾超出腳線直徑之外，都會(huì)造成產(chǎn)品絕緣電阻不合格[5]；因此，電極塞焊完橋絲后一定要在顯微鏡下進(jìn)行鏡檢，使用洗耳球吹掉焊橋電極塞表面多余物，使用蘸有無(wú)水乙醇的小羽箭順著橋絲方向掃除橋絲上的多余物。焊橋電極塞應(yīng)在干燥箱中保存，以防止橋絲粘上多余物或受潮氧化，進(jìn)而影響產(chǎn)品絕緣電阻。

2.4 焊橋電極塞推塞入殼的影響

使用模具將焊橋電極塞推入加強(qiáng)帽后，當(dāng)電極塞與加強(qiáng)帽為緊配合時(shí)，由于A型電起爆器的加強(qiáng)帽材料比電極塞的材料軟，裝配中的電極塞外側(cè)壁會(huì)將加強(qiáng)帽內(nèi)壁刮蹭，形成金屬碎屑，這樣產(chǎn)生的多余物也是造成產(chǎn)品絕緣電阻不合格的一個(gè)因素。通常，將電極塞推壓到位后，應(yīng)利用洗耳球吹掉多余物，在顯微鏡下使用蘸有無(wú)水乙醇的小羽箭清理掉焊橋電極塞表面的多余物，采用這種工藝可防止多余物將橋絲與金屬零部件搭接，影響產(chǎn)品絕緣電阻。

2.5 粘絕緣環(huán)的影響

絕緣環(huán)在A型電起爆器中起到抗靜電的作用。絕緣環(huán)被膠粘劑粘接在焊橋電極塞表面上，粘接時(shí)如有金屬夾雜物，將影響產(chǎn)品的絕緣性能。這道工序要求焊橋電極塞表面平整，而非斜坡形或馬蹄形等不規(guī)則形狀，膠液的使用量應(yīng)均勻適量，使絕緣環(huán)與焊橋電極塞表面緊密粘合，且無(wú)空隙及夾雜物，這樣，裝配過程中的多余物就不會(huì)進(jìn)入到絕緣環(huán)與焊橋電極塞的縫隙間，而導(dǎo)致A型電起爆器本體絕緣電阻不合格。

2.6 產(chǎn)品裝配的影響

當(dāng)A型電起爆器本體收口完成后，管殼表面會(huì)殘留一些金屬碎屑，如果不清理干凈就裝配進(jìn)殼體，也會(huì)造成產(chǎn)品絕緣電阻不合格，所以在裝配前應(yīng)用紗布將本體表面金屬碎屑擦干凈。裝配的環(huán)境應(yīng)干凈整潔，避免異物裝配入殼體。本體裝入殼體前，應(yīng)將腳線捋直，如果腳線打彎并與殼體接觸，產(chǎn)品絕緣電阻將為零。

2.7 密封膠的影響

A型電起爆器在裝配過程中使用的密封膠選用環(huán)氧樹脂E51∶聚酰胺樹脂651=1∶0.4(質(zhì)量比)來(lái)配制。影響膠液固化的因素很多，膠液配比不準(zhǔn)確、膠液攪拌不均勻和裝配間溫濕度不符合標(biāo)準(zhǔn)等都會(huì)導(dǎo)致膠液不能完全固化。

固化劑聚酰胺樹脂對(duì)潮濕氣體敏感，易吸濕[6]，如果膠液在未固化完全的情況下進(jìn)行下一道工序，就會(huì)將濕氣封閉到產(chǎn)品內(nèi)部無(wú)法揮發(fā)出去，進(jìn)而影響產(chǎn)品絕緣電阻。陰雨天應(yīng)使用空調(diào)和除濕機(jī)控制裝配間的相對(duì)濕度。相對(duì)濕度是一定溫度下，空氣中的實(shí)際水蒸氣壓與空氣中飽和水蒸氣壓的百分比。環(huán)境溫度與其對(duì)應(yīng)溫度的飽和水蒸氣壓及相對(duì)濕度的關(guān)系見表1。

表1 環(huán)境溫度與其飽和水蒸氣壓及相對(duì)濕度的關(guān)系

由表1可以看出，水的飽和蒸氣壓隨著溫度的上升而上升。如果環(huán)境中實(shí)際水蒸氣壓不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，飽和水蒸氣壓升高，相對(duì)濕度減小，吸水平衡的密封膠向外釋放水分，用提高溫度進(jìn)行物理烘干就是這個(gè)原理。在涂密封膠時(shí)，裝配間溫度通常為25～35 ℃，相對(duì)濕度<65%RH，且應(yīng)保證固化時(shí)間至少為24～48 h[7]。

2.8 焊線的影響

電起爆器操作工藝?yán)锿ǔ?huì)有引線焊接，該A型電起爆器的引線為屏蔽線。屏蔽線是使用金屬網(wǎng)狀編織層把信號(hào)線包裹起來(lái)的傳輸線，編織層一般是紅銅或者鍍錫銅。屏蔽線的屏蔽層需要接地，外來(lái)的干擾信號(hào)可被該層導(dǎo)入大地，避免干擾信號(hào)進(jìn)入內(nèi)層導(dǎo)體，同時(shí)降低傳輸信號(hào)的損耗。若引線芯線在焊接前沒有全部焊接在接線板月牙形覆箔層上，某根芯線將焊點(diǎn)與殼體連接，將導(dǎo)致產(chǎn)品絕緣電阻不合格。若引線芯線焊接位置不居中，將導(dǎo)致下一道工序注膠后引線無(wú)法居中，增加了產(chǎn)品在后續(xù)工序中絕緣電阻不合格的風(fēng)險(xiǎn)。引線焊接時(shí)，若焊點(diǎn)過高，會(huì)頂破該A型電起爆器的另一個(gè)零部件——絕緣片，將導(dǎo)致焊點(diǎn)與其他金屬零部件接觸，致使產(chǎn)品絕緣電阻不合格，所以，引線焊接時(shí)，焊點(diǎn)不能過大、過高，以定位環(huán)為界，高度不可高于定位環(huán)，寬度不可超過定位環(huán)內(nèi)圓邊沿。另外，焊接引線前應(yīng)檢查腳線，將引線2個(gè)芯線全部居中按壓在接線板覆箔層上，然后焊接牢固，這樣就可確保產(chǎn)品的絕緣電阻不受影響。

2.9 輸入端收口的影響

輸入端收口即該A型電起爆器的引線端收口。是將引線穿過一個(gè)中心位置有圓孔的零部件，再將該A型電起爆器的外殼末端用模具收攏壓覆在這個(gè)中間有圓孔的零部件上，起到密封的作用。如果在引線焊接工序中未將引線居中焊接，后續(xù)的注膠工序也未能正確矯正引線位置，引線的絕緣保護(hù)層極有可能被這個(gè)金屬零部件中心的圓孔刮傷，導(dǎo)致芯線接觸上屏蔽線外層的金屬屏蔽網(wǎng)，使其與產(chǎn)品外殼導(dǎo)通，產(chǎn)品絕緣電阻為零。這就要求操作者在前面的工序中控制好引線的位置，盡可能地使引線居中，避免傷及引線而影響產(chǎn)品絕緣電阻。

2.10 裝配環(huán)境的影響

裝配操作間的環(huán)境應(yīng)保證溫度、濕度、清潔度和靜電防護(hù)等條件[8]，如果不干凈，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電微粒進(jìn)入產(chǎn)品，也有可能使多余物進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部，導(dǎo)致絕緣電阻不穩(wěn)定或者為零。在裝配零部件時(shí)應(yīng)將工作臺(tái)清理干凈無(wú)雜物，零部件放在干凈的容器中使用，盡量避免多余物進(jìn)入產(chǎn)品。

3 工序改進(jìn)前后數(shù)據(jù)比較與討論

取60發(fā)焊好橋絲的電極塞，焊橋電極塞推塞入殼后，取30發(fā)不鏡檢、30發(fā)鏡檢。使用絕緣電阻表(DC100 V)檢測(cè)這60發(fā)半成品的絕緣電阻(見圖2和圖3)。通過對(duì)比圖2和圖3的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鏡檢過的焊橋電極塞，在操作過程中對(duì)焊橋表面進(jìn)行清理后絕緣電阻合格率大大提高了。

圖2 未進(jìn)行鏡檢、未清理表面的30發(fā)焊橋電極塞

圖3 進(jìn)行了鏡檢、清理表面的30發(fā)焊橋電極塞

在每道工序結(jié)束后，通過使用絕緣電阻表對(duì)多個(gè)批次半成品絕緣電阻進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)絕緣電阻不合格品數(shù)量可知，產(chǎn)品裝配工序、涂膠密封工序、焊接引線工序和產(chǎn)品收口工序是造成產(chǎn)品絕緣電阻不合格的主要工序，這些工序在每批產(chǎn)品絕緣電阻不合格總數(shù)量中所占比例如圖4所示。

圖4 各工序絕緣電阻不合格品所占比例圖

在某批次產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，對(duì)上述造成產(chǎn)品絕緣電阻不合格的主要工序進(jìn)行加嚴(yán)控制改進(jìn)，并將該批次(下述稱第5批)產(chǎn)生的絕緣電阻不合格品數(shù)量與以往4批產(chǎn)品絕緣電阻不合格品數(shù)量進(jìn)行對(duì)比可知，第5批合格率得到了較大提升(見圖5)。

圖5 5個(gè)批次產(chǎn)品絕緣電阻不合格品數(shù)量對(duì)比

通過控制改進(jìn)后，雖然絕緣電阻不合格品得以控制，但依然存在。造成不合格品的原因是有些工序當(dāng)時(shí)無(wú)法用絕緣電阻表檢測(cè)出不合格品，當(dāng)產(chǎn)品振動(dòng)、跌落時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)部多余物振動(dòng)造成絕緣電阻不合格，所以應(yīng)對(duì)本文中提到的所有工序加嚴(yán)控制，以杜絕絕緣電阻不合格品的出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

A型電起爆器具有一般火工品的共性，通過對(duì)其工藝操作中造成絕緣電阻不合格的因素進(jìn)行分析，可以得出如下結(jié)論：1)直接影響絕緣電阻性能的工序，如產(chǎn)品裝配工序、焊接引線工序、產(chǎn)品收口工序和涂密封膠工序，導(dǎo)致的絕緣電阻不合格現(xiàn)象一般都是可檢測(cè)的；2)間接影響絕緣電阻性能的工序，如零部件準(zhǔn)備工序、電極塞打磨工序和粘絕緣環(huán)工序等，造成的絕緣電阻不合格現(xiàn)象檢測(cè)困難。因此，火工品質(zhì)量控制應(yīng)貫穿于整個(gè)工藝流程，按本文上述關(guān)鍵環(huán)節(jié)要求把關(guān)，就能有效提高絕緣電阻的穩(wěn)定性和可靠性，杜絕絕緣電阻不可控的產(chǎn)品出現(xiàn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。

[1] 王凱民. 火工品工程設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

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

[3] 李便花. 某型電點(diǎn)火具絕緣電阻超差分析及工藝改進(jìn)[J]. 新技術(shù)新工藝，2015(5):7-9.

[4] GJB 376—1987，火工品可靠性評(píng)估方法[S].

[5] 侯麗霞. 火工品檢驗(yàn)過程中常見的幾個(gè)質(zhì)量問題及原因分析[J]. 火工品，2002(3):49-50.

[6] 王德中. 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)與應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[7] 關(guān)翔云. 環(huán)氧樹脂膠粘劑在火工品應(yīng)用中的工藝研究[J]. 火工品，2002(4):42-44.

[8] GJB 9001C—2017，質(zhì)量管理體系要求[S].