斯蒂芬酸铅含量对某型雷管作用可靠性的影响 .pdf

ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００１-８３５２. ２０１６. ０１. ０１０ 斯蒂芬酸铅含量对某型雷管作用可靠性的影响 ❋ 朱 浩① 贠来峰① 李 盘① 苏红强② ①总装备部驻合肥地区军代室安徽合肥,２３００４１ ②国营 ９３７４ 厂安徽合肥,２３００１２ [摘 要] 为解决某型雷管瞎火、半爆的问题,分析了工艺过程对针刺药组分和其中斯蒂芬酸铅含量的影响。 试 验结果表明,工艺过程中针刺药分药和回倒环节会引起针刺药中铅钡共晶含量的波动,当铅钡共晶中斯蒂芬酸铅 的含量较低时会导致雷管作用失效。 通过建立斯蒂芬酸铅含量与雷管作用可靠性的关系,合理解释了故障批产品 几个异常现象,指出应通过使用较小的盒子盛装针刺药等措施来确保生产过程受控。 [关键词] 雷管； 针刺药； 铅钡共晶； 斯蒂芬酸铅 [分类号] ＴＪ４５ ＋２. ２ 引言 铅钡共晶[１]中的斯蒂芬酸铅含量是衡量铅钡 共晶起爆威力和输出猛度的重要指标[２-４]。 铅钡共 晶是某型针刺雷管针刺药的重要组分。 某型雷管因 生产过程中所用铅钡共晶的斯蒂芬酸铅含量较低, 出现瞎火、半爆的问题,同时出现出厂验收合格而入 厂复验不合格、同一天生产产品失效率波动大以及 最后一天生产产品失效率远远高于前几天等几个异 常情况。 本文分析了造成该型雷管瞎火、半爆的原因,研 究了工艺过程中分药和药剂回倒环节对针刺药组分 的影响,建立了铅钡共晶中斯蒂芬酸铅含量与雷管 作用可靠性的关系,通过分析该型雷管的批质量状 况,解释了批产品验收及试验中的异常现象。 １ 某型针刺雷管及其瞎火、半爆的问题 某型雷管主要用于起爆某型引信,由管壳、针刺 药２ 次装填,压力不同、点火药、隔垫、起爆药、炸 药、封口垫等组成。 结构如图 １ 所示。 该型雷管的工作过程为击针戳击雷管后,针刺 药发火,点燃点火药,经延期后引燃起爆药,起爆药 起爆炸药,输出爆轰能量。 在对某批该型雷管入厂复验时,共进行了 ６５ 发 发火性试验,出现了 ３ 发失效。 对失效产品进行分 析及解剖,１ 发产品针刺药未作用,针刺面有明显的 针刺痕迹,属瞎火；２ 发产品针刺药已作用,未点燃 点火药,属半爆,如图 ２ 所示。 １ － 封口垫；２ － 炸药；３ － 起爆药；４ － 隔垫； ５ － 点火药；６ － 针刺药；７ － 针刺药；８ － 管壳 图 １ 某型针刺雷管结构示意图 Ｆｉｇ. １ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒｔ ｏｆ ａ ｓｔａｂ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ａ瞎火 ｂ半爆 图 ２ 失效产品剖面 Ｆｉｇ. ２ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ２ 导致瞎火、半爆的直接原因 根据故障现象和建立的雷管瞎火、半爆失效 树[５-８],对底事件进行逐个排查,发现导致瞎火、半爆 问题的直接原因可能是针刺药铅钡共晶的斯蒂芬酸 铅含量不符合工艺要求。 铅钡共晶中斯蒂芬酸铅含 􀅰３４􀅰２０１６ 年 ２ 月 斯蒂芬酸铅含量对某型雷管作用可靠性的影响 朱 浩,等 ❋ 收稿日期２０１５-０５-２６ 作者简介朱浩１９８７ ,男,硕士,助理工程师,主要从事火工品、电子类装备的质量监督工作。 Ｅ-ｍａｉｌｓｕｋｉｙａｋｉｂｓｙ＠１２６. ｃｏｍ 量是影响铅钡共晶起爆威力和输出猛度的重要因 素,用于针刺延期雷管,铅钡共晶的斯蒂芬酸铅含量 越低,铅钡共晶敏感度越低,起爆威力越小,混制后 的针刺药感度低,发火可靠性越低[９]。 在该型雷管 的生产工艺中规定,配置针刺药所用的铅钡共晶的 斯蒂芬酸铅质量分数应为 ２０％ ２４％,但该批针刺 药生产中实际使用的是含斯蒂芬酸铅质量分数 １５. ７３％的铅钡共晶,明显低于工艺规定的要求。 因 此,生产中药剂使用量不当应该是造成该型雷管瞎 火、半爆的主要原因和直接原因。 ３ 需要解释的几个现象 虽然导致该型雷管的瞎火、半爆问题的直接原 因已基本明确,并得到了复现试验的验证,但有几个 异常现象,需进一步解释。 １该批产品生产过程中施工试药以及出厂验 收进行发火性项目共 １ ６５３ 发,均未出现失效现象, 而总体厂复验时仅试验 ６５ 发就出现 ３ 发失效,失效 率异常,解释不通。 ２该批产品生产时间共 ５ ｄ,在排查过程中,对 第 １ 天生产产品进行了发火性试验共 ８００ 发,先抽 取的 ６００ 发未出现失效现象,而后抽取的 ２００ 发却 出现 １０ 发失效,不符合一般规律。 ３对生产过程、出厂验收及排查过程中发火性 试验进行了统计,结果见表 １ 。 前 ４ 天的失效率均 在 ０. ５０％以下,而第 ５ 天的失效率明显高于前 ４ 天 的,达到了 ２. ０１％。 表 １ 产品失效分布情况 Ｔａｂ. １ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ 生产时间/ ｄ试验发数失效发数失效率/ ％ １２ ０５７１００. ４８ ２５８２１０. １７ ３５３２２０. ３７ ４１ １３２４０. ３５ ５５４７１１２. ０１ 合 计４ ８５０２８０. ５８ 如果问题的原因是针刺药原料使用量不当,那 么整批产品的质量水平应该基本一致,而不应该出 现上述几种异常情况。 若不能给出合理解释,可能 原因没找准或者还有其他原因的存在。 ４ 工艺过程对针刺药组分的影响 该型雷管所用针刺药由铅钡共晶、四氮烯、硝酸 钡、硫化锑、铬酸铅机械混制而成,呈灰褐色,属敏感 类药剂,各组分密度排序为铬酸铅深黄色 硫化 锑黑色 硝酸钡白色 铅钡共晶金黄色 四氮烯鹅黄色。 装配工艺中规定需将制备好的 针刺药从一大盒中约 ５００ ｇ分倒至小盒中,且每 小盒质量不超过 ２０ ｇ。 同时,在当天的生产结束后, 生产线上不允许有剩余的药剂,若药剂没有用完且 剩余较多,会将剩余的药剂回倒至大盒里。 在问题 排查中,生产线上工人反映,针刺药在使用过程中会 逐渐产生色差,灰褐色药剂会有轻微的金黄色分离。 这一现象表明,在分药以及药剂回倒的过程中可能 导致了药剂分层。 药剂分层是指机械混制类药剂因各组分原材料 的晶体形状、粒度、密度不同,在使用的过程中因多 次分药或药剂回倒,造成相对密度较大的成分逐渐 沉积在药盒底部,使药剂均匀性变差。 为验证分药 及药剂回倒对药剂性能的影响,分别进行分药及回 倒试验。 ４. １ 针刺药分药试验 为验证在生产过程中分药是否会导致药剂分 层,针刺药中铅钡共晶的含量[工艺要求其质量分 数为２４. ５ １. ５％]是否发生变化,选择某批针刺 药铅钡共晶中斯蒂芬酸铅质量分数 １５. ５９％进行 分药试验,将该批针刺药从一大盒中分别分倒到 ２０ 个小盒中,并分别对其进行理化分析,铅钡共晶的含 量变化如图 ３ 所示,其中分盒数 ０ 代表分盒前针刺 药中铅钡共晶的质量分数。 从图 ３ 中可以看出,铅钡共晶在针刺药含量随 分药次数有明显递减的趋势,但仍符合工艺要求。 图 ３ 铅钡共晶的质量分数随分盒数的变化 Ｆｉｇ. ３ Ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｏｆ ｌｅａｄ ａｎｄ ｂａｒｉｕｍ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｏｘ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｔａｂ ｐｏｗｄｅｒ ４. ２ 针刺药回倒试验 为验证回倒是否会导致药剂分层,针刺药中铅 钡共晶的含量是否发生变化,选择某批针刺药铅 钡共晶中斯蒂芬酸铅含量 １５. ９１％进行针刺药回 倒试验。 试验中将该批针刺药从一大盒中分倒到 ４ 个小盒中,然后将这 ４ 小盒的药回倒到大盒中,然后 再进行一次此过程。 回倒结束后分别对 ８ 个样品进 行理化分析,它们中铅钡共晶含量变化情况见图 ４, 􀅰４４􀅰 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 １ 期 样品铅钡共晶质量分数为 ２３. ３０％,１-１ 表示样品 １ 回倒一次后含量情况,１-２ 表示样品１ 回倒２ 次后含 量情况,其他以此类推。 图 ４ 回倒后铅钡共晶质量分数变化柱状图 Ｆｉｇ. ４ Ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｏｆ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｏｆ ｌｅａｄ ａｎｄ ｂａｒｉｕｍ ａｆｔｅｒ ｒｅｗｉｎｄｉｎｇ 从图 ４ 可以看出,针刺药回倒会使得其铅钡共 晶含量降低,且随着回倒次数的增加,会加剧铅钡共 晶含量的降低。 从图 ４ 中还可以看出,较多的样品中铅钡共晶 的含量已低于工艺要求。 为进一步验证药剂回倒对 该型雷管发火性能的影响,选取样品 １-１ 和 ３-２ 针 刺药加工产品各 １００ 发并进行发火性试验,结果见 表 ２。 从结果可以看出,使用不符合工艺要求的铅 钡共晶,经药剂回倒,会造成产品失效,且随着回倒 次数的增加,失效率升高。 表 ２ 药剂回倒产品发火性试验结果 Ｔａｂ. ２ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｔａｂ ｐｏｗｄｅｒ ｒｅｗｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｓ 样品试验发数试验结果 １-１１００１ 发瞎火 ３-２１００１ 发瞎火,２ 发半爆 ５ 斯蒂芬酸铅含量对作用可靠性影响 为进一步摸清雷管作用可靠性与铅钡共晶中斯 蒂芬酸铅含量的关系,选择部分批次针刺药加工成 产品进行发火试验,观察其失效情况,同时统计问题 排查中所有试验数据,结果见表 ３ 和图 ５。 从表 ３ 和图 ５ 中看出,雷管的作用可靠性与斯 蒂芬酸铅含量有一定关系,即随着斯蒂芬酸铅含量 的增加,产品的失效率降低,作用可靠性相应升高。 ６ 故障批产品质量状况分析 故障批产品针刺药中铅钡共晶质量分数为 ２４. ５０％,斯蒂芬酸铅质量分数为 １５. ７３％,其针刺 药中斯蒂芬酸铅质量分数约为 ３. ８５％总体或平均 水平 ,失效率为０. ５８％ 见表１。但在装配过程 表 ３ 不同斯蒂芬酸铅含量下试验结果 Ｔａｂ. ３ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｌｅａｄ ｓｔｙｐｈｎａｔｅ 铅钡共晶 质量分数/ ％ 铅钡共 晶中斯 蒂芬酸 铅质量 分数/ ％ 针刺药 中斯蒂 芬酸铅 质量分 数/ ％ 试验 发数 失效 发数 失效 率/ ％ ２４. ５０２２. ００５. ３９４００００ ２４. ５０１５. ７３３. ８５４ ８５０２８０. ５８ ２４. ５０９. ００２. ２１４００１２３. ００ ２３. ０１１５. ５９３. ５８４００１２３. ００ １８. ９２１５. ５９２. ９５４００２９２. ２５ 图 ５ 产品失效率与斯蒂芬酸铅质量分数的关系 Ｆｉｇ. ５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅａｄ ｓｔｙｐｈｎａｔｅ 中存在分药和回倒,实际部分针刺药中斯蒂芬酸铅 含量在生产过程中随时间波动,导致每天不同时间 生产的产品也随着波动,这种波动包含 ３ 个方面 １同一大盒药剂使用过程中的波动；２一天生产过 程中的波动；３同一小盒药剂使用过程中的波动, 如图 ６ 所示。 图 ６ 故障批产品斯蒂芬酸铅质量分数的波动 Ｆｉｇ. ６ Ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅａｄ ｓｔｙｐｈｎａｔｅ ｉｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ 在图 ６ 中,可大致分为 ３ 个区域。 区域 Ａ斯蒂芬酸铅质量分数在 ４. ６０％ 以上 该含量为工艺下限,斯蒂芬酸铅质量分数在此区 域内的雷管 １００％可靠作用。 区域 Ｂ 斯蒂芬酸铅质量分数在 ３. ５８％ 􀅰５４􀅰２０１６ 年 ２ 月 斯蒂芬酸铅含量对某型雷管作用可靠性的影响 朱 浩,等 ４. ６０％,斯蒂芬酸铅质量分数在此区域内的雷管失 效率在 ０ １％之间。 区域 Ｃ斯蒂芬酸铅的质量分数在３. ５８％以下, 斯蒂芬酸铅质量分数在此区域内的雷管失效率大于 １％。 根据上述分析结果,对前文提到的几个异常现 象作如下解释 １出厂验收抽取的 １ ４００ 发产品的斯蒂芬酸铅 含量可能在区域 Ａ,所以未出现失效现象；生产过程 中施工、试药产品的斯蒂芬酸铅含量至少在区域 Ａ、 Ｂ,因为施工、试验试验数量较少,在失效率较低的 情况下,不一定会出现失效现象。 ２对第 １ 天生产的产品试验时,抽取的前 ６００ 发产品斯蒂芬酸铅含量在区域 Ａ,所以未失效；后 ２００ 发产品斯蒂芬酸铅含量在区域 Ｃ,所以出现多 发产品失效。 ３前 ４ 天生产的产品斯蒂芬酸铅含量在区域 Ｂ 波动,失效概率不会超过 １％；而最后一天的产品在 区域 Ｃ 波动,失效概率超出了 １％。 ７ 结论 １造成该批针刺雷管瞎火的直接原因是针刺 药中铅钡共晶的斯蒂芬酸铅含量不符合工艺要求。 ２物理混合的针刺药在分药和药剂回倒时,局 部药剂组分的含量会发生变化,并会影响产品的作 用可靠性。 ３该型雷管的失效率与铅钡共晶中斯蒂芬酸 铅含量有关系,当含量较低时会出现失效现象。 ４在生产过程中,应使用较小的盒子来盛装针 刺药以减小分药的影响,同时规定未使用完的药剂 不允许回倒。 参 考 文 献 [１] 陈志军,葛瑞荣. “铅􀅰钡共晶”起爆药制造工艺浅析 [Ｊ]. 爆破器材,２００１,３０３１６-１８. 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Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ- ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｌｅａｄ ｓｔｙｐｈｎａｔｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ, ｓｏｍｅ ｕｎｕｓｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ, ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｌｅｓｓｅｒ ｂｏｘｅｓ ｔｏ ｆｉｌｌ ｓｔａｂ ｐｏｗｄｅｒ ｉｓ ｆｉｎｇｅｒｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｉｎｓｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ. [ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ] ｄｅｔｏｎａｔｏｒ； ｓｔａｂ ｐｏｗｄｅｒ； ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｌｅａｄ ａｎｄ ｂａｒｉｕｍ； ｌｅａｄ ｓｔｙｐｈｎａｔｅ 􀅰６４􀅰 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４５ 卷第 １ 期