某型底火作用失效研究

李便花，潘會平，肖友霖，和海亮，王建慶，張忠心

(1.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2.駐陽泉地區軍代室，山西 陽泉045000)

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某型底火作用失效研究

李便花1，潘會平1，肖友霖2，和海亮1，王建慶1，張忠心1

(1.山西北方晉東化工有限公司，山西 陽泉045000；2.駐陽泉地區軍代室，山西 陽泉045000)

常規彈藥是現代戰爭中不可缺少的武器裝備之一。隨著國際形勢的不斷變化，國際國內市場的接軌，常規彈藥的研制與生產不斷創新，對彈藥的使用安全性及毀傷性要求越來越嚴格。火工品是彈藥的“心臟”，底火是彈藥作用的首發元件。從產品結構設計、原材料性能、原材料存放狀態和裝配工藝等方面進行分析排查，通過試驗驗證確定了產品失效原因，提出了有效預防措施，有效消除了由原材料混批造成產品失效的安全技術隱患。

底火；失效；預防措施

火工品是在接收發火指令后，以較小能量激發其內裝敏感藥劑產生燃燒或爆炸，以其燃燒火焰、爆炸沖擊波和高壓燃氣，實現點火、起爆和做功等預定功能的一次性使用的元器件、裝置和系統的總稱[1]。火工品是起爆與點火最敏感的始發能源，其功能首發性與作用敏感性決定了它在武器系統中的地位和作用[2]。作為武器系統中的敏感元件，火工品的安全性、可靠性直接影響武器系統的安全性和可靠性。底火是火工品的一類，是在接收武器系統發火指令后，以較小電能或機械能量激發其內裝敏感藥劑產生燃燒，以其燃燒火焰和高壓燃氣順利點燃下一級傳火裝置的一次性使用的元器件。

1　底火結構

該型底火由底火體、火帽、壓環、藥盂、閉氣蓋和密封圈等組成，其結構示意圖如圖1所示。

圖1　底火結構示意圖

2　底火作用失效危害

底火自身發火可靠性及點火可靠性決定著武器系統能否正常完成使命。底火正常燃燒，可順利點燃武器系統的下一級傳火裝置，給彈丸提供正常起始飛行的動力，如出現作用失效，就會有意想不到的后果：如果底火失效未點燃下一級傳火裝置，彈丸就會出現留膛；如果底火燃燒勉強點燃下一級傳火裝置，有可能存在點燃下一級傳火裝置時點火能力或方式有缺陷，使下一級傳火裝置燃燒出現偏差，使彈丸起始飛行不穩定或彈丸出炮口速度降低，導致彈丸射程達不到指標要求，形成射擊及飛行安全隱患。

3　故障現象

該產品在彈道炮上進行強度試驗時，擊發裝置擊發產品后，模擬彈炮筒內強裝藥未作用，壓力測試系統未檢測到壓力數據，試驗停止10min后，將模擬彈從炮管里取出，將底火及陪試品(傳火管)從模擬彈上拆解，發現陪試品(傳火管)未作用，與底火連接處有熏黑現象，底火已發火作用；但閉氣蓋未被沖開，底火收口部開裂。故障樣品如圖2所示，正常作用樣品如圖3所示。

圖2　閉氣蓋未被沖開樣品　圖3　正常產品發火后樣品

4　分析

4.1藥劑

藥盂中裝填的藥劑為底火類產品通用點火藥劑，如果藥劑藥量超出規定范圍上限，點火能量就會加大，對底火收口部位的壓力增加，對故障批產品隨機抽取20發進行藥盂藥量檢測，藥量在(m1-0.005)～(m1+0.005)g(產品圖樣規定為(m1±0.02)g)，水分分析結果為0.5%(產品圖樣規定為≤1%)，藥劑成分分析結果符合藥劑制造與驗收規范中的配比要求，無異常現象。另外，該批底火用點火藥劑同時裝配于其他型底火產品中，通過產品200發的各種性能試驗驗證，全部符合要求。

4.2閉氣蓋

從產品設計分析，該底火閉氣蓋壓痕厚度要求為(δ1-0.02)～(δ1+0.05)mm，底火體收口部位壁厚尺寸為(δ2-0.13)～(δ2+0.10)mm，δ2是δ1的十幾倍，閉氣蓋壓痕厚度是產品設計的薄弱點，是點火壓力釋放的最佳位置。由于閉氣蓋生產加工為關鍵工序，對厚度進行100%普驗，對故障批用閉氣蓋進行質量追溯。閉氣蓋厚度檢測原始記錄為(δ1-0.01)～(δ1+0.04)mm，隨機抽取故障批產品20發解剖后對閉氣蓋壓痕厚度進行檢測，尺寸為(δ1-0.01)～(δ1+0.03)mm，符合產品圖樣技術要求，未見異常。

4.3底火體

從故障樣品分析，有可能是底火體收口部位壁厚尺寸((δ2-0.13)～(δ2+0.10)mm)發生超差，使其成為產品薄弱點。對故障批剩余底火體抽取50發，進行收口處尺寸檢測，檢測尺寸為(δ2-0.09)～(δ2+0.05)mm，全部符合產品圖樣技術要求，未見異常。

4.4底火收口不嚴

根據產品結構分析，如果底火收口不嚴，密封圈、閉氣蓋與收口處就會有縫隙，產品發火后，火藥氣體會沿著縫隙進行壓力釋放，以減輕對底火體收口部位的損傷。對故障批產品重新進行了100%外觀質量檢驗，未發現底火收口不嚴現象。

4.5底火體用原材料

該型底火用底火體原材料為H62Y2黃銅棒，原材料經機械加工、表面處理工序后，轉裝配分廠進行裝配。產品出現故障后，故障樣品及正常樣品的金相組織如圖4和圖5所示。根據收口部金相組織分析，有可能是原材料的料頭、料尾以及料中間質量一致性有差異。

圖4　開裂底火的收口部金相組織

圖5　未開裂底火的收口部的金相組織

4.5.1H62Y2黃銅棒

H62Y2黃銅棒回廠后要進行入廠檢驗，查檢驗記錄，無異常。如果原材料料頭、料尾以及料中間質量存在較大差異，尤其在收口部位出現內部組織疏松現象時，會對產品性能有影響。對庫存的H62Y2黃銅棒隨機抽取樣品進行檢測，結果見表1。

表1　庫存H62Y2黃銅棒不同部位力學性能檢測結果

由表1可知，H62Y2黃銅棒質量無異常。

4.5.2底火體原材料存放

當產品出現故障后，對故障樣品及正常樣品進行原材料質譜分析(見圖6和圖7)。根據對故障樣品及正常樣品的金相組織及原材料質譜分析結果可知，該故障批產品底火體用原材料中有2種不同的材料，有可能出現材料混批現象。

圖6　開裂底火底火體材料成份質譜分析

圖7　未開裂底火底火體材料成份質譜分析

對所有產品原材料目錄進行查閱，零部件用銅棒加工的原材料牌號為H62Y2黃銅棒、H68黃銅棒以及HPb59-1Y2鉛黃銅棒等3種。H68黃銅棒的尺寸規格為φ24mm，H62Y2黃銅棒和HPb59-1Y2鉛黃銅棒的尺寸規格均為φ18mm。

1)對入庫的原材料存放地進行排查。發現H62Y2黃銅棒和HPb59-1Y2鉛黃銅棒存放在同一貨架中，而且是上下貨格。從外觀上看，2種原材料沒有區別，如果取貨人不認真仔細對貨簽進行辯識，2種原材料就會存在取錯的可能性。

2)對底火體生產分廠進行排查。從生產計劃及記錄中發現φ18mm的HPb59-1Y2鉛黃銅棒只在前一年時領用，且加工的零件為傳火件，結構與底火體相差甚遠，剩余的材料已全部做了退庫處理，φ18mm的H62Y2黃銅棒是該故障批底火體生產時直接從庫房領用；因此，在零件加工工序不會出現材料混批現象。

4.5.3原材料分析

根據原材料排查結果，對故障批底火體用原材料進行了成分確認，結果見表2。

表2　底火體用原材料成分對比分析結果

由表2可知，故障批底火體材料確實出現了φ18mm的H62Y2黃銅棒和φ18mm的HPb59-1Y2鉛黃銅棒混批現象。對庫存的H62Y2黃銅棒與HPb59-1Y2鉛黃銅棒2種原材料隨機抽樣進行了力學性能對比，結果見表3。

表3　力學性能對比檢測結果

由表3可知，H62Y2黃銅棒與HPb59-1Y2鉛黃銅棒的成分含量有差異。HPb59-1Y2鉛黃銅棒較H62Y2黃銅棒抗拉強度高，伸長率低，表現為韌性差，延展性不好，底火體裝配完成后要收口，材料在模具作用下發生彎曲變形。HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料在收口時雖未出現裂紋，但材質已受到損傷，形成薄弱點，H62Y2黃銅棒材料因伸長率高，延展性好，在產品收口時只是發生了形變，未對材料內結構產生影響；因此在產品發火同樣的壓力作用下，底火體為HPb59-1Y2鉛黃銅棒的產品收口部位開裂，點火壓力分散，導致沒有足夠的點火能量點燃下一級傳火裝置。

5　驗證試驗

1)取H62Y2黃銅棒材料不同部位(料頭、料尾和料中間)加工成底火體各32件，裝配成成品進行發火試驗，試驗結果未出現故障樣品現象，閉氣蓋全部打開，符合產品性能的要求。

2)取H62Y2黃銅棒材料及HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料加工成底火體各32件，裝配成成品進行發火對比試驗，試驗結果為32發HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料的產品收口部全部有大小不等的裂紋，其中有24發與故障樣品相同，H62Y2黃銅棒材料的產品全部符合要求。

6　結語

通過上述分析，可以得出如下結論。

1)該故障是由于底火體誤用抗拉強度高，伸長率低的HPb59-1Y2鉛黃銅棒材料，因材料韌性差，延展性不好，底火體收口時，在模具作用下易發生彎曲變形，材質受損，形成薄弱點。在產品發火壓力作用下，收口部位開裂，點火壓力分散，導致沒有足夠的點火能量點燃下一級傳火裝置。

2)細節決定成敗。原材料是所有產品的基礎，基礎出現差錯，后果不堪設想；因此，對原材料的管理要細致，外觀不容易分辨的不同品種的原材料應分排分架放置，標識清晰，原材料出入庫應實時進行記錄。

3)原材料提貨、防護、運輸和取放應進行嚴格控制，不能將2種同規格、不同材質且從外觀上比較難分辨的原材料進行同時搬運。

[1] 王凱民. 軍用火工品設計技術[M]. 北京：國防工業出版社，2006.

[2] 李便花，潘會平，孔俊峰，等.某型電點火具結構設計與工藝改進研究[J].新技術新工藝，2014(10)：59-61.

責任編輯馬彤

ResearchontheFailureofaCertainTypeofPrimer

LIBianhua1,PANHuiping1,XIAOYoulin2,HEHailiang1,WANGJianqing1,ZHANGZhongxin1

(1.ShanxiNorthJindongChemicalImdustryCo.,Ltd.,Yangquan045000,China; 2.MilitaryRepresentativeOfficeinYangquanLocality,Yangquan045000,China)

Conventionalammunitionisindispensableinthemodernwarweapons.Withthechanginginternationalsituation,theinternationalanddomesticmarketsareintergrarted,thedevelopmentandproductionoftheconventionalammunitionisincontinuousinnovationandupgrading,sothesafeuseanddamagerequirementismoreandmorestrict.TheEEDisthe“heart”oftheammunition,andtheprimeristhestartingelement.Fromtheproductstructuredesign,rawmaterialproperties,rawmaterialstoragestate,assemblyprocessandsoon,analyzetheinvestigation,anddeterminetheproductfailurereason.Throughtheexperimentalverification,putforwardeffectivepreventivemeasures,andeffectivelyeliminatetherawmaterialmixedbatchofproductfailuresafetytechnicalproblems.

primer,invalid,preventivemeasures

2016-01-13

TQ560A

李便花(1971-)，女，研究員級高級工程師，主要從事工藝技術研究與生產工藝技術管理工作。