饒中陽(yáng)，李 泉

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某點(diǎn)火器管體破裂失效診斷與控制

饒中陽(yáng)，李 泉

（駐167廠軍代室，四川 成都， 610106）

某點(diǎn)火器在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生管體破裂，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析、建立故障樹(shù)逐項(xiàng)排查，找出導(dǎo)致管體破裂的原因?yàn)辄c(diǎn)火藥柱破碎，從而燃速過(guò)快、產(chǎn)生局部高壓。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提出解決和控制措施，驗(yàn)證結(jié)果表明控制措施有效，杜絕了管體破裂問(wèn)題的出現(xiàn)。

點(diǎn)火器；管體破裂；失效診斷；控制

彈藥失效診斷與控制既可用于指導(dǎo)產(chǎn)品研制工作，從相應(yīng)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)失效隱患，及早采取防范措施；也可以用于失效問(wèn)題分析，準(zhǔn)確診斷失效原因與機(jī)理，控制同類問(wèn)題發(fā)生；還可用于指導(dǎo)生產(chǎn)，科學(xué)確定關(guān)重零部件與關(guān)重工序，保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量[1]。某點(diǎn)火器裝配于某型發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)火電流作用下平均燃燒時(shí)間為0.1s，最大壓力不大于3.5MPa，并點(diǎn)燃推進(jìn)劑。其——曲線出現(xiàn)異常時(shí)，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火延遲時(shí)間，甚至導(dǎo)致點(diǎn)火失??；而管體發(fā)生破裂，其破片可能造成推進(jìn)劑損傷，危及發(fā)動(dòng)機(jī)安全。

1 故障描述

某發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)1發(fā)管體破裂，見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)生破裂的某點(diǎn)火器管體

圖1中破片長(zhǎng)100mm，破裂位置距底端面65mm，管體脫落部位內(nèi)外表面及斷口處無(wú)火焰氣體燒蝕現(xiàn)象；——曲線表明當(dāng)點(diǎn)火器內(nèi)壓力上升到0.233MPa時(shí)管體破裂。問(wèn)題發(fā)生后，相關(guān)人員立即對(duì)試驗(yàn)方法和程序、測(cè)試裝置夾具、點(diǎn)火條件、數(shù)據(jù)采集和處理等進(jìn)行檢查，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常。

2 點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)

點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由均勻分布3排傳火孔的管體、點(diǎn)火藥柱、2個(gè)并聯(lián)裝入的電爆管組成。

圖2 某點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)圖

3 故障分析及排查

3.1 故障樹(shù)建立

對(duì)本批產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量復(fù)查，所有原材料、零部件均經(jīng)入廠驗(yàn)收合格后投入使用，未發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行分析，造成該點(diǎn)火器管體破裂問(wèn)題的主要原因可能是：管體強(qiáng)度低、點(diǎn)火藥柱燃速過(guò)快、電爆管威力過(guò)大。建立故障樹(shù)如圖3所示[2]。

圖3 點(diǎn)火器管體破裂故障樹(shù)

3.2 管體強(qiáng)度低

管體是由尼龍材料制造，在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行了外觀、尺寸、承水壓及X光100%探傷檢測(cè)，可以排除管體裂紋的因素。對(duì)問(wèn)題批管體的強(qiáng)度和抗沖擊能力采取試驗(yàn)驗(yàn)證，并與正常批產(chǎn)品進(jìn)行比較。

3.2.1管體承水壓試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)用橡膠塞將管體的24個(gè)傳火孔分別塞緊，管體裝在水壓機(jī)上，先加壓到3MPa保壓30s后，再繼續(xù)升壓，直到管體破裂，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。以上試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)栴}批管體抗壓強(qiáng)度與正常批管體強(qiáng)度相當(dāng)。

表1 管體承水壓試驗(yàn)結(jié)果

Tab.1 The water-pressure test result of the tube

3.2.2管體抗沖擊試驗(yàn)

在JB305沖擊試驗(yàn)機(jī)上，用294N沖擊力對(duì)問(wèn)題批管體和正常批管體進(jìn)行沖擊對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表2試驗(yàn)結(jié)果表明：?jiǎn)栴}批管體與正常批管體抗沖擊平均值相近，說(shuō)明抗沖擊性能相當(dāng)。

表2 管體抗沖擊試驗(yàn) （J）

Tab.2 The result of anti-impact test for tube

3.3 點(diǎn)火藥柱燃速過(guò)快

3.3.1配比成分錯(cuò)誤和藥劑混制不均

對(duì)使管體破裂的第47（問(wèn)題批）批點(diǎn)火藥柱與其它部分批次的點(diǎn)火藥柱進(jìn)行爆熱檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表3，硼含量分析結(jié)果見(jiàn)表4，以及紅外光譜檢測(cè)。

表3 爆熱檢測(cè)結(jié)果 （J·g-1）

Tab.3 The result of explosion heat test

由檢測(cè)結(jié)果看出：?jiǎn)栴}批點(diǎn)火藥柱的爆熱值與其它批次無(wú)明顯的差異；硼含量與其它批次基本無(wú)差異；紅外光譜圖顯示物質(zhì)的特征峰位置完全相同，整個(gè)譜圖形狀基本一致，11、29、30、34、45、46、47等7個(gè)批次的藥劑結(jié)構(gòu)、性能相同，無(wú)異?；瘜W(xué)變化發(fā)生。以上分析結(jié)果說(shuō)明點(diǎn)火藥柱配比成分正確、藥劑混制均勻。

表4 硼含量分析結(jié)果 (%)

Tab.4 The result of boron composition analysis

3.3.2藥柱破裂

在以前對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行X光檢查時(shí)曾發(fā)現(xiàn)過(guò)1發(fā)點(diǎn)火藥柱破裂，由于本批問(wèn)題產(chǎn)品未進(jìn)行X光檢查，所以不能排除藥柱破裂的可能。

點(diǎn)火藥柱在裝配過(guò)程若受外力或受電爆管點(diǎn)火沖擊作用而破碎，其燃燒面積將增大且燃速增快從而使壓力升高，當(dāng)點(diǎn)火器管體內(nèi)壓力超過(guò)管體的承壓能力時(shí)管體將破裂，如表5所示。將問(wèn)題批藥柱斷裂成32小塊，按點(diǎn)火器裝配工藝裝配6發(fā)點(diǎn)火器，在靜止點(diǎn)火試驗(yàn)中出現(xiàn)了2發(fā)管體破裂，管體破裂成碎塊，管體內(nèi)外表面燒蝕嚴(yán)重，試驗(yàn)后產(chǎn)品殘件見(jiàn)圖4。

表5 點(diǎn)火藥柱破碎后的點(diǎn)火器——曲線試驗(yàn)結(jié)果

Tab.5 The p——t curve test result of the igniter with broken pellets

圖4 破藥柱燃燒使管體破裂的殘片圖

上述試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）點(diǎn)火藥柱碎片越多其壓力越高；（2）當(dāng)藥柱碎裂到一定程度時(shí)發(fā)火壓力會(huì)驟然升高，造成管體破裂。

3.3.3藥柱強(qiáng)度低

對(duì)使管體破裂的第47批點(diǎn)火藥柱進(jìn)行壓碎強(qiáng)度（要求≥350N[2]）試驗(yàn)，結(jié)果分別為416N、420N、426N、392N，符合要求。

對(duì)以前173批點(diǎn)火藥柱抗壓強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，抗壓強(qiáng)度平均值為567N，其中造成點(diǎn)火器破裂的第47批點(diǎn)火藥柱抗壓強(qiáng)度為413.5N[2]，抗壓強(qiáng)度雖然符合要求，但強(qiáng)度明顯比以前點(diǎn)火器所用藥柱的低。

3.3.4對(duì)點(diǎn)火藥柱的結(jié)論

（1）點(diǎn)火藥柱所用原材料全部合格，未發(fā)現(xiàn)異常，藥柱配比成分正確、藥劑混制均勻。（2）由于試驗(yàn)前未對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行X射線檢查，不排除裝配過(guò)程中藥柱破裂。（3）點(diǎn)火藥柱抗壓強(qiáng)度越低，燃燒過(guò)程中越易碎裂，碎片越多其產(chǎn)生的壓力越高，越易使管體破裂。

3.4 電爆管威力過(guò)大

3.4.1對(duì)電爆管威力過(guò)大的4個(gè)底事件進(jìn)行排查

（1）藥劑配比成分錯(cuò)誤或藥劑混制不均：電爆管的前期生產(chǎn)和問(wèn)題批（共7個(gè)批次）所用原材料均完全一樣，所用原材料符合技術(shù)要求，并經(jīng)入廠驗(yàn)收合格后投入使用，復(fù)查未發(fā)現(xiàn)異常，藥劑混制后均進(jìn)行了成分分析，分析結(jié)果滿足技術(shù)要求。

（2）壓藥壓力過(guò)大：生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)壓藥壓力進(jìn)行了檢測(cè)，符合工藝要求。

（3）藥量超差：兩次裝藥均用精度0.000 1g的天平進(jìn)行藥劑稱量，并對(duì)每發(fā)產(chǎn)品裝入后的總藥量進(jìn)行復(fù)稱，裝藥量滿足要求。

（4）蓋片缺陷：對(duì)電爆管所用的蓋片“十”字槽厚度先進(jìn)行100%檢查，剔除尺寸波動(dòng)大的蓋片后，再進(jìn)行2MPa水壓篩選，對(duì)變形量大的蓋片進(jìn)行剔除；同時(shí)用顯微鏡進(jìn)行外觀檢查，剔除有劃傷、砂眼、裂紋的蓋片，排除了有缺陷的蓋片流入裝配。

3.4.2電爆管威力對(duì)比情況

統(tǒng)計(jì)電爆管的生產(chǎn)驗(yàn)收記錄，對(duì)正常批與問(wèn)題批的——試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果表明問(wèn)題批所用電爆管壓力與正常批相比未發(fā)現(xiàn)異常。

表6 電爆管常溫——曲線試驗(yàn)情況

Tab.6 The p——t curve at normal temperature （MPa）

3.4.3對(duì)電爆管的結(jié)論

以上分析表明電爆管藥劑用原材料合格、藥劑配比正確，壓藥壓力、藥量、蓋片均處于受控狀態(tài)，電爆管輸出壓力正常。

4 故障定位

點(diǎn)火藥柱破碎導(dǎo)致燃速過(guò)快，產(chǎn)生的局部高壓使管體破裂。由于試驗(yàn)前未對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行X射線檢查，不排除裝配過(guò)程中造成藥柱破裂。如果點(diǎn)火藥柱強(qiáng)度偏低，在電爆管發(fā)火能量沖擊下也容易破裂。

5 采取措施及效果

（1）通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程控制，提高BPN點(diǎn)火藥柱強(qiáng)度，內(nèi)控抗破碎力≥450N（規(guī)定值為≥350N），有利于提高藥柱在電爆管發(fā)火能量下抗沖擊破裂的能力，降低點(diǎn)火器內(nèi)壓力和管體破裂概率；

（2）管體入廠驗(yàn)收增加水壓試驗(yàn)考核，剔除強(qiáng)度低的管體，確保管體質(zhì)量；

（3）產(chǎn)品100%進(jìn)行X射線檢查，剔除有錯(cuò)裝、漏裝、藥柱碎裂、管體異常等缺陷的產(chǎn)品。

按上述措施進(jìn)行控制生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行了高、低、常溫各20發(fā)——曲線試驗(yàn)考核，后續(xù)3個(gè)批次產(chǎn)品進(jìn)行了高、低、常溫各10發(fā)——曲線試驗(yàn)考核，結(jié)果均正常，說(shuō)明控制措施有效。

6 結(jié)論

（1）管體破裂問(wèn)題的故障定位為：點(diǎn)火藥柱破碎導(dǎo)致燃速過(guò)快而產(chǎn)生局部高壓，使管體破裂。若點(diǎn)火藥柱強(qiáng)度低，在電爆管發(fā)火能量沖擊下也容易破裂，點(diǎn)火藥柱碎片越多其壓力越高。

（2）高強(qiáng)度藥柱的壓力低于低強(qiáng)度藥柱的壓力，該批產(chǎn)品點(diǎn)火藥柱強(qiáng)度雖然在規(guī)定要求范圍內(nèi)，但不能滿足使用要求，因此在產(chǎn)品研制階段應(yīng)考慮各種極限條件，充分進(jìn)行各種極限條件或狀態(tài)的考核，為產(chǎn)品控制指標(biāo)參數(shù)的確定，提供科學(xué)的依據(jù)。

（3）將管體進(jìn)行水壓試驗(yàn)考核，產(chǎn)品100%進(jìn)行X射線檢查措施，應(yīng)用落實(shí)到同類產(chǎn)品的質(zhì)量控制要求上，杜絕了同類問(wèn)題在其他產(chǎn)品上重復(fù)發(fā)生。

[1] 吳正東,王克文,等.通用彈藥失效診斷與控制[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004.

[2] GJB 6217-2008 硼／硝酸鉀點(diǎn)火藥規(guī)范[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì),2008.

The Failure Diagnosis and Control of Tube Rupture in Some Igniter

RAO Zhong-yang，LI Quan

(Military Representative Office in No.167 Factory，Chengdu，610106)

The tube of some igniter was ruptured during the test, through structure analysis and fault tree analysis, the reason for the tube rupture was found out. It showed that the broken pellets lead to faster burning rate and high pressure partly. Meanwhile, the control measures were proposed, which were verified effectively, and the quality of igniter is ensured.

Igniter；Tube rupture；Failure diagnosis；Control

TJ45+4

A

1003-1480（2014）04-0016-04

2014-06-24

饒中陽(yáng)（1971-），男，工程師，從事火工品質(zhì)量監(jiān)督與檢驗(yàn)驗(yàn)收工作。