装配间隙对雷管作用时间的影响及控制*

李 光，刘 刚

(中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳 621999)

雷管属于起爆类火工元件。作为起爆传爆序列的重要组成部分，雷管的作用时间是表征其输出特性的主要指标之一。常用雷管作用时间的测试方法主要包括：探针法、靶线法、声电法和光电法等[1]。为了研究作用时间测试方法和影响因素，国内学者开展了大量工作。姚则武等[2]研究了某型桥丝电底火作用时间的影响因素分析，获得了外部激励、产品内部结构特性与作用时间的相互关系。樊龙龙[3]通过实验和数字模拟研究，认为电雷管作用时间超长主要原因为起爆药粒度过大和管壳设计不合理。南长江[4]根据鱼雷爆发器用电雷管的使用特点，提出了一种改进的鱼雷爆发器电雷管作用时间测试方法，克服了原测试方法的缺陷。华光等[5]研究了在动态模拟装置上采用光控和声控两种测时方法的可能性,并设计了光控和声控电路。

探针法测量雷管作用时间方法已比较成熟[6]，主要采用火花隙探针法进行测试，将火花隙探针与雷管通过手工装配的方式对正组装。但是，手工装配一致性很难保证，火花隙探针与雷管底部不可避免的存在微小间隙，影响了测试结果的准确性。本文通过预制装配间隙的方式，首先研究了装配间隙对雷管作用时间的影响规律；其次，设计专用工装改进测量方法，保证雷管与火花隙之间无间隙装配；最后，通过试验，验证了改进测试方法对测试可靠性和一致性的提升作用。

1 装配间隙对作用时间的影响规律

1.1 试验原理

雷管发火前，在火花隙两级加载一定幅值的电压。起爆装置输出电流的同时给出一路信号作为作用时间起点信号。雷管起爆后产生爆轰输出，产物导通火花隙电极，从而使断路变为通路，预加载的电压表现为突变信号，以此作为作用时间的终点信号。比较作用时间的起点信号和终点信号，获得雷管作用时间。火花隙结构如图1所示。火花隙两电极的间距与导通时间成反比，与绝缘性能成正比。试验中采用的火花隙电极中心间距为 0.5 mm；为保证雷管底部金属壳体不直接导通火花隙探针，需要在雷管底部和火花隙探针之间放置一层绝缘聚酯薄膜。

图1 火花隙探针结构示意图

1.2 试验结果

对于火花隙探针测量作用时间来讲，装配间隙是敏感参量。本试验开展了不同预制装配间隙下的雷管作用时间测试。装配间隙分别为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mm，每个间隙下的试验数量为5发，结果见表1和图2所示。

图2 不同装配间隙下作用时间分布

表1 不同装配间隙雷管的作用时间测试结果

结果表明，雷管的作用时间与装配间隙呈线性关系，即：随着装配间隙增大，作用时间也线性增大。对于冲击波，预制间隙属于较小尺寸，在此范围内，冲击波速度衰减较小，可认为近似不变。因此，雷管作用时间随着预制装配间隙增加而线性增加。这也表明，手工装配和胶布固定的火花隙作用时间测量方法有可能造成雷管作用时间失真，增加了测试的不确定度。为提高火花隙探针法作用时间测试准确度，减少人为装配因素造成的偏差影响，真实反应雷管作用时间，本文改进了测试方法，重新设计了火花隙探针，并评估了新探针的测试效果，为雷管作用时间测试提供支撑。

2 工装设计

2.1 总体要求

本文设计的作用时间测试探针主要针对爆炸丝雷管。为了保证测试可靠性和准确性，测试工装应满足以下要求：①爆炸丝雷管输出端面应与火花隙探针接受端面对正且紧密贴合；②在装配过程简洁，不会因操作人员不同产生装配差异。

2.2 设计思路与结果

根据总体要求，确定了火花隙探针设计思路。设计组合筒用于固定火花隙探针、聚酯薄膜和爆炸丝雷管，组合筒内部空腔保证探针和雷管中心对正，组合筒和盖帽之间通过螺纹连接，由螺纹长度、火花隙和雷管总长之间的余量，以及雷管底部弹簧压缩量之间的配合保证紧贴。

装配时，先将火花隙探针放于组合筒内腔底部，再放入聚酯薄膜。将弹簧套入爆炸丝雷管脚线并退至底部，再将其装入盖帽内。将装好试验件的组合筒和盖帽拧紧。设计的火花隙作用时间测试工装设计示意图如图3所示。

图3 作用时间测试工装设计示意图

根据以上设计，针对某型爆炸丝雷管，确定了测试工装的图纸，如图4所示。为了便于加工、装配观察和绝缘用，测试工装采用有机玻璃材料。

图4 工装设计图

3 试验验证

3.1 试验件装配

根据以下装配顺序进行装配：

1)先将火花隙探针放入组合筒内，并将脚线拉至底部贴紧；

2)将聚酯薄膜放入组合筒内，摇动组合筒使聚酯薄膜片沉到组合筒底部，平铺于火花隙电极塞端面；

3)将雷管脚线穿过弹簧，并盖帽；

4)将装好雷管、弹簧的盖帽对准组合筒，旋紧。

装配好的试验件示意图如图5所示。

图5 装配试验件示意图

3.2 试验结果

采用以上设计的作用时间测试工装，开展了某型爆炸丝雷管的作用时间测试。测试了5发爆炸丝雷管作用时间，如表2所示。可以看出，采用设计的作用时间测试工装测试到的某型爆炸丝雷管作用时间均值 1.216 μs，极差仅 40 ns。相比于原测试方法，在稳定性、可靠性方面有非常明显的进步。

表2 雷管作用时间测试表

4 结论

本文针对某型雷管作用时间测试过程中存在的中心对正、间隙等装配误差显著影响测试结果的问题，设计了针对某型雷管作用时间测试用的火花隙探针测试工装，工装装配简洁，能有效保证火花隙探针、聚酯薄膜和爆炸丝雷管之间的紧密贴合。通过实际装配和作用时间测试，极差仅 40 ns，实现了提高测试准确度、减少人为因素偏差的目标。