測時儀法炸藥爆速測試影響因素分析

朱小永 樊百平

摘 要：爆速是炸藥重要的爆轟參數，是衡量炸藥爆轟性能的一項主要指標，爆速的精確測量對炸藥產品的應用研究具有重要的實際意義。在采用爆速儀對某水膠炸藥進行定期爆速測試過程中，經常出現無數據或數據異常的現象。該文從探針插入位置、側向約束條件、環境溫度、測試材料、測試儀器等方面分析了產生這種現象的原因，并支出最大限度降低認為因素影響，認真按照實驗標準程序進行操作，進一步完善爆速測試的標準程序，是改善測試結果，提高測試效率的有效途徑。

關鍵詞：測時儀法 爆速 影響因素 測試

中圖分類號：TG45616 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（c）-0036-02

爆速是炸藥重要的爆轟參數，是衡量炸藥爆轟性能的一項主要指標，爆速的精確測量對炸藥產品的應用研究具有重要的實際意義。在某新型炸藥的研制過程中，為檢驗其儲存穩定性，采用測時儀法對該樣品進行了長期、大量的爆速測試，發現常出現異常情況，如：數據偏小，線路開路，線路短路等，對炸藥的存儲穩定性評價造成干擾。為了避免類似情況發生，該文從人為操作、系統本身、測試環境等方面入手分析了原因，并在此基礎上對爆速測試進行了改進。

1 測試樣品

被測試的樣品為試制的某改進水膠炸藥，藥卷直徑35 mm，裝藥密度在1.00～1.10 g·cm-3，同一組炸藥試樣裝藥密度控制一致。

2 爆速測試

爆速測試方法有導爆索法、測時儀法（電測法）、高速攝影法、連續示波法、埋入式壓力探針法以及光導纖維法等[1]。我國工業炸藥爆速測定方法國家標準為測時儀法和導爆索法[2]，并規定測試儀法為仲裁方法，該文采用測時儀法，測試示意圖見圖1。

2.1 測試設備與材料

（1）測試設備：采用 WBS-2型爆速儀（基于測時儀原理），該儀器抗干擾能力強、精度高、使用方便。突出特點：測試用的兩組信號線不分前后，自動計算爆速測試結果并直接以數字顯示。

（2）傳感元件：采用絲式探針做傳感元件，用直徑0.10～0.15 mm范圍內的銅芯漆包線制作。

（3）游標卡尺：分度值0.02 mm。

（4）架盤天平：感量0.5 g。

（5）鋼板尺：300 mm，分度值1 mm。

（6）信號傳輸線：雙芯屏蔽電纜。

（7）起爆器材：8號工業雷管，雷管的性能應符合GB8031-87和GB13230-91的規定。

2.2 測試步驟

（1）藥卷加工及探針位置：藥卷直徑為35 mm，用誤差1 m的鋼尺在藥卷上相隔5cm做標記，留作插入探針用。

（2）安裝探針：探針由直徑為0.12 mm的兩股漆包線手工線擰成麻花狀制成，將探針插入藥卷，首尾折向試樣的尾端，并用膠布固定在試樣上。安裝好后，兩引出線應在電性能上保持斷開狀態。

（3）測試系統的檢查：將兩引出線與爆速儀信號傳輸線相連，并對整個測試系統進行檢查，以確保工作正常。

（4）雷管放置：將8號雷管插入試樣，插入深度15 mm。

（5）爆速測定：打開爆速儀，設定兩探針間距：5 cm，按下“準備”鍵，正常顯示為：waiting。

（6）起爆，讀取爆速結果。

3 異常情況及影響因素分析

3.1 異常情況類型

測試過程當中常遇到的異常情況主要有以下三種。

（1）數據偏小，國家標準規定三級水膠炸藥的爆速D≥3000 m·s-1，而測試過程中出現了結果偏小的情況，出現過爆速低于2000m·s-1甚至1000 m·s-1的情況。

（2）無數據，儀器顯示“開路”。

（3）無數據，儀器顯示“短路”。

3.2 影響因素分析

異常情況的出現大大影響了炸藥的儲存穩定性的評判，應積極研究異常數據的產生原因并加以改進。該文僅從樣品制作、儀器設備及測試環境方面考慮測試過程的影響因素，炸藥組分、密度、凝膠體系穩定性等因素對爆速的影響不在該文討論范疇。

（1）探針插入位置影響。

爆速值偏小，很可能是爆轟不穩定造成的。如果雷管底部距離第一支探針太近，則會導致爆轟波傳到第一支探針時尚未達到穩定爆速，使得兩探針間的爆速值偏低，因此在實際測定過程中應根據實際情況靈活處理，應靈活處理。考慮到一般工業炸藥的爆轟不穩定區為2～3倍的藥徑，第一支探針布置應在距雷管底部3倍的藥徑處為宜。根據被測藥卷的長度，在確保第二支探針距離藥卷底端的距離（20 mm）和雷管插入距離（15 mm）后盡可能使第一測針點到雷管底部的距離長一些，兩探針之間的距離也盡可能長一些，例如在測試較長的藥卷時，將兩探針之間的距離定為8 cm或10 cm，測試結果的一致性較好。

（2）側向約束條件影響。

側向約束條件也可導致爆轟波不穩定，從而造成爆速偏小。藥卷在非密閉情況下傳播時，反應區所產生的高溫高壓氣體必然發生徑向膨脹（即側向擴散），由此引起側向稀疏波，并由藥卷表面向藥卷中心擴展，造成藥卷中心化學反應區釋放的能量降低，影響爆轟傳播的穩定性[3]。而有效的側向約束可大大降低這類情況的發生，因為約束外殼限制了側向膨脹波向化學反應區的傳播，防止能量損失。約束材料的強度，硬度，密度的增強都極有利于軸向能量輸出[4]。因為約束外殼限制了側向膨脹波向化學反應區的傳播，防止能量損失。約束材料的強度，硬度，密度的增強都極有利于軸向能量輸出，工業炸藥在軟質土壤中爆轟其爆速比在堅硬巖石中為小也是這個道理。

因此，在爆速測試前，應對樣品（藥卷）仔細檢查，確保樣品無破損，裝藥連續、均勻，藥卷內無氣泡；同時，每次爆速測試前，對測試場地進行整平，壓實。

（3）傳感元件的影響。

本實驗中的傳感元件為斷—通式探針，由手工制作，如圖2，從操作規范來分析，探針的制作與安裝依賴于經驗，常出現的問題包括絞合不夠緊密，絞合長度不足，探針插入藥體中的部分不能保持平直，兩根探針不能保持平行，探針不用膠布固定等等。絞合長度及致密性不能保證一致，絞合太短或太松，導致藥卷和探針接觸不緊密都會導致線路開路而無數據。

因此，首先要使樣品裝藥連續、緊密，確保爆轟時爆轟產物電離時能及時導通電路。探針制作、安裝最好由同一人員完成，以保證測試的一致性，探針絞合應緊密，絞合部分長度以大于兩倍裝藥直徑為宜。探針和信號線的連接應使用絕緣膠布固定。

（4）環境溫度影響。

環境溫度對炸藥的爆速也有一定的影響。試驗過程中發現，在氣溫較低的冬季進行爆速測試時，爆速值偏低甚至有拒爆現象。究其原因，某些工業炸藥組分物理狀態受溫度的影響較大，低溫時可造成晶型轉變、析晶等現象，甚至有的改變其常溫聚集態，從而出現爆速降低或拒爆的現象。根據GB18094—2000，當樣品溫度低于10℃時，應采取升溫措施，但不要超過25℃[5]。

（5）炸藥的腐蝕作用。

水膠炸藥有較強的腐蝕作用，如果所有漆包線質量不好，將導致信號線絕緣電阻下降，相當于兩根探針提前接觸，放炮時同時和公共線導通，導致測試數據異常，出現測試短路現象。因此探針制作前要仔細檢查漆包線有無破損，制作過程中避免用力抽拉、摩擦，探針和信號線的連接處務必纏上絕緣膠布。對于已安裝探針的樣品要及時完成測試。

（6）爆速儀工作穩定性影響。

爆速儀總體由接口觸發電路、晶振時標電路、計數控制電路、顯示、電源等幾部分組成，通過接口采集啟—停信號，經過門控進行時標計數，然后處理、顯示、結果。

爆速儀的性能指標完全滿足測試的各項要求，但不排除其整體的工作穩定性對爆速測試帶來影響，在測試的過程中出現過幾次連續兩次的爆速測試結果相同（爆速值在合理范圍）的情形；在檢測機構檢驗的過程中，更出現過連續兩次樣品爆速顯示為“50000”的情形，這同炸藥及儀器的性能指標是相悖的。應該是儀器工作的不穩定造成的偶然誤差，數據完全可以進行忽略。但需要指出的是，爆速儀使用前應確保充電充分，且每年都應對其進行標定。

4 結論

對上述問題整改后，在后期的測試中大大降低了異常數據的產生。同時研究發現，人的因素對測試結果影響較大，人的操作貫穿整個測試環節：樣品的制作、包裝，探針的制作、安裝，以及信號線的連接，儀器的保養、檢測等等。由此可見，認真按照實驗標準程序進行操作，進一步完善爆速測試的標準程序，是改善測試結果，提高測試效率的有效途徑。

參考文獻

[1] 張立.爆破器材性能與爆炸效應測試[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2006.

[2] 工業炸藥爆速測定方法[S].北京：中國標準出版社，1991.

[3] 劉鵬，張懷智，曹宏安，等.影響工業炸藥爆速的因素[J].四川兵工學報，2009，30（3）：124—127.

[4] 王建華，劉玉存，王作山，等.PBXN-5裝藥直徑及約束條件對爆壓的影響[J].火工品，2002（3）：21—23.

[5] 水膠炸藥[S].北京：中國標準出版社，2000.