小直径银导爆索爆速波动原因分析及工艺改进❋

郭雷明 潘少卿 孙 斌 盛景恺

①安徽红星机电科技股份有限公司(安徽合肥，231135)

②空军装备部驻南京地区第二军事代表室(江苏南京，210016)

引言

小直径银导爆索(银索)是指直径小于1 mm 的银导爆索。

近年来，小直径银索因具有柔韧性好、传爆可靠性高、勤务处理安全性高的特点[1-3]，被多个平台选择使用，已经广泛应用到现代装备中；利用银索实现爆速微秒高精度延期，也取得非常好的效果。银索的直径经过适当的调整，可用于新型单兵武器装备，如单兵破甲弹、攻坚弹等特种弹的二级传、扩爆装置上。随着现代军事装备的发展，智能弹药越来越受到青睐，对弹药精度提出更高的要求。多个高精度装备正从试验阶段向批量装备阶段拓展应用，并且成为未来局部战争不可缺少的武器装备。对银索的要求和认识也从过去的单一传爆可靠性拓展到对爆速的检测控制。

在早期使用中，银索的传爆可靠性能作为主要指标要求可以满足使用需求。但随着微秒级延期精度要求的提高，只考核银索的传爆可靠性并不能达到延期精度的预期目标。所以，在小直径银索的制造过程中增加了爆速测定，间接监测银索的延期精度。从大量试验数据看，爆速测定结果并不乐观，有一定比例的产品不能满足要求，造成生产成本增加。为此，对爆速波动的问题进行了分析、试验和验证，对生产工艺进行了优化。

1 试验部分

1.1 小直径银索的制备

银索由银管内装填炸药后压制、再经多道工序拉制而成。制备银索的银管也可以根据设计需求定制。本文中所涉及的小直径银索采用的银管初始外径8 mm、内径5 mm、长度270 mm，单次装药量约500 mg；压药压力70 MPa，总药量约7 g。多次装药并压药后，经过60 道工序拉制，再经过多次的应力释放，最终拉制成一根总长约12 m、直径0.97 mm的银索。

1.2 爆速测定方法

利用猛炸药的爆炸性能[4]，银索一端被可靠起爆后，爆轰波沿着银索轴线传播。利用银索的爆轰传播速度实现微秒级延期功能，且爆轰传播可实现对下一级的可靠起爆。通过调节银索的长度，进而实现对微秒级延期时间的控制。

按设计指标的需求，为了检测银索延期精度是否满足要求，每根银索被拉制成型后都要分别截取首、尾两个部位测定爆速，每部分截取的长度不少于700 mm。试验设备为ZBS9601B 型智能爆速测试仪。采用断通靶[5]测速方法，靶距为400 mm，靶线采用直径0.3 mm 的铜芯漆包线。第一个采集点距离爆轰输入点150 mm，第二个采集点距离第一个采集点400 mm。

2 爆速波动现象及结果分析

经过对3 000 多组6 000 多发银索的爆速数据分析发现，有将近4.9%的样品爆速不能满足设计指标(6 700～7 100 m/s)的要求。

小直径银索主要由银管和炸药组成。银管中银的质量分数为99.99%，内装六硝基芪单体猛炸药。炸药使用前，要过150 目筛，并确保150 目筛上物中没有异物。

分析认为:银管的一致性较高，且机械性能稳定，应该系统影响银索的爆速，不会影响单发银索的爆速；据查，六硝基芪猛炸药具有稳定的物理、化学性能，压药和拉索过程也只会系统影响爆速，不会影响单发银索爆速。所以，银管和内装炸药对银索爆速的影响不是导致爆速波动的主要原因。

分析小直径银索作用过程可知，影响爆速波动主要有4 方面因素:银索放置时间、起爆能量、测试方法误差、银索自身引起爆速不稳的因素。

2.1 银索放置时间

取长12 m 的银索10 发，在每一根银索上任意截取4 段，每段长650 mm，按照拉制方向的顺序标记，分别放置48、96、120、240 h 后测试爆速。试验结果见表1。

表1 不同放置时间或应力释放后的爆速Tab.1 Detonation velocity after different placement time or stress release m/s

从数据统计得出:不同放置时间对银索爆速波动的影响不同，48 h 和96 h 对比、96 h 和120 h 对比、120 h 和240 h 对比没有明显的规律；但是从整体数据分析认为，随着放置时间变长，爆速极差有变小的趋势。

2.2 起爆能量

分析认为，试验用雷管起爆能量不足不是造成银索爆速波动的原因。

1)试验所测的爆速都在6 300 m/s 以上，爆速测定时测试的第一点位置在距离起爆点约150 mm处[6]，这个距离远远超出银索内爆轰波成长限制的距离，所测爆速是成长稳定后所形成的稳定爆轰。

2)测定400 发起爆雷管的输出能量[7]，该起爆雷管外径8 mm、高35 mm，内装炸药0.4 g。测试钢块凹痕深度[8]均在0.50～0.85 mm 之间，能满足银索稳定起爆的初始能量需求。综上所述，不存在起爆能量不足的现象。

2.3 测试方法误差

用智能爆速测试仪(型号ZBS9601B)和双通道智能爆速测定仪(型号202G)同时测定70 发产品，测试结果没有差别。

测试方法误差不是造成银索爆速波动的原因。

2.4 银索自身因素

小直径银索自身是导致爆速波动的主要原因。小直径银索内部密度及炸药成分存在的不均匀性、外界效应以及冲击引爆后介质内部扰动波系的相互作用都可能是影响爆速波动的因素。

1)小直径银索的装药密度。小直径银索是由银管装药压制后拉制而成，初始装药过程采用定压控制，装药压制后，在银管内部形成有规律的密度梯度，再拉制成型。虽然在初始装药压制后、拉制前银管内部存在有规律的密度梯度，但经过60 多道工序拉制，受模具挤压，最终银索药面直径有所变化，药芯密度趋于一致。所以现工艺条件下，所制得的小直径银索内部炸药密度不是造成爆速波动的原因。

2)六硝基芪炸药。银索使用的是六硝基芪猛炸药，该炸药物理、化学性能稳定，不存在成分不均匀的问题，所以也不是爆速波动的原因。

3)外界力。试验过程中，银索处在自然环境下，不接触任何外力。爆速测定时，每根银索所处的外界环境一致。如果外界环境对爆速有影响，也只会形成系统性爆速差异，不会对个别测试结果造成影响。所以，外界效应也不是造成爆速波动的原因。

4)冲击引爆后介质内部扰动波系的相互作用。在经过多次拉制后，虽然银管内部药剂密度趋于一致，但是银管初始装药后，因为压力的作用，在银管内部形成有规律的密度梯度，这个初始的密度梯度会对后期银索的药面直径造成影响，拉制成型的小直径银索就成为有规律药面直径梯度变化的银索。对于大直径银索，药面直径梯度变化对银索爆速影响要小于密度对爆速的影响；但对于小直径银索，药面直径梯度变化对爆速影响就大。小直径银索直径梯度变化越大，引爆后银索内部所形成的轴线扰动波对爆速的影响就越大；反之，就越小。因小直径银索药面直径测试不准确，为了掌握药面直径变化情况，应用了理论计算，采用质量法间接反推小直径银索内部药面直径变化。从一根银索上连续截取200 mm 等长的银索60 根，标记并称量，结果见表2。

根据表2 数据分析可知，银索质量呈规律性变化。变化的原因主要是每一根银索内银含量和药剂含量不一样，外径一致的条件下，测试结果与分析的药面直径变化基本一致。由于银的密度远大于药剂密度，所以银索药面直径与银管初始装药密度的关系是:单位长度银索质量越小，药面直径就越大；质量越大，药面直径就越小。根据质量与密度公式，结合经验计算，得出银索最大质量与最小质量对应的药面直径整体理想变化为0.53 mm 到0.60 mm。小直径银索选用的炸药呈粉末状，黏性较大，不利于压力传导，所以实际药面直径变化要比理想计算值偏大。

表2 工艺改进前整根银索的质量分布Tab.2 Weight distribution of the whole silver fuse before the technology improvement g

3 工艺改进

通过上述试验和数据分析可知，银索爆速的波动是冲击引爆后银索内部扰动波系的相互作用所致。银管初始装药密度导致冲击引爆后在银索内部形成较大的轴线扰动波，影响了爆轰传播速度。银管初始装药密度影响拉制成型后小直径银索的药面直径。正是由于银管初始装药密度存在规律梯度变化，导致拉制成型后小直径银索药面直径也是有规律地变化。所以，减少银管初始装药密度梯度差是降低影响小直径银索爆速波动的方法。常规银管装药采用振动装药，可以有效地减少密度梯度差。由于本文中所涉及的银索要求密度较大，振动装药实现难度较大，采用了压药方式，所以只对压药方式下的银管装药方式进行了改进。

3.1 压力不变、减少单次装药量

分析认为，装药压力影响银管初始装药密度。增加初始压药压力可以增加装药量，改善拉制成型后小直径银索的药面直径，但是不能从根本上减小拉制成型后银索的药面直径变化，也就是不能从根本上解决银索内部形成的轴线扰动波对爆速的影响；减小初始压药压力可能会减小拉制成型后银索药面直径变化，使得小直径银索的药芯直径变小，这样不利于爆轰传播，同时增加生产成本。

试制1:压药压力70 MPa，保压时间3 s，单次装药量500 mg。银管内药剂压满后，经过60 多次的拉制变径，拉制模口径变化梯度从0.15 mm 减小到0.03 mm。一根银管拉制成型后，能截成200 mm 长的小直径银导爆索60 根。

试制2:将压药压力减少至40 MPa，保压时间3 s，单次装药量500 mg。银管内药剂压满后，拉制成型，只能截成200 mm 长的小直径银索45 根。

根据分析和试验所得，调整压药压力不利于问题的解决，所以不进行压力调整。

综上所述，减少银管装药密度差最有效的方式就是减少单次装药量。所以，工艺改进方面，将单次装药量由原来500 mg 减少为300 mg，保压时间3 s不变，减小银管内初始密度梯度差。

改进后单次装药量300 mg，总装药量7.4 g；压药压力70 MPa不变；拉制模口径变化梯度从0.15 mm 减小到0.03 mm不变。经过60多次的拉制变径的工艺，一根银管拉制成型。沿连续拉制方向截取等长200 mm 的银索60 根，并按照顺序标记。称量质量，结果见表3。

表3 工艺改进后整根银索的质量分布Tab.3 Weight distribution of the whole silver fuse after the technology improvement g

对比表2、表3 测量结果可以看出，工艺改进后，银索的质量分布波动较改进前减小。改进前，最大质量是1.254 g，最小质量是1.097 g，平均质量1.154 g，标准偏差0.040；改进后，最大质量是1.130 g，最小质量是1.052 g，平均质量1.092 g，标准偏差0.021，计算得出银索最大质量与最小质量对应的药面直径整体理想变化从0.57 mm 到0.61 mm。对改进后工艺生产的2 200 发银索测定爆速，最大爆速7 093 m/s，最小爆速6 753 m/s。对比工艺改进前、后银索爆速的分布情况，见表4。

表4 工艺改进前、后爆速分布情况Tab.4 Detonation velocity distribution before and after the technology improvement

从表4 可以看出，对于银索爆速分布，改进后较改进前趋于集中，有83%的产品爆速稳定在6 800～7 000 m/s 之间。通过计算这部分爆速，可以有效控制长度1 m 的银索延期时间精度在±2.5 μs 以内。

3.2 控制捻头长度和时机

捻头是银索拉制过程中必不可少的环节。捻头长，会增加生产成本；捻头短，又不利于拉制。

经过大量实践摸索得出，捻头长度控制在2 cm左右较为合理。针对小直径银索拉制，捻头的时机设置显得更加重要。认为直径大于1.5 mm 前，每过一道模具捻头一次，较为合理；直径小于1.5 mm后，每过3～4 道模具捻头一次。

3.3 讨论

通过试验数据分析可以得出:对于用六硝基芪炸药制备的小直径银索，在被可靠起爆的前提条件下，银管初始装药密度对小直径银索爆速波动有影响；随着银管初始装药密度梯度减小，爆速趋于稳定，小直径银索的延时精度波动减少。

被测试产品的测试长度、自身形状、增加压药压力、调整拉制模口径变化梯度等因素对爆速波动的影响还需深入研究。增加压药压力和拉制模口径变化梯度有关联，特别是直径越小的银索，变化越明显；还需进一步探究增加压药压力与拉制模口径变化梯度的对应变化。

4 结论

通过对小直径银索爆速波动情况的分析及工艺控制参数改进，得出以下结论:

1)48、96 h 放置时间或应力释放对银索爆速波动的影响不明显；放置时间为120、240 h 时，从整体数据分析认为，随着放置时间增长，爆速极差有变小的趋势。

2)针对采用压药方式拉制成型的小直径银索，银管初始装药的密度梯度变化影响银索的爆速。银管初始装药密度梯度变化越大，拉制后对小直径银索的爆速影响越大；反之，越小。

3)减少银管初始单次装药量，可以明显降低拉制成型后小直径银索引爆后的轴线扰动波对银索爆速的影响。

4)使用外径8 mm、内径5 mm、长度270 mm 规格的银管，银管中银的质量分数为99.99%，内装六硝基芪单体猛炸药，单次装药量300 mg，总装药量7.4 g，压药压力70 MPa，经过60 多次的拉制变径，拉制模口径变化梯度为0.15 mm 减小至0.03 mm。所拉制成型的小直径银索的爆速波动小，且能稳定控制在6 700～7 100 m/s 之间。