测时仪法炸药爆速测试影响因素分析

朱小永 樊百平

摘 要：爆速是炸药重要的爆轰参数，是衡量炸药爆轰性能的一项主要指标，爆速的精确测量对炸药产品的应用研究具有重要的实际意义。在采用爆速仪对某水胶炸药进行定期爆速测试过程中，经常出现无数据或数据异常的现象。该文从探针插入位置、侧向约束条件、环境温度、测试材料、测试仪器等方面分析了产生这种现象的原因，并支出最大限度降低认为因素影响，认真按照实验标准程序进行操作，进一步完善爆速测试的标准程序，是改善测试结果，提高测试效率的有效途径。

关键词：测时仪法 爆速 影响因素 测试

中图分类号：TG45616 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（c）-0036-02

爆速是炸药重要的爆轰参数，是衡量炸药爆轰性能的一项主要指标，爆速的精确测量对炸药产品的应用研究具有重要的实际意义。在某新型炸药的研制过程中，为检验其储存稳定性，采用测时仪法对该样品进行了长期、大量的爆速测试，发现常出现异常情况，如：数据偏小，线路开路，线路短路等，对炸药的存储稳定性评价造成干扰。为了避免类似情况发生，该文从人为操作、系统本身、测试环境等方面入手分析了原因，并在此基础上对爆速测试进行了改进。

1 测试样品

被测试的样品为试制的某改进水胶炸药，药卷直径35 mm，装药密度在1.00～1.10 g·cm-3，同一组炸药试样装药密度控制一致。

2 爆速测试

爆速测试方法有导爆索法、测时仪法（电测法）、高速摄影法、连续示波法、埋入式压力探针法以及光导纤维法等[1]。我国工业炸药爆速测定方法国家标准为测时仪法和导爆索法[2]，并规定测试仪法为仲裁方法，该文采用测时仪法，测试示意图见图1。

2.1 测试设备与材料

（1）测试设备：采用 WBS-2型爆速仪（基于测时仪原理），该仪器抗干扰能力强、精度高、使用方便。突出特点：测试用的两组信号线不分前后，自動计算爆速测试结果并直接以数字显示。

（2）传感元件：采用丝式探针做传感元件，用直径0.10～0.15 mm范围内的铜芯漆包线制作。

（3）游标卡尺：分度值0.02 mm。

（4）架盘天平：感量0.5 g。

（5）钢板尺：300 mm，分度值1 mm。

（6）信号传输线：双芯屏蔽电缆。

（7）起爆器材：8号工业雷管，雷管的性能应符合GB8031-87和GB13230-91的规定。

2.2 测试步骤

（1）药卷加工及探针位置：药卷直径为35 mm，用误差1 m的钢尺在药卷上相隔5cm做标记，留作插入探针用。

（2）安装探针：探针由直径为0.12 mm的两股漆包线手工线拧成麻花状制成，将探针插入药卷，首尾折向试样的尾端，并用胶布固定在试样上。安装好后，两引出线应在电性能上保持断开状态。

（3）测试系统的检查：将两引出线与爆速仪信号传输线相连，并对整个测试系统进行检查，以确保工作正常。

（4）雷管放置：将8号雷管插入试样，插入深度15 mm。

（5）爆速测定：打开爆速仪，设定两探针间距：5 cm，按下“准备”键，正常显示为：waiting。

（6）起爆，读取爆速结果。

3 异常情况及影响因素分析

3.1 异常情况类型

测试过程当中常遇到的异常情况主要有以下三种。

（1）数据偏小，国家标准规定三级水胶炸药的爆速D≥3000 m·s-1，而测试过程中出现了结果偏小的情况，出现过爆速低于2000m·s-1甚至1000 m·s-1的情况。

（2）无数据，仪器显示“开路”。

（3）无数据，仪器显示“短路”。

3.2 影响因素分析

异常情况的出现大大影响了炸药的储存稳定性的评判，应积极研究异常数据的产生原因并加以改进。该文仅从样品制作、仪器设备及测试环境方面考虑测试过程的影响因素，炸药组分、密度、凝胶体系稳定性等因素对爆速的影响不在该文讨论范畴。

（1）探针插入位置影响。

爆速值偏小，很可能是爆轰不稳定造成的。如果雷管底部距离第一支探针太近，则会导致爆轰波传到第一支探针时尚未达到稳定爆速，使得两探针间的爆速值偏低，因此在实际测定过程中应根据实际情况灵活处理，应灵活处理。考虑到一般工业炸药的爆轰不稳定区为2～3倍的药径，第一支探针布置应在距雷管底部3倍的药径处为宜。根据被测药卷的长度，在确保第二支探针距离药卷底端的距离（20 mm）和雷管插入距离（15 mm）后尽可能使第一测针点到雷管底部的距离长一些，两探针之间的距离也尽可能长一些，例如在测试较长的药卷时，将两探针之间的距离定为8 cm或10 cm，测试结果的一致性较好。

（2）侧向约束条件影响。

侧向约束条件也可导致爆轰波不稳定，从而造成爆速偏小。药卷在非密闭情况下传播时，反应区所产生的高温高压气体必然发生径向膨胀（即侧向扩散），由此引起侧向稀疏波，并由药卷表面向药卷中心扩展，造成药卷中心化学反应区释放的能量降低，影响爆轰传播的稳定性[3]。而有效的侧向约束可大大降低这类情况的发生，因为约束外壳限制了侧向膨胀波向化学反应区的传播，防止能量损失。约束材料的强度，硬度，密度的增强都极有利于轴向能量输出[4]。因为约束外壳限制了侧向膨胀波向化学反应区的传播，防止能量损失。约束材料的强度，硬度，密度的增强都极有利于轴向能量输出，工业炸药在软质土壤中爆轰其爆速比在坚硬岩石中为小也是这个道理。

因此，在爆速测试前，应对样品（药卷）仔细检查，确保样品无破损，装药连续、均匀，药卷内无气泡；同时，每次爆速测试前，对测试场地进行整平，压实。

（3）传感元件的影响。

本实验中的传感元件为断—通式探针，由手工制作，如图2，从操作规范来分析，探针的制作与安装依赖于经验，常出现的问题包括绞合不够紧密，绞合长度不足，探针插入药体中的部分不能保持平直，两根探针不能保持平行，探针不用胶布固定等等。绞合长度及致密性不能保证一致，绞合太短或太松，导致药卷和探针接触不紧密都会导致线路开路而无数据。

因此，首先要使样品装药连续、紧密，确保爆轰时爆轰产物电离时能及时导通电路。探针制作、安装最好由同一人员完成，以保证测试的一致性，探针绞合应紧密，绞合部分长度以大于两倍装药直径为宜。探针和信号线的连接应使用绝缘胶布固定。

（4）环境温度影响。

环境温度对炸药的爆速也有一定的影响。试验过程中发现，在气温较低的冬季进行爆速测试时，爆速值偏低甚至有拒爆现象。究其原因，某些工业炸药组分物理状态受温度的影响较大，低温时可造成晶型转变、析晶等现象，甚至有的改变其常温聚集态，从而出现爆速降低或拒爆的现象。根据GB18094—2000，当样品温度低于10℃时，应采取升温措施，但不要超过25℃[5]。

（5）炸药的腐蚀作用。

水胶炸药有较强的腐蚀作用，如果所有漆包线质量不好，将导致信号线绝缘电阻下降，相当于两根探针提前接触，放炮时同时和公共线导通，导致测试数据异常，出现测试短路现象。因此探针制作前要仔细检查漆包线有无破损，制作过程中避免用力抽拉、摩擦，探针和信号线的连接处务必缠上绝缘胶布。对于已安装探针的样品要及时完成测试。

（6）爆速仪工作稳定性影响。

爆速仪总体由接口触发电路、晶振时标电路、计数控制电路、显示、电源等几部分组成，通过接口采集启—停信号，经过门控进行时标计数，然后处理、显示、结果。

爆速仪的性能指标完全满足测试的各项要求，但不排除其整体的工作稳定性对爆速测试带来影响，在测试的过程中出现过几次连续两次的爆速测试结果相同（爆速值在合理范围）的情形；在检测机构检验的过程中，更出现过连续两次样品爆速显示为“50000”的情形，这同炸药及仪器的性能指标是相悖的。应该是仪器工作的不稳定造成的偶然误差，数据完全可以进行忽略。但需要指出的是，爆速仪使用前应确保充电充分，且每年都应对其进行标定。

4 结论

对上述问题整改后，在后期的测试中大大降低了异常数据的产生。同时研究发现，人的因素对测试结果影响较大，人的操作贯穿整个测试环节：样品的制作、包装，探针的制作、安装，以及信号线的连接，仪器的保养、检测等等。由此可见，认真按照实验标准程序进行操作，进一步完善爆速测试的标准程序，是改善测试结果，提高测试效率的有效途径。

参考文献

[1] 张立.爆破器材性能与爆炸效应测试[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2006.

[2] 工业炸药爆速测定方法[S].北京：中国标准出版社，1991.

[3] 刘鹏，张怀智，曹宏安，等.影响工业炸药爆速的因素[J].四川兵工学报，2009，30（3）：124—127.

[4] 王建华，刘玉存，王作山，等.PBXN-5装药直径及约束条件对爆压的影响[J].火工品，2002（3）：21—23.

[5] 水膠炸药[S].北京：中国标准出版社，2000.