卡腰對(duì)導(dǎo)爆管雷管延時(shí)精度的影響?

聶祥進(jìn)陳世雄彭文林杜偉蘭李 瑞貴州久聯(lián)民爆器材發(fā)展股份有限公司（貴州貴陽(yáng)，550000）南京理工大學(xué)智能彈藥技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（江蘇南京，233010）

卡腰對(duì)導(dǎo)爆管雷管延時(shí)精度的影響?

聶祥進(jìn)①陳世雄①彭文林①杜偉蘭①李 瑞②
①貴州久聯(lián)民爆器材發(fā)展股份有限公司（貴州貴陽(yáng)，550000）
②南京理工大學(xué)智能彈藥技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（江蘇南京，233010）

通過(guò)改變雷管的卡腰尺寸和卡腰位置來(lái)探究卡腰對(duì)雷管延時(shí)精度的具體影響。試驗(yàn)研究表明，卡腰工藝會(huì)影響延期體的燃燒速度和燃燒穩(wěn)定性，對(duì)于相同的延期體結(jié)構(gòu)，卡腰尺寸越大，燃燒速度越快，氣體堵塞效應(yīng)越小，燃燒越穩(wěn)定，雷管延時(shí)精度越高；當(dāng)其他所有條件一致，雷管的卡腰位置由延期體上端移到延期體底端時(shí)，延期體的燃速變慢，受氣體壓力影響更小，燃燒更穩(wěn)定，雷管延時(shí)精度更高；此外，當(dāng)卡腰尺寸或卡腰位置變化時(shí)，藥芯直徑的大小會(huì)影響雷管延時(shí)精度的改變幅度。

卡腰尺寸；卡腰位置；雷管；延時(shí)精度；硼系延期藥

引言

延期藥是指在延期性爆破器材中用以控制由點(diǎn)火到爆炸時(shí)間的藥劑［1］。吳幼成等［2］指出，由延期藥控制的點(diǎn)火和起爆技術(shù)雖然不如電子延時(shí)和機(jī)械延時(shí)那樣準(zhǔn)確，但是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低、原材料豐富、抗溫耐振、延期范圍廣、體積小、質(zhì)量輕、生產(chǎn)使用安全、作用可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。為了提高延期藥精度，國(guó)內(nèi)學(xué)者在這方面做過(guò)不少研究:黃寅生等［3-4］研究了納米添加劑對(duì)延期藥燃燒性能的影響；陳世雄等［5］研究了研磨材料和時(shí)間與延期藥的粒度和純度的關(guān)系以及對(duì)延期藥燃燒精度造成的影響；沈兆武等［6］研究了線性延期元件，將延期元件從雷管內(nèi)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)爆管內(nèi)，改變了延期元件的位置，同時(shí)提高了延期精度。

業(yè)內(nèi)對(duì)延期藥配方、原材料粒度和純度等藥劑本身的研究已很細(xì)致，而雷管生產(chǎn)工藝對(duì)雷管延時(shí)精度的影響探究較少。筆者就生產(chǎn)中雷管的卡腰工藝對(duì)導(dǎo)爆管雷管延時(shí)精度的影響進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1原材料

硼粉:營(yíng)口遼濱精細(xì)化工有限公司，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%，平均粒度為1.70 μm，D97為8.38 μm；鉻酸鋇:分析純，貝賽勒化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司，過(guò)200目篩；黏合劑:聚四氟乙烯。

1.2硼系延期藥的制備

硼系延期藥基礎(chǔ)配方為m（硼粉）∶m（鉻酸鋇）=12∶88，根據(jù)上述配方稱量總質(zhì)量為1 000 g的原材料，放入八角鼓藥罐中，按球料比3∶1的原則加入直徑為7、9、11 mm的氧化鋯球各1 000 g，混合36 h后出藥，攪拌吹干，然后外加20 g聚四氟乙烯黏合劑，造粒過(guò)篩，取40目以下、60目以上延期藥顆粒，最后把延期藥顆粒送入45℃烘箱內(nèi)烘48 h，出藥后，靜置在20～25℃的恒溫室內(nèi)晾干3 d，即可得到淺綠色的硼系延期藥。

對(duì)硼系延期藥進(jìn)行分析，測(cè)得其水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%，假密度為1.02 g/cm3，延期藥的粒度分布如圖1所示，平均粒徑1.03 μm，D97為3.89 μm，說(shuō)明混合后的粒徑比較細(xì)，粒徑的分布比較窄，延期藥的粒度比較好。

1.3延期體的制作

采用拉拔鉛索的方式制作延期體。稱取50 g延期藥，裝入到經(jīng)酒精清洗過(guò)晾干后且一端封口的鉛管中，振動(dòng)后用海綿將另一端封口，進(jìn)行拉拔。經(jīng)過(guò)不同方式拉拔之后，制得外徑為6.24 mm的2種鉛延期索:一種為單芯，其藥芯直徑為1.5 mm，記為延期體A；另一種為三芯，其藥芯直徑為0.2 mm，記為延期體B。最后把2種鉛索切成長(zhǎng)為15 mm的延期體，待用。由于卡腰位置涉及到延期體的相對(duì)位置，本次試驗(yàn)作如下假定:與導(dǎo)爆管相連的一端為延期體上端，另一端為延期體下端。

1.4延期體的裝配方式

取400發(fā)空雷管管殼，用Bench Lathe LF280車床將管殼底部鉆出一個(gè)直徑5 mm的圓形小孔，然后各取200發(fā)A、B延期體裝入管口；由于延期體只能下落到管殼中部便被卡住了，所以采用單發(fā)定位定壓氣動(dòng)油壓壓裝設(shè)備把延期體壓到管殼底部。具體設(shè)置參數(shù)為:行程高度為15.5 mm，定壓0.5 MPa，下降時(shí)間7.0 s，保壓時(shí)間3.5 s。壓后的延期體與雷管殼緊密配合，延期體上端面略有變形。

1.5延期體測(cè)時(shí)裝置

延期體測(cè)時(shí)裝置如圖2所示。它主要由兩個(gè)光電傳感器獲取信號(hào)，一個(gè)獲取導(dǎo)爆管的光信號(hào)，一個(gè)獲取延期體末端的噴火信號(hào)，然后將信號(hào)傳輸?shù)街悄苄屠坠茈妳?shù)測(cè)試儀處理，得出兩個(gè)時(shí)間之差，即近似為延期體的燃燒時(shí)間。

1.6雷管延時(shí)精度的表征

試驗(yàn)使用雷管參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試延期體的延期時(shí)間，用延期時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差S、極差R和相對(duì)誤差γ表征雷管的延時(shí)精度。相對(duì)誤差γ的實(shí)際意義為衡量雷管延時(shí)精度的正負(fù)百分比相對(duì)誤差，是最貼近衡量雷管真實(shí)延時(shí)精度的一個(gè)參數(shù)。相對(duì)誤差γ的計(jì)算公式為:式中:R為極差；t為平均延期時(shí)間。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1卡腰尺寸對(duì)雷管延時(shí)精度的影響

將上述壓好延期體的A、B兩種雷管各取150發(fā)進(jìn)行卡腰?？ㄑ恢镁嘌悠隗w上端2.0 mm，卡腰尺寸分別為5.8、6.3 mm和6.8 mm（不卡腰）3種，每種卡腰尺寸的樣品取50發(fā)；然后插入塑料塞和導(dǎo)爆管緊口，緊口尺寸為5.5 mm；最后測(cè)試裝配好的雷管，用ZBS9601B智能爆速測(cè)量?jī)x測(cè)試其延期時(shí)間，如表1所示。

表1　雷管A和雷管B在不同卡腰尺寸時(shí)的延期時(shí)間Tab.1 Delay time of Detonator A and Detonator B with different clamping waist sizes

分析表1可知，對(duì)于單芯的A延期體，卡腰直徑越大，燃速越快，平均延期時(shí)間越短，標(biāo)準(zhǔn)差、極差和相對(duì)誤差越小，精度越高，不卡腰時(shí)精度最高；對(duì)于三芯的B延期體，卡腰直徑越大，燃速越快，平均延期時(shí)間越短，標(biāo)準(zhǔn)差、極差和相對(duì)誤差越小，精度越高。綜上可知，對(duì)于此硼系延期藥來(lái)說(shuō)，從延期體結(jié)構(gòu)上看，無(wú)論是單芯結(jié)構(gòu)還是三芯結(jié)構(gòu)，卡腰尺寸越大，延時(shí)精度越好。

這是由于硼系延期藥是微氣體延期藥，在燃燒時(shí)，氣壓變化對(duì)燃燒速度的影響比較大，所以在卡腰位置，氣體容易堵塞，導(dǎo)致下端氣體壓力驟增，破壞燃燒的穩(wěn)定性。卡腰尺寸變大后，延期體藥芯的變化相對(duì)變小了，在卡腰位置氣體的堵塞效應(yīng)減小，壓力變化減小，所以燃燒相對(duì)穩(wěn)定，延時(shí)精度變高。從藥芯直徑上來(lái)看，當(dāng)卡腰尺寸一定時(shí)，直徑越小的延期體延時(shí)精度越高；當(dāng)卡腰尺寸放大相同程度時(shí)，直徑越大的延期體精度越高。這是因?yàn)橹睆酱蟮难悠隗w單位長(zhǎng)度內(nèi)延期藥多，燃燒產(chǎn)生的氣體量比較大，當(dāng)卡腰尺寸變大之后，氣體的堵塞效應(yīng)減小幅度變大，所以燃燒越穩(wěn)定，延時(shí)精度越高。

2.2卡腰位置對(duì)雷管延時(shí)精度的影響

將上述壓好延期體的A、B兩種雷管各取50發(fā)進(jìn)行卡腰，卡腰尺寸為5.8 mm，卡腰位置距延期體下端2 mm，然后插入塑料塞和導(dǎo)爆管緊口，緊口尺寸5.5 mm，最后用ZBS9601B智能爆速測(cè)量?jī)x測(cè)試裝配好的雷管。按照同樣方法對(duì)卡腰位置距延期體上端端面2 mm的雷管延時(shí)數(shù)據(jù)，得到不同卡腰位置的A、B雷管延期時(shí)間結(jié)果，如表2。

表2　雷管A和雷管B在不同卡腰位置時(shí)的延期時(shí)間Tab.2 Delay time of Detonator A and Detonator B at different clamping waist positions

本次試驗(yàn)除了卡腰位置不相同，其他因素全部一致，對(duì)比分析表2可以發(fā)現(xiàn):

在燃燒速度方面，不論是單芯還是三芯延期體，卡腰位置在下端比在上端的延期時(shí)間要長(zhǎng)，說(shuō)明卡腰在上端時(shí)燃燒速度更快。這是因?yàn)榭ㄑ谏隙说难悠隗w，當(dāng)延期藥燃燒到卡腰位置下面的時(shí)候，產(chǎn)生的氣體在卡腰位置堵塞累積，導(dǎo)致下部分延期藥燃燒時(shí)氣體壓力增大，從而使燃燒加快。

在燃燒穩(wěn)定性方面，不論是單芯還是三芯延期體，卡腰位置在下端比在上端的延時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差要小，延時(shí)誤差要小，說(shuō)明卡腰在下端時(shí)燃燒過(guò)程更穩(wěn)定。

延時(shí)極差卻并不一致，單芯的延期體卡在下端時(shí)延時(shí)極差更小，而三芯的延期體卡在下端和卡在上端延時(shí)極差非常接近?？ㄔ谙露藭r(shí)延期時(shí)間變長(zhǎng)，從總體上來(lái)看，卡腰在下端時(shí)比卡腰在上端時(shí)的雷管的延時(shí)精度更高。這是因?yàn)榭ㄑ谙露藭r(shí)，卡腰上面部分的延期藥燃燒氣壓變化較小，屬于正常的脈動(dòng)燃燒，相對(duì)穩(wěn)定；相反的，當(dāng)卡腰在上端時(shí)，卡腰下面部分燃燒時(shí)在卡腰位置會(huì)形成氣體堵塞，導(dǎo)致下面燃燒時(shí)氣體壓力變化較大，燃燒不穩(wěn)定。

此外，對(duì)比A、B兩種不同結(jié)構(gòu)的延期體發(fā)現(xiàn)，A雷管卡腰在下端的時(shí)候，燃速降低了12.02%，延期時(shí)間的相對(duì)誤差提高了0.97%；B雷管卡腰在下端的時(shí)候，燃速降低了5.99%，延期時(shí)間的相對(duì)誤差提高了0.16%；說(shuō)明同等卡腰位置的條件下，不同藥芯直徑的延期體燃速降低的幅度和延期時(shí)間的相對(duì)誤差提高的幅度不相同。單芯延期體藥芯直徑大，提升幅度高；三芯延期體藥芯直徑小，提升幅度低。這是因?yàn)樗幮局睆酱?，燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣體多，在卡腰位置氣體堵塞更嚴(yán)重，造成的氣體急劇增加，壓力更大，所以下部分燃燒更不穩(wěn)定，速度更快；當(dāng)卡腰位置移到底端的時(shí)候就能更好地避免這種狀況，所以燃速降低更多，燃燒更穩(wěn)定。因此，當(dāng)卡腰位置由上端移到下端時(shí)，藥芯直徑更大的延期體燃燒更穩(wěn)定，燃速降低更多，延時(shí)精度更好。

3 結(jié)論

1）卡腰工藝會(huì)影響延期體的燃燒速度和燃燒穩(wěn)定性，從而對(duì)雷管延時(shí)精度造成影響。

2）相同的延期體結(jié)構(gòu)，卡腰尺寸越大，燃燒速度越快，氣體堵塞效應(yīng)越小，燃燒越穩(wěn)定，雷管延時(shí)精度越高。若是生產(chǎn)中采用不卡腰的緊配合，燃燒最穩(wěn)定，精度最高，同時(shí)因?yàn)樯倭艘坏拦ば?，可以極大地提高生產(chǎn)效率。

3）當(dāng)卡腰尺寸變化一致時(shí)，不同藥芯直徑的延期體在精度提升幅度上也不一樣。對(duì)于腰尺寸在5.8 mm到6.8 mm的雷管，卡腰尺寸由小到大變化一致時(shí)，藥芯直徑越大，燃速降低越快，燃燒越穩(wěn)定，雷管延時(shí)精度越高。

4）當(dāng)其他所有條件一致，雷管的卡腰位置由延期體上端移到底端時(shí)，延期體的燃速更慢，受氣體壓力影響更小，燃燒更穩(wěn)定，雷管延時(shí)精度更高。

5）當(dāng)卡腰位置變化一致時(shí)，不同藥芯直徑的延期體在延時(shí)精度提升幅度上也不一樣。雷管的卡腰位置由延期體上端移到延期體底端時(shí)，藥芯直徑更大的延期體燃燒穩(wěn)定性提升更快，燃速降低更多，延時(shí)精度提升更高。

［1］ 謝興華.起爆器材［M］.合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.

［2］ 吳幼成，宋敬埔.延期藥技術(shù)綜述［J］.爆破器材，2000，29（2）:23-27，39.WU Y C，SONG J P.Technology of delay compositions: a review［J］.Explosive Materials，2000，29（2）:23-27，39.

［3］ 黃寅生，李錦濤，崔晨晨，等.納米Fe2O3對(duì)鎢系延期藥燃燒性能的影響［J］.含能材料，2008，16（5）:507-510.HUANG Y S，LI J T，CUI C C，et al.Effect of nano-Fe2O3on the burning characteristics of tungsten type delay composition［J］.Chinese Journal of Energetic Materials，2008，16（5）:507-510.

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［5］ 陳世雄.雷管用超細(xì)毫秒延時(shí)藥實(shí)驗(yàn)研究［D］.淮南:安徽理工大學(xué)，2014.CHEN S X.Experimental study on detonator with superfine millisecond delay composition［D］.Huainan:Anhui University of Science&Technology，2014.

［6］ 沈兆武，馬宏昊.高精度高安全無(wú)起爆藥延期雷管的關(guān)鍵技術(shù)［C］//中國(guó)爆破新技術(shù)Ⅱ.青島，2008:690-695.SHEN Z W，MA H H.The key technique of highprecision high-safe non-precise delay detonator［C］//New Technology of Blasting Engineering in ChinaⅡ.Qingdao，2008:690-695.

Influence of Middle Chucking on the Delay Accuracy of Nonel Detonator

NIE Xiangjin①，CHEN Shixiong①，PENG Wenlin①，DU Weilan①，LI Rui②
①Guizhou Jiulian Industrial Explosive Materials Development Co.，Ltd.（Guizhou Guiyang，550000）
②Ministerial Key Laboratory of ZNDY，Nanjing University of Science and Technology（Jiangsu Nanjing，210094）

Influence of middle chucking on delay accuracy of the detonator was studied by changing size and position of middle chucking.Results show that combustion rate and combustion stability of the delay element are affected by the middle chucking technique.With the same structures of the delay element，the larger the middle chucking size，the faster the combustion rate；then，the smaller the jam effect of gas，the more stable the combustion，and the higher the accuracy of delay detonator.With all the same other conditions，when the middle chucking is moved from the top to the bottom of the delay element，combustion rate of the delay element becomes slower and the gas pressure inflection is smaller，so that it could have a more stable combustion and higher delay accuracy.In addition，while the size or position of middle chunking changes，amplitude of the delay accuracy would be affected by the core diameter.

size of middle chucking；position of middle chucking；detonator；delay accuracy；boron-based delay charge

TJ45+5

10.3969/j.issn.1001-8352.2016.04.010

2016-01-28

聶祥進(jìn)（1967-），男，高級(jí)工程師，主要從事火工品技術(shù)、爆炸技術(shù)的研究。E-mail:nxj507@163.com

陳世雄（1989-），男，碩士研究生，主要從事民爆器材與爆炸技術(shù)研究。E-mail:420694294@qq.com