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乳化炸药性能测试数据不稳定原因探析及改进

发布者: 官方  发布时间: 2017-04-09 10:48:00  阅读:

[ 摘要 ] 小文通过试验对比了测试方法不同对测试数据的影响,并研究了被测药卷的密度和温度对测试数据的影响,分析了炸药性能测试数据不稳定的可能原因。

                                                                      刘大维  杨敏会  徐秀焕  徐德成
                                                           (葛洲坝易普力股份有限公司,重庆,401121)
摘要:小文通过试验对比了测试方法不同对测试数据的影响,并研究了被测药卷的密度和温度对测试数据的影响,分析了炸药性能测试数据不稳定的可能原因。结果表明,爆速数据波动的主要原因是炸药质量,殉爆数据波动的主要原因是炸药质量和药卷温度,猛度数据异常的主要原因是人为操作。同时对现有的测试方法提出了改进意见。
关键词:乳化炸约;性能测试;猛度测试
炸药性能常规检测项目包括爆速、殉爆及猛度等。炸药性能测试数据保持稳定,是产品质量的保证。某公司进行炸药性能测试试验,在测试结果中发现,爆速单组数据相差200~2000m/s,部分同批次药卷储存期长的殉爆距离比储存期短的大。另外,猛度数据缺乏规律性。
本文将从测试方法人手,分析测试方法的差异以及被测药卷的密度及温度对测试数据的影响,从而推断可能原因。
2测试方法对测试数据的影响
2.1现用爆速和殉爆测试方法对测试数据的影响
该公司爆速测试与殉爆测试同时进行,以减少药卷消耗及工作量。探针两根导线的开路端并没有每次都折向爆轰波传播方向,可能会造成对测试信号的干扰。殉爆时没有去掉主爆药卷的窝口,所产生的聚能效应可能影响炸药殉爆的稳定性能。测试时雷管插入药卷的深度不一,也可能对爆速测试结果造成影响。为研究以上影响操作对爆速与殉爆测试结果的影响,我们开展了以下实验工作。
爆速测试参考《工业炸药爆速测定方法》(GB/T 13228—1991),殉爆参考《工业炸药密度、水分、殉爆距离的测定》(MT/T 932—2005)。选取新生产的YR型乳化炸药药卷,截去端口与窝口,同时选取不同的雷管插入深度,并保证雷管底部到第一靶探针距离大于8cm,尾部探针离端口3cm,殉爆药卷头部去掉5cm左右。与同批次药卷采用现用测试方法作对比,数据列于表1。
                          
试验结果表明,雷管插入深度对爆速测试没有明显影响。测试时,探针与雷管底部之间的距离保证大于药卷两倍直径以上(7~8cm),爆轰波成长较好,确保探针所接受的爆轰波是稳定的爆轰波,对爆速的影响较小[1]。爆速数据较稳定,还与截取药卷的开口端有关系,药卷开口端的装药密度较小,且各药卷装药情况不一,炸药被引爆后,爆轰波到达第一靶的强度不一,即使爆速测试的位置一致,爆速也会有较大的不同。截去部分药卷后,炸药的殉爆有一定的下降,原因是主爆药药量减少和没有窝口的聚能效应。
2.2  现用猛度测试方法对测试的影响及方法改进
现用的方法是手工装药,由于操作员的力度把握、力度方向控制都各不相同,因而制作出来的药柱密度分布不均匀,甚至没压实,药柱高度有偏差,致使试验后被压缩的铅柱产生较大的倾斜。倾斜较大的铅柱对数据的采集和数据的可靠性都有较大影响。猛度数据因而缺乏规律性。
对现有的粉状炸药用模具进行改造,木棒代替冲头,做42mm的刻度线,木棒推至刻度线与套筒上边缘齐平。将药柱放入模具中压制成型。参考《炸药猛度试验  铅柱压缩法》(GB12440一1990)测试样品猛度,选用的药卷是1.10YR型(“1.10”为批次,下同)乳化炸药,药温9℃。试验数据见表2。
                         
从数据中看出,单个猛度测试的数据标准差小于1mm,极差分别为1.28mm、1.60mm、1.06mm,偏差小于2mm。猛度数据一致性较高。
为此,我们对测试模具进行了改进,内垫由硬纸片组成12mm垫片,垫片使用前需压实。将冲头打磨成直径38.50~39.00mm,避免对纸筒的刮擦。模具冲头30mm,模具套筒79mm,如图1所示。
                                                            
图1  修改后的模具组件
选取同样的药体做猛度测试,通过对比猛度值,考察模具压药会不会对药体的性能产生影响。
选取6支新生产的YR型乳化炸药药卷,质量为200g±2.5g。剥开药卷选取距尾部6cm的药体,用模具压装药柱。药柱质量50g,高37~38mm,同时采用手工装药,药柱质量50g,高38~39mm。药柱直径均为39mm。1号、2号、3号样品用模具压制,4号、5号、6号样品为手工装药。测试数据见表3。
                          
①3号铅柱倾斜了2mm,数据偏差比较大,在计算平均值时,排除了这组数据。
表中3号数据偏差较大,主要是由于冲头与纸筒之间的摩擦较大,冲头下压时,将纸卷下,纸出现褶皱,造成压药不均匀。从表3中数据可知,模具压装的约卷密度要比手工装药大,密度分布在1.18~1.11g/cm3之间,跨度较大,炸药的猛度试验都成功,且在这个范围内炸药的猛度随着密度增加而增加。人为控制下压深度时,猛度数据有较大的变化。
若药体的性能变化较小,对猛度测试影响最大的是药柱制作。现将冲头的直径打磨到38~38.50mm,避免与纸筒的刮擦。通过制作猛度测试用药柱,对比药柱的密度。选取200g士2g、20℃左右的YR型乳化炸药药卷作为实验对象。将药卷剥开,截取距窝口长约6cm、重约50g 药体[4],用排水法测量其密度为1.14~1.15/cm3。截取其他药卷的同样位置,放人纸筒中,压制成为直径39mm的药柱。剥开纸筒后,测量药柱的高度并计算密度,观察药柱的外观。统计数据见表4。
                        
操作员1操作时直接将纸筒中的药柱压制到不能压缩。操作员2先将药柱用粗锉刀压到纸筒的死角,再用纸筒压制药柱到不能压缩。4号、7号、8号三个药柱由模具压制而成。、2号、3号药柱为操作员l制作,5号、6号药柱为操作员2制作  外观如图2所示。
                           
从图2可知,没有采用模具压制的药柱,底部中间凸出,药柱的上面硬纸片倾斜,药性整体倾斜。3号药柱药体装药并不饱满,制作效果差。而采用模具压制药柱,开始制作时药柱的底面和上面也是不平整的。随后发现原因是模具老化,造成套筒的垫片倾斜,受力小均,药面倾斜。换用另外一个模具,压制出8号药柱,药柱的平整性得到改善。
根据表4的数据可知,平均高度为35mm的药柱密度过大,密度增大了 0.05g/cm3左右,炸药的部分气泡可能被挤压逃逸。平均高度为36mm的药柱密度约增大了0.0l/cm3,炸药的密度变化较小,对炸药的整体性能改变较小。
模具压制成的36mm的药柱与炸药药卷密度接近,且外观要比手工制作的更规整。猛度测试时,压缩后的铅柱倾斜度较小。单个操作员手工装药的高度虽然只有1mm的差别,但是炸药密度会改变0.04g/cm3左右。1mm的偏差造成的猛度变化超过1mm。且炸药的气泡损失后,测试数据不是炸药性能真实体现。另外,从表3、表4数据中可知,操作员对炸药的密度很难控制,密度的随机性增大,猛度的结果随机性必然增大,数据的参考价值存疑。
3药卷密度、温度对测试的影响
3.1药卷密度对测试的影响
药卷密度不一,对爆速也会造成影响。取同批次质量分别为18lg、191 g、194g的药卷,测试的密度分别为1.057g/cm3、1.130g/cm3和1.134g/cm3,爆速分别为4673m/s、5155m/s、和4808m/s,爆速最大相差约500m/s,相差较大。这次试验取样量较小,只做定性的解释。药卷密度波动,相应的爆速数据也是波动的[2]
3.2药卷温度对测试的影响
选取1.10YJ型乳化炸药和1.07EJ型乳化炸药各三组,置于25℃烘箱中,烘4.5h,药卷温度为24℃。与在室温5.5℃、药卷5.5℃条件下获得的数据对比,数据列于表5。
                         
表5中数据表明,药温5.5℃的1.10YJ型乳化炸药做性能测试试验时,有一发主爆药柱爆速测试失败。在未爆完药柱爆轰波停止的位置发现有较厚的压缩区,剥开药卷发现有部分地方出现泛白。表1采用YR型乳化炸药做殉爆试验时有一个失败,被压缩的部分很薄,不超过3mm。可知,YJ型乳化炸药测试中药卷在爆轰波的压缩下失效,该药卷的装药密度过大[3]。而前述YR型乳化炸药的原因是殉爆距离较大,殉爆药获得的能量不足,爆轰波衰减造成的[4]。随后在同一批中重新取样,爆速恢复正常,殉爆出现一个失败。温度较低(5.5℃)时炸药的殉爆试验数据有较大的下降。通过升温(24℃),殉爆数值恢复了,但是EJ型乳化炸药的爆速仍然有一定的波动。
雷管起爆形成的冲击波使得炸药起爆。由于雷管起爆产生的能量足够大,能够克服低温条件下炸药的能垒,达到起爆炸药的目的。当药体温度降低,根据理想气体状态方程,气泡的尺寸会变小(减少有效气泡量),会消耗更多爆轰波的能量,这也是YJ型乳化炸药低温条件下爆速失败的可能原因之一。主爆药起爆以后,冲击波需要经过空气介质传播,到达殉爆药端,引爆殉爆药。距离越远,到达殉爆药端的能量越小,药卷越冷,需要的能量也越高。因此造成了相同距离不同温度殉爆试验,低温的成功率小。即低温情况下,炸药的殉爆会减小[5]
3.3其他原因
爆速波动的测试方面的原因有:操作员在穿探针的时候,先穿一靶探针,而这个探针的位置仅凭视觉定,另一靶是参照前一靶穿,如果第一靶出现倾斜(不平行或不经过药柱中心), 第二靶也会出现同样问题。穿探针的时候,针头较粗(生锈的针头直径达到1.10mm),每一靶的偏差都超过lmm,造成爆速±200m/s(选取5000m/s计算)左右的偏差。
其他可能的原因还有爆速仪的灵敏度等。
4结果讨论
(1)试验结果表明,控制雷管底部与第一靶之间的距离,雷管插入的深度对爆速测试影响较小。药量减少,取消窝口,都会降低炸药的殉爆性能。
(2)采用模具制作猛度测试用药柱,药柱成型效果较好,一致性较好,并能较好地反应炸药的真实性能。药卷装药密度波动会造成爆速测试数据不稳定。药卷的温度较低时,殉爆试验成功率偏低。
(3)近期的YJ副和EJ型乳化炸药采用试生产,量少(2t),炸药密度等在生产中都在调整,且装药机老化,药卷的质量有较大波动,因此炸药的性能不稳定。
因此推测,爆速波动的主要原因是炸药质量,殉爆波动的主要原因是炸药质量和药卷温度,猛度异常的主要原因是炸药质量和人为操作。
5测试问题总结与改进意见
操作员测试性能时,并没有完全按照标准操作,造成一定的人为偏差。依据测试标准,我们总结了测试时操作员操作不规范之处,并对测试提出改进意见。
5.1测试主要问题
(1)爆速测试:探针的插入不准确,两根探针不平行;探针开路端未做到每次都朝向药卷的窝口端;靶线没有放置在爆轰波前进方向的前端;炸药的开口端药卷并未切除。
(2)殉爆测试:殉爆药的开口端有时会出现未装满的情况,试验时若未发现,将为殉爆测试增加人为误差;沟槽深度深浅不一;不同组操作员对砂层处理方式不一,这使得测试时,药卷的约束条件不一致,对殉爆和爆速的测试都有一定的影响[4];药卷的窝口一般为1cm。殉爆距离测量时,直接测量主爆药卷的窝口到殉爆药卷端口的距离不准确。
(3)猛度测试:手工操作存在力度控制、方向控制不准确等问题,造成药柱密度不一,高度不一;当铅柱倾斜较大时,数据可靠性存疑;不同操作员对倾斜的铅柱测量选择不同;不同操作员雷管插入深度不同。
5.2测试改进意见
(1)爆速测试:更换新针头,每次用完针头后擦干净放入油中防锈;指导操作员,将探针伸出部分折向药卷的尾部,探针连接线部分可压在药柱下面;切除主爆药和殉爆药的开口端部分,并保证殉爆药比主爆药长;为方便穿针并选取药卷固定位置,设计一个固定药卷的钢制半圆形槽,直径33mm,长40mm,在槽边缘设置两个0.5mm小沟,相距50mm±O.02mm;采用两根探针同时穿线,保证探针相对位置的准确度。
(2)殉爆测试:切除主爆药和殉爆药的开口端部分,并保证殉爆药比主爆药长;测量殉爆距离时,从主爆药的尾部到殉爆药的开口端,将尺寸增加1cm,如测距7cm,实际为8cm:试验的砂层只需要整平,不需要压实;设置沟槽时,只需形成半圆形沟槽即可;推荐使用悬空法做殉爆试验[6]
(3)猛度测试:采用改进模具压制药柱的方法做猛度测试试验,需要注意的是,先测炸药的密度(推荐使用排水法),再根据炸药的密度调整模具中垫片的厚度(目前采用的是12mm垫片,对应的药柱是36mm,药柱密度为1.163g/cm3);为保证炸药充满纸筒,压药密度要比炸药的密度略大,避免密度增加太多,气泡逃逸;取样时,尽量取药卷中段;乳化炸药质地柔软,冲头可依靠重力作用,压药时只需轻推即可压制成型;模具的冲头较纸筒小,冲头直径比纸筒直径小1~1.5mm,可保证冲头进出方便,下滑时不会刮擦纸筒。雷管插入深度可调整为12~13mm[7],每次试验需固定为某一个值,以保证数据的平行性。
参考文献
[1]黄寅生.炸药理论[M].北京:兵器工业出版社,2009.
[2]宋锦全,熊代余,汪扬.乳化炸药密度对其冲击波感度的影响[J].工程爆破,2003,9(3):62~65.
[3]段宝福,汪旭光,宋锦泉.装填密度对乳化粉状炸药燃烧转爆轰敏感性的影响[J].有色金属, 2003,55(4):150~152.
[4]汪旭光.乳化炸药[M].2版.北京:冶金工业出版社,2008.
[5]  Bourne N K,Field J E.Bubble collapse and the inittiation of explosion[J].Proceedings of the Royal Society  A:Mathematical physical& engineering sciences.199l,1894:423~435.
[6]李仕洪.浅谈工业炸药殉爆距离试验方法的改进[J].爆破器材,2005:13~14,16.
[7]朱时清.乳化炸药猛度测试[J].爆破器材,1983:37~39.
摘自《中国爆破新进展》


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