淺析某型導爆索組件環境試驗中的斷裂問題

楊三斌

（海裝重慶局，重慶 400042）

淺析某型導爆索組件環境試驗中的斷裂問題

楊三斌

（海裝重慶局，重慶 400042）

目的 分析某型導爆索組件斷裂問題產生的原因。方法 采用平板試驗件模擬實際使用狀態，用于考核導爆索組件的環境適應性及分離功能。結果 試驗件中導爆索組件均出現了斷裂，且存在三處明顯磨痕，而且有一發平板試驗件的輔助限位板出現了斷裂。結論 輔助限位板剛度不足，導致導爆索組件出現疲勞斷裂，增加輔助限位板厚度，可有效提高其剛度，防止斷裂問題產生。

導爆索組件；平板試驗件；環境適應性；輔助限位板

導爆索組件不僅在航空航天領域有非常廣泛的應用基礎，而且在武器裝備中也不斷得到應用[1—3]。導爆索組件在使用過程中經歷的環境異常復雜，既有各種溫度環境的交變沖擊，又有各種力學環境載荷的影響，而且最終還要完成規定的導爆、分離功能，所以導爆索的設計需要在源頭加以重視，并考慮周全，避免各種問題的發生[4—5]。通常承制單位對功能設計較為重視，對試驗條件設計，尤其是模擬實際使用環境的工裝設計缺乏周到的考慮，致使產品在驗收時出現質量問題，延誤產品交付節點[6—7]。文中某型導爆索在驗收中出現斷裂問題，經實驗分析驗證，正是由于試驗工裝設計考慮不周所致。通過對導爆索斷裂問題進行分析總結，希望以此為鑒，能夠引起導爆索設計者的重視，避免類似問題的出現。

1 環境試驗及出現的問題

1.1 平板試驗件結構

某型導爆索組件的驗收環境試驗，采用平板試驗件模擬實際使用狀態，用于考核導爆索組件的環境適應性及分離功能。平板試驗件結構如圖 1所示，其主要由分離板、護罩、對接管組件、導爆管組件、導爆索組件和輔助限位板等組成，其中輔助限位板用于限制導爆管組件在z向的位移。

圖1 平板試驗件Fig.1 Plate test piece

1.2 試驗流程

平板試驗件驗收共使用 12發標準試驗件，試驗件的試驗流程均按照 28天溫度-濕度-高度試驗[8]、射線檢測、低頻沖擊、振動[9]、沖擊[10]和過載、射線檢測串行進行試驗，然后進行高、低、常溫發火試驗。試驗中出現異常，立即停止試驗，按要求進行處理。

1.3 試驗中出現的問題

在對某導爆索組件的一批次驗收試驗中，12發標準試驗件在按規定試驗流程完成所有試驗工序后的最后一次射線檢查中發現，12發試驗件中導爆索組件均出現了斷裂，其斷裂位置位于導爆索組件的拐彎處，如圖 2和圖 3所示。其中圖 2為斷裂產品涉嫌檢測照片，圖 3為斷裂產品斷裂位置。

所有出現問題的導爆索組件中均存在三處明顯磨痕，主要分布在對接管組件拐角對應位置處、導爆管組件端頭與導爆索組件的接觸處，以及導爆索組件與對接管組件的接觸處。在12發試驗件導爆索組件中，有1發平板試驗件的輔助限位板出現了斷裂，具體情況如圖4所示，其余平板試驗件，在輔助限位板靠近中心螺栓連接處，有不同程度的變形。

圖2 導爆索組件斷裂位置射線無損檢測情況Fig.2 Nondestructive testing of the broken position of the detonating cord assembly

圖3 導爆索組件斷裂位置Fig.3 Schematic diagram of the fracture position of detonating cord assembly

圖4 試驗件輔助限位板Fig.4 Test piece auxiliary limit plate

2 原因分析及確定

2.1 理化檢測分析

通過對導爆索組件斷口位置形貌、導爆管磨損痕跡以及導爆索組件聚乙烯擠塑層硬度測試，得出如下檢測結論：導爆索組件的斷裂模式為疲勞斷裂；不排除導爆索組件經過溫度-濕度-高度試驗后，在尺寸及材料性能方面發生變化所帶來的影響。

2.2 故障樹分析

針對導爆索組件疲勞斷裂問題，結合故障現象分析結果，考慮到低頻沖擊、沖擊和過載等三項試驗時間均較短，不具有產生疲勞試驗的基本條件，因而可以將其排除。建立了以導爆索組件疲勞斷裂問題為頂事件的故障樹[11—13]，共梳理出 8個底事件，如圖5所示。

圖5 故障樹Fig.5 Fault tree

2.3 底事件排查

1）導爆索組件生產質量不合格。影響導爆索組件的質量因素包括人、機、料、法、環、測，因此檢查的工作主要圍繞該六個環節進行。通過檢查發現：人員均持證上崗，技術狀態未作更改；原材料、裝藥等生產條件，以及檢測條件等均未發生變更；擠塑層材料低密度聚乙烯質量合格；導爆索組件外觀、尺寸、性能等檢測數據合格；產品各項性能指標均滿足設計要求，無異常情況。

2）結構件生產質量不合格。經復查，故障批結構件技術狀態未發生改變，工藝參數符合技術要求；原材料經過入廠復驗、力學性能檢測，符合要求；各項成形結構件也驗收合格。為進一步驗證結構間的尺寸是否合格，對驗收的12發結構件尺寸進行復測，未出現不合格產品。

3）試驗件裝配質量不合格。經復查，參與平板試驗件裝配的操作者均持證上崗，且在裝配前進行過多次類似試驗件的裝配；同時，操作者進行過模裝件裝配培訓，熟練掌握裝配要領，而且，裝配過程進行了多媒體記錄，裝配后試驗件亦經 X射線檢查，均未見異常。

4）溫度交變試驗引起聚乙烯擠塑層性能下降。環境試驗中，試驗件經受 28天溫度-濕度-高度的交變試驗，其中高溫為71 ℃，常溫為21 ℃，低溫為-54 ℃。試驗期間，試驗溫度轉化次數為 61次。從兩種狀態的導爆索（一種為已經歷環境試驗的故障導爆索，另一種為未經歷過環境試驗的導爆索）截取一定長度試樣，分別對兩者的聚乙烯擠塑層進行性能測試。結果表明，經過28天溫度-濕度-高度試驗的試樣硬度較未經過該試驗的試樣硬度略高 3%～9%，拉伸強度由 12.5 MPa變為 11.9 MPa，斷裂伸長率由82%減小為76%。又由理論計算可得，該條件下導爆索組件的溫度應力為 1.69 MPa，遠小于聚乙烯擠塑層的拉伸強度 11.9 MPa[14]。由此可見，28天溫度-濕度-高度試驗主要是降低了導爆索組件承受交變應力的疲勞壽命，但尚不能引起導爆索組件的斷裂。

5）輔助限位板剛度不足的影響。在設計上，輔助限位板的作用是為了固定導爆管組件，避免在振動過程中導爆管組件與對接管組件產生錯動位移。如果輔助限位板剛度不足，則在振動試驗過程中，尤其是z向振動條件下，該錯動會引起導爆索組件發生往復運動位移，從而在導爆索組件拐彎處產生交變彎曲應力，在長時間交變應力作用下，有可能導致導爆索組件出現疲勞斷裂。為驗證這一影響因素，試驗通過裝配與故障平板試驗件相同試驗狀態的7根導爆索組件進行試驗，試驗條件亦完全相同，即按驗收振動試驗條件進行試驗，完成三方向振動試驗。試驗中觀察到，在z向振動中導爆管組件存在反復位移情況。試驗后對試驗件進行分解檢查，發現7發試驗件中導爆索組件均存在斷裂，且有3發試驗件的輔助限位板出現疲勞斷裂，故障得到復現。

6）導爆索組件在振動條件下的影響。在溫度循環作用下，經過 28天溫度-濕度-高度試驗后的導爆索組件，其裝配位置已發生變化。即端頭由最初與對接管組件端頭齊平狀態變為縮入對接管組件內的狀態。其作用機理為：在導爆索組件起爆端固定，另一端自由的情況下，由于受到z向振動加速度條件作用，導爆索組件在拐彎處產生交變彎曲應力，極有可能導致導爆索組件出現疲勞斷裂問題的發生。為驗證該故障模式能否發生，進行了相關驗證試驗。采用裝配2發平板試驗件，以及導爆管組件均為壓緊不松動狀態，并使用加強后的輔助限位板（5 mm厚的鋼制輔助限位板），導爆索組件靠近輔助限位板的一端處于自由狀態。2發試驗件先經歷54 h的高低溫（高溫71 ℃，低溫-54 ℃）循環試驗，再進行5 h的z向振動，1 h 的y向和x向振動。試驗后均進行 X射線及分解檢查，發現導爆索組件未斷裂，且兩件試驗件中的導爆索組件拐彎處均未有明顯磨痕。結果表明，導爆索組件自身在振動加速度下產生的交變應力，不足以引起導爆索組件疲勞斷裂[15]。

7）振動輸入條件過大的影響。經12發標準試驗件的振動試驗輸入曲線與設計要求值的比對，確認振動試驗輸入條件均滿足設計要求值，因此，可以判定，振動試驗輸入條件過大導致導爆索組件斷裂的故障模式沒有發生的可能。

8）試驗工裝放大輸入條件導致的影響。經對試驗工裝和試驗曲線進行檢查確認，試驗工裝和裝夾方式狀態合理，不會出現導致振動輸入條件放大的環節。因此，試驗工裝放大輸入條件引起的導爆索組件斷裂的故障現象可以排除。

2.4 斷裂原因的確定

通過故障現象分析及底事件排查，導爆索組件斷裂原因可確定為：平板試驗件在z向振動條件下，由于輔助限位板剛度不足，致使導爆管組件與對接管組件間產生相對位移，帶動導爆索組件往復運動，從而使導爆索組件拐彎處產生交變彎曲應力，長時間作用下導致了疲勞斷裂的出現。

3 斷裂問題的改進措施與有效性驗證

針對導爆索組件斷裂的故障原因，通過限制試驗件中導爆索組件在z向的位移，達到防止導爆索組件斷裂的目的。其改進措施為：將鋼制輔助限位板厚度由1.5 mm增加為5 mm，以提高輔助限位板剛度。

為驗證改進措施是否有效，按改進措施裝配15發試驗件。15發試驗件均按驗收試驗流程及試驗項目進行試驗，并且將z向振動試驗條件加嚴，由1 h增加為2 h，其余試驗條件不變。試驗后經射線檢查和分解檢查，結果表明，所有導爆索組件結構外觀完好，其彎曲段未見磨痕。由此可見，改進措施有效。

4 結論

1）輔助限位板剛度不足，是導致斷裂發生的根本原因，采取增加輔助限位板厚度的措施，可有效阻止斷裂現象的發生。

2）應加強并重視試驗設計，充分考慮試驗工裝對試驗過程和結果的影響，防止因試驗工裝設計考慮不周而對試驗中出現問題的判定造成影響，進而影響產品交付節點的事情發生。

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Fracture Problem of the Detonating Cord Assembly in Environmental Test

YANG San-bin
(Chongqing Military Representative Bureau of Navy Arming, Chongqing 400042, China)

ObjectiveTo analyze the cause for fracture problem of detonating cord assembly.MethodsFlat plate test pieces were used to simulate the state of the actual use, to assess the environmental adaptability and separation function of the detonating cord assembly.ResultsFracture occurred in the detonating cord assembly of all test specimens, and there were three obvious wear scars, and the auxiliary limit plate of 1 tablet test piece fractured.ConclusionThe auxiliary limit board had insufficient stiffness, which led to the fatigue fracture of the detonating cord assembly. Increasing thickness of the auxiliary limit board could effectively improve its rigidity and prevent the fracture problem.

detonating cord assembly; flat-plate state test piece; environmental adaptability; auxiliary limit board stiffness

10.7643/ issn.1672-9242.2016.03.020

TJ430

A

1672-9242(2016)03-0121-05

2016-01-13；

2016-02-29

Received：2016-01-13；Revised：2016-02-29

楊三斌（1968—），男，湖北人，碩士，高級工程師，主要研究方向為火工品質量檢驗監督。

Biography：YANG San-bin (1968—), Male, from Hubei, Master, Senior Engineer, Research focus: quality supervision and inspection for pyrotechnic device.