某電雷管半爆原因分析

耿梅葵，史懷蓮

（北方特種能源集團(tuán)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(yàn)收過程中出現(xiàn)了雷管半爆現(xiàn)象，本文重點(diǎn)對(duì)其半爆故障進(jìn)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(jiǎn)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(jìn)行引信廠驗(yàn)隔爆試驗(yàn)（5發(fā)）項(xiàng)目時(shí)，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(dòng)或錘擊的 21發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行鉛板威力試驗(yàn)，出現(xiàn) 1發(fā)雷管半爆現(xiàn)象。隨機(jī)從該批電雷管中抽取60發(fā)雷管進(jìn)行威力試驗(yàn)，試驗(yàn)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(xì)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(shí)物照片見圖2。

2.2 原因分析

針對(duì)產(chǎn)品的故障現(xiàn)象，采用故障樹分析方法對(duì)可能引起電雷管半爆的原因進(jìn)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(yàn)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(xiàng)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(gè)月以上，使用前分析水分及揮發(fā)分，貯存1a以上，檢驗(yàn)全項(xiàng)）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(xiàng)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(qiáng)度差

管殼壁薄、管殼裂紋、管殼材料不合格可造成管殼強(qiáng)度不夠，均會(huì)使爆炸氣體壓力減小，疏波入侵，對(duì)起爆藥、猛炸藥的爆轟成長(zhǎng)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(jìn)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(yàn)人員40～50min全面檢查一次，數(shù)量不少于10發(fā)，檢查時(shí)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(duì)管殼的外觀進(jìn)行 100%的檢查，并且當(dāng)產(chǎn)品裝配完后，對(duì)外觀也要進(jìn)行 100%的檢查；從返回的該批500發(fā)中抽取150發(fā)，對(duì)外觀進(jìn)行檢查均合格后做威力試驗(yàn)，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(qiáng)度差

壓制電極塞時(shí)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(qiáng)度不夠，會(huì)使爆炸氣體壓力減小，疏波入侵，對(duì)起爆藥、猛炸藥的爆轟成長(zhǎng)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(yàn)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(shí)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(shí)100%單腳線要經(jīng)過2kg拉力試驗(yàn)，試驗(yàn)后在8～15倍的放大鏡下100%地進(jìn)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(yán)，構(gòu)成產(chǎn)品的材料無(wú)水乙醇可意外進(jìn)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(diǎn)平氮化鉛后，需要用無(wú)水乙醇清擦沖子，清擦后的沖子又直接用來(lái)壓藥，若不慎將無(wú)水乙醇帶入粉末氮化鉛中，將造成粉末氮化鉛污染。由于無(wú)水乙醇?xì)饣c(diǎn)較低，起爆時(shí)無(wú)水乙醇?xì)饣沾罅康臒?，造成起爆藥起爆能力下降，可?dǎo)致產(chǎn)品半爆。

用無(wú)水乙醇浸透的棉花擦拭點(diǎn)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(yàn)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(shí)其起爆力無(wú)顯著降低，有資料顯示，氮化鉛中水分含量達(dá)到30%時(shí)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(duì)氮化鉛、太安受潮對(duì)產(chǎn)品性能的影響，進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)方案、試驗(yàn)數(shù)量、試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖4 半爆殘骸Fig.4 Half explosion remains

表1 裝藥受潮對(duì)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(yàn)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(yán)格按工藝進(jìn)行控制，并有檢驗(yàn)人員監(jiān)控。通過表2試驗(yàn)，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(yàn)結(jié)果表明這些產(chǎn)品合格。

2.2.6 裝配時(shí)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(duì)壓力要進(jìn)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(yàn)，可以排除壓力的影響。

表3 壓藥壓力大于工藝要求的試驗(yàn)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(yàn)Tab.4 Test of crimping pressure lower than technology rule

試驗(yàn)方案中覆蓋炸藥壓藥壓力的實(shí)際值為 110 MPa，壓合壓力實(shí)際值為 139MPa，遠(yuǎn)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(yàn)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(yàn)、熱循環(huán)試驗(yàn)，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(yàn)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(cuò)

氮化鉛與太安位置裝反會(huì)使起爆藥藥高變低，致使到達(dá)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(shí)，第2次裝氮化鉛與第1次裝太安為同一個(gè)人操作，可能出現(xiàn)1個(gè)配盒單位（20發(fā)）裝反的情況，對(duì)第2道氮化鉛與第1道太安位置裝反的情況進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果在壓藥時(shí)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(shí)撒藥，則藥量小于工藝要求，起爆藥藥高變低，可致使到達(dá)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(yàn)結(jié)果合格，故可排除雷管裝起爆藥時(shí)撒藥因素。

（2）整個(gè)生產(chǎn)過程中是配盒裝藥，每1個(gè)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(huì)在檢查時(shí)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(rèn)為引起電雷管半爆的原因是壓制過程中沖子上的無(wú)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(shí)無(wú)水乙醇?xì)饣沾罅康臒幔蛊鸨幤鸨芰ο陆?，?dǎo)致產(chǎn)品半爆。

3 故障產(chǎn)品半爆機(jī)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(wú)水乙醇的污染，無(wú)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(wú)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(diǎn)升高，起爆深度加大；同樣，被無(wú)水乙醇包覆后的粉末氮化鉛所達(dá)到的爆速遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yàn)證問題定位的準(zhǔn)確性，確定了半爆原因試驗(yàn)方案，結(jié)果見表5。

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

半爆雷管殘留物狀態(tài)實(shí)物照片見圖6。

圖6 半爆雷管試驗(yàn)殘骸Fig.6 Remains of half explosion detonator

5 改進(jìn)措施

針對(duì)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(diǎn)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(wú)水乙醇濕潤(rùn)的紗布清擦點(diǎn)平?jīng)_子；清擦后的沖子上不允許有浮藥、無(wú)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(wú)水乙醇蘸濕擰干，清擦點(diǎn)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(yàn)員每隔1h檢查一次清擦質(zhì)量。

6 改進(jìn)措施驗(yàn)證

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

表6 改進(jìn)措施驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Verification test result of improvement measure

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

7 結(jié)論

通過故障樹分析和故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，確定該電雷管半爆的原因是壓制過程中沖子上的無(wú)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(yàn)時(shí)，無(wú)水乙醇?xì)饣沾罅康臒?，造成起爆藥起爆能力下降，從而?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(jì)原理[M].北京:北京理工大學(xué),1999.