药头内部空孔对电药头发火时间精度的影响

黄孝楠，马志钢，邵子豪，胡先云

(安徽理工大学化学工程学院， 安徽淮南232001)



药头内部空孔对电药头发火时间精度的影响

黄孝楠，马志钢，邵子豪，胡先云

(安徽理工大学化学工程学院， 安徽淮南232001)

电引火药头的发火时间精度对雷管的延期精度有重要影响,电药头内部存在大小不一的空孔，这些空孔导致桥丝对点火药的传热不均匀，进而影响电引火药头的发火精度;实验表明，点火药内部的空孔直径越小，药头的发火时间越短，精度越高。

电引火药头； 发火过程； 内部空孔

1 引言

电雷管延期时间除了延期药燃烧时间与猛炸药爆轰时间，还包括药头自通电至药头燃烧后点燃起爆药或延期药的时间。数码电子延期雷管因为采用电子模块来控制延期体的延期时间，通常延期误差不超过1 ms[1]。那么对于电药头式的数码雷管，如果药头燃烧的时间误差很大，就无法保证其最终的延期时间精度能满足要求。影响药头燃烧时间的主要因素有桥丝的规格、点火药的形貌和点火药燃烧特性。当桥丝和点火药的技术指标确定后，影响药头燃烧时间精度的因素主要是点火药与桥丝的接触和点火条件。电药头的加工工艺使点火药与桥丝之间的接触状态存有差异。点火药与桥丝的接触越紧密，点火药从灼热桥丝处得到的热量就越多，其发火时间就越短，发火电流和安全电流越小；若点火药与桥丝接触疏松，二者间的空隙会增加其加热和传热过程中热量损失，发火时间变长，发火电流和安全电流也会随之变大。当将这种接触状态差异较大的产品放在一起进行串联起爆时，就可能导致丢炮现象[2]。药头点火药内部通常有大小不一的空孔，这些空孔导致了点火药与桥丝之间的接触状态有差异，进而影响发火时间的精度。本文针对两种内部空孔尺寸不同的药头进行试验，分析了点火药内部空孔对发火时间的影响。试验表明，点火药内部空孔越小，电引火药头的发火时间精度也就越高。

2 试验

2.1 试验原理

本次试验模拟了敞开和密闭两种点燃条件。敞开环境下，热量外散较多，当放热大于散热，点火药反应加速，药头碎裂开，这是散热量增大，使得放热等于散热，药头的点火药稳定燃烧，随着反应的进行，反应速率逐渐降低，放热小于散热量，药头逐渐熄灭。密闭环境下，散热极少，放热远大于散热，点火药的反应急剧加速，迅速进入稳定燃烧阶段而后逐渐熄灭。在桥丝的最初升温阶段，忽略热量的散失压力的影响，认为不同样本的桥丝升温过程相同，压力和温度的变化会对药头的化学反应进程影响很大，不可忽略[3]。

2.2 试验方法

实验采用高速摄像测量系统。通过高速摄影仪完整的记录电药头的整个发火过程，根据摄影仪的每秒帧数来确定电药头发火过程的时间。分别在密闭和敞开条件下测量20发样本。密闭状态下，选用18 mm×18 mm×40 mm透明的有机玻璃块上钻孔Φ6 mm×32 mm，将药头装入钻好孔的有机玻璃块中，并在固定塞和孔口部用AB胶封住，形成一个密封的空间，待24 h后胶的强度达到最高进行实验，可保证在实验过程中不会产生漏气。实验装置如图1、图2所示。

图1 敞开条件装置示意图

图2 密闭条件装置示意图

2.3 实验材料和设备

2.3.1 实验材料

相同生产工艺的两家工厂提供的点药头，分别记为A型药头和B型药头。实验设备见表1。

表1 实验设备

3 结果与讨论

3.1 发火数据

两种条件下A型和B型药头的发火见表2。

表2 药头发火数据

3.2 观察药头内部空孔大小

通过显微镜将两种药头的剖面放大40倍观察空孔，显微图像如图3、图4所示。

图3 A型药头剖面(40倍)

显微图像软件测得A型药头剖面的空孔直径在59.5～535.7 μm之间，均值219.2 μm，标准离差94.4 μm；B型药头剖面的空孔直径在31.5～399.6 μm之间，均值158.3 μm，标准离差84.2 μm。

图4 B型药头剖面(40倍)

图5 两种药头剖面的空孔直径

3.3 讨论

两种药头进行的发火过程试验中，无论是在敞开还是密闭条件下，B型药头发火比A型快，且发火精度更好。原因在于桥丝通电加热点火药过程中，点火药头内部的空孔不利于桥丝向药剂传热，B型药头内部空孔平均直径是158.3 um，而A型药头的是219.2 um，空孔直径越大，药剂受热越不均匀，这就造成A型药头的发火精度低于B型药头。

由表2可见，A型药头与B型药头各自在敞开和密闭状态下，发火时间基本不变，但是密闭条件下的发火精度明显提高。敞开和密闭状态下的发火时间差距不大，是因为密闭环境药头刚开始发火时产生的气体与热量较少，敞开与密闭两种状态均可看做常压，所以发火时间没有明显差别；密闭条件下的发火精度得到提高，是由于环境封闭，反应产生的气体和热量不易散失，反应区的温度和压强迅速上升，进一步提高了点火药反应的速率，缩短药头的爆燃时间，提高发火精度。

4 结论

电药头的发火时间和发火精度与药头内部的空孔直径有关，空孔直径越小，药头中药剂之间的结合越紧密，发火时间越短，精度越高。

密闭条件下，药头的发火时间较敞开条件下略有增大，但发火精度有明显提高。

本实验采用高速摄像测量系统，可以直接观测到药头的发火过程，精确计算发火时间，可以应用到延期体延期精度的研究中。

[1] 史山群.国外火工品[M].北京:国防工业出版社，1977.

[2] 陈守文，成一，张赞锋，等.涂覆式桥丝电点火头的研究[J].火工品，2002(3)：15-17.

[3] 胡先云,马志钢,林怀荣,等.高氯酸钾粒度对电引火药头发火时间影响[J].淮南职业技术学院学报,2014(4):9-12.

[4] 蔡瑞娇.火工品设计原理[M].北京:北京理工大学出版社，1997.

[5] Pathe C，Trousselle R，Clot P，et al.Method of Detonator Control with Electronic Ignition Module，Coded Blast Controlling Unit and Ignition Module for Its Implementation: US，6173651[P].2001-01-16.

2016-08-30

黄孝楠(1989-)，男，安徽宿州人，研究生，研究方向为民用爆破器材与应用，电话：13063472730。

TQ565

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1671-4733(2016)05-0004-03

10.3969/j.issn.1671-4733.2016.05.002