刘大维  杨敏会  徐秀焕  徐德成
                                                           (葛洲坝易普力股份有限公司，重庆，401121)
摘要：小文通过试验对比了测试方法不同对测试数据的影响，并研究了被测药卷的密度和温度对测试数据的影响，分析了炸药性能测试数据不稳定的可能原因。结果表明，爆速数据波动的主要原因是炸药质量，殉爆数据波动的主要原因是炸药质量和药卷温度，猛度数据异常的主要原因是人为操作。同时对现有的测试方法提出了改进意见。
关键词：乳化炸约；性能测试；猛度测试
炸药性能常规检测项目包括爆速、殉爆及猛度等。炸药性能测试数据保持稳定，是产品质量的保证。某公司进行炸药性能测试试验，在测试结果中发现，爆速单组数据相差200～2000m／s，部分同批次药卷储存期长的殉爆距离比储存期短的大。另外，猛度数据缺乏规律性。
本文将从测试方法人手，分析测试方法的差异以及被测药卷的密度及温度对测试数据的影响，从而推断可能原因。
2测试方法对测试数据的影响
2．1现用爆速和殉爆测试方法对测试数据的影响
该公司爆速测试与殉爆测试同时进行，以减少药卷消耗及工作量。探针两根导线的开路端并没有每次都折向爆轰波传播方向，可能会造成对测试信号的干扰。殉爆时没有去掉主爆药卷的窝口，所产生的聚能效应可能影响炸药殉爆的稳定性能。测试时雷管插入药卷的深度不一，也可能对爆速测试结果造成影响。为研究以上影响操作对爆速与殉爆测试结果的影响，我们开展了以下实验工作。
爆速测试参考《工业炸药爆速测定方法》(GB／T 13228—1991)，殉爆参考《工业炸药密度、水分、殉爆距离的测定》(MT／T 932—2005)。选取新生产的YR型乳化炸药药卷，截去端口与窝口，同时选取不同的雷管插入深度，并保证雷管底部到第一靶探针距离大于8cm，尾部探针离端口3cm，殉爆药卷头部去掉5cm左右。与同批次药卷采用现用测试方法作对比，数据列于表1。
                          
试验结果表明，雷管插入深度对爆速测试没有明显影响。测试时，探针与雷管底部之间的距离保证大于药卷两倍直径以上(7～8cm)，爆轰波成长较好，确保探针所接受的爆轰波是稳定的爆轰波，对爆速的影响较小^[1]。爆速数据较稳定，还与截取药卷的开口端有关系，药卷开口端的装药密度较小，且各药卷装药情况不一，炸药被引爆后，爆轰波到达第一靶的强度不一，即使爆速测试的位置一致，爆速也会有较大的不同。截去部分药卷后，炸药的殉爆有一定的下降，原因是主爆药药量减少和没有窝口的聚能效应。
2．2  现用猛度测试方法对测试的影响及方法改进
现用的方法是手工装药，由于操作员的力度把握、力度方向控制都各不相同，因而制作出来的药柱密度分布不均匀，甚至没压实，药柱高度有偏差，致使试验后被压缩的铅柱产生较大的倾斜。倾斜较大的铅柱对数据的采集和数据的可靠性都有较大影响。猛度数据因而缺乏规律性。
对现有的粉状炸药用模具进行改造，木棒代替冲头，做42mm的刻度线，木棒推至刻度线与套筒上边缘齐平。将药柱放入模具中压制成型。参考《炸药猛度试验  铅柱压缩法》(GB12440一1990)测试样品猛度，选用的药卷是1．10YR型(“1．10”为批次，下同)乳化炸药，药温9℃。试验数据见表2。
                         
从数据中看出，单个猛度测试的数据标准差小于1mm，极差分别为1．28mm、1．60mm、1．06mm，偏差小于2mm。猛度数据一致性较高。
为此，我们对测试模具进行了改进，内垫由硬纸片组成12mm垫片，垫片使用前需压实。将冲头打磨成直径38．50～39．00mm，避免对纸筒的刮擦。模具冲头30mm，模具套筒79mm，如图1所示。
                                                            
图1  修改后的模具组件
选取同样的药体做猛度测试，通过对比猛度值，考察模具压药会不会对药体的性能产生影响。
选取6支新生产的YR型乳化炸药药卷，质量为200g±2．5g。剥开药卷选取距尾部6cm的药体，用模具压装药柱。药柱质量50g，高37～38mm，同时采用手工装药，药柱质量50g，高38～39mm。药柱直径均为39mm。1号、2号、3号样品用模具压制，4号、5号、6号样品为手工装药。测试数据见表3。
                          
①3号铅柱倾斜了2mm，数据偏差比较大，在计算平均值时，排除了这组数据。
表中3号数据偏差较大，主要是由于冲头与纸筒之间的摩擦较大，冲头下压时，将纸卷下，纸出现褶皱，造成压药不均匀。从表3中数据可知，模具压装的约卷密度要比手工装药大，密度分布在1．18～1．11g／cm³之间，跨度较大，炸药的猛度试验都成功，且在这个范围内炸药的猛度随着密度增加而增加。人为控制下压深度时，猛度数据有较大的变化。
若药体的性能变化较小，对猛度测试影响最大的是药柱制作。现将冲头的直径打磨到38~38．50mm，避免与纸筒的刮擦。通过制作猛度测试用药柱，对比药柱的密度。选取200g士2g、20℃左右的YR型乳化炸药药卷作为实验对象。将药卷剥开，截取距窝口长约6cm、重约50g 药体^[4]，用排水法测量其密度为1．14~1．15/cm³。截取其他药卷的同样位置，放人纸筒中，压制成为直径39mm的药柱。剥开纸筒后，测量药柱的高度并计算密度，观察药柱的外观。统计数据见表4。
                        
操作员1操作时直接将纸筒中的药柱压制到不能压缩。操作员2先将药柱用粗锉刀压到纸筒的死角，再用纸筒压制药柱到不能压缩。4号、7号、8号三个药柱由模具压制而成。、2号、3号药柱为操作员l制作，5号、6号药柱为操作员2制作  外观如图2所示。
                           
从图2可知，没有采用模具压制的药柱，底部中间凸出，药柱的上面硬纸片倾斜，药性整体倾斜。3号药柱药体装药并不饱满，制作效果差。而采用模具压制药柱，开始制作时药柱的底面和上面也是不平整的。随后发现原因是模具老化，造成套筒的垫片倾斜，受力小均，药面倾斜。换用另外一个模具，压制出8号药柱，药柱的平整性得到改善。
根据表4的数据可知，平均高度为35mm的药柱密度过大，密度增大了 0．05g/cm³左右，炸药的部分气泡可能被挤压逃逸。平均高度为36mm的药柱密度约增大了0．0l/cm³，炸药的密度变化较小，对炸药的整体性能改变较小。
模具压制成的36mm的药柱与炸药药卷密度接近，且外观要比手工制作的更规整。猛度测试时，压缩后的铅柱倾斜度较小。单个操作员手工装药的高度虽然只有1mm的差别，但是炸药密度会改变0．04g/cm³左右。1mm的偏差造成的猛度变化超过1mm。且炸药的气泡损失后，测试数据不是炸药性能真实体现。另外，从表3、表4数据中可知，操作员对炸药的密度很难控制，密度的随机性增大，猛度的结果随机性必然增大，数据的参考价值存疑。
3药卷密度、温度对测试的影响
3．1药卷密度对测试的影响
药卷密度不一，对爆速也会造成影响。取同批次质量分别为18lg、191 g、194g的药卷，测试的密度分别为1．057g／cm³、1．130g/cm³和1．134g/cm³，爆速分别为4673m／s、5155m／s、和4808m／s，爆速最大相差约500m/s，相差较大。这次试验取样量较小，只做定性的解释。药卷密度波动，相应的爆速数据也是波动的^[2]。
3．2药卷温度对测试的影响
选取1．10YJ型乳化炸药和1．07EJ型乳化炸药各三组，置于25℃烘箱中，烘4．5h，药卷温度为24℃。与在室温5．5℃、药卷5．5℃条件下获得的数据对比，数据列于表5。
                         
表5中数据表明，药温5．5℃的1．10YJ型乳化炸药做性能测试试验时，有一发主爆药柱爆速测试失败。在未爆完药柱爆轰波停止的位置发现有较厚的压缩区，剥开药卷发现有部分地方出现泛白。表1采用YR型乳化炸药做殉爆试验时有一个失败，被压缩的部分很薄，不超过3mm。可知，YJ型乳化炸药测试中药卷在爆轰波的压缩下失效，该药卷的装药密度过大^[3]。而前述YR型乳化炸药的原因是殉爆距离较大，殉爆药获得的能量不足，爆轰波衰减造成的^[4]。随后在同一批中重新取样，爆速恢复正常，殉爆出现一个失败。温度较低(5．5℃)时炸药的殉爆试验数据有较大的下降。通过升温(24℃)，殉爆数值恢复了，但是EJ型乳化炸药的爆速仍然有一定的波动。
雷管起爆形成的冲击波使得炸药起爆。由于雷管起爆产生的能量足够大，能够克服低温条件下炸药的能垒，达到起爆炸药的目的。当药体温度降低，根据理想气体状态方程，气泡的尺寸会变小(减少有效气泡量)，会消耗更多爆轰波的能量，这也是YJ型乳化炸药低温条件下爆速失败的可能原因之一。主爆药起爆以后，冲击波需要经过空气介质传播，到达殉爆药端，引爆殉爆药。距离越远，到达殉爆药端的能量越小，药卷越冷，需要的能量也越高。因此造成了相同距离不同温度殉爆试验，低温的成功率小。即低温情况下，炸药的殉爆会减小^[5]。
3．3其他原因
爆速波动的测试方面的原因有：操作员在穿探针的时候，先穿一靶探针，而这个探针的位置仅凭视觉定，另一靶是参照前一靶穿，如果第一靶出现倾斜(不平行或不经过药柱中心)， 第二靶也会出现同样问题。穿探针的时候，针头较粗(生锈的针头直径达到1．10mm)，每一靶的偏差都超过lmm，造成爆速±200m／s(选取5000m／s计算)左右的偏差。
其他可能的原因还有爆速仪的灵敏度等。
4结果讨论
(1)试验结果表明，控制雷管底部与第一靶之间的距离，雷管插入的深度对爆速测试影响较小。药量减少，取消窝口，都会降低炸药的殉爆性能。
(2)采用模具制作猛度测试用药柱，药柱成型效果较好，一致性较好，并能较好地反应炸药的真实性能。药卷装药密度波动会造成爆速测试数据不稳定。药卷的温度较低时，殉爆试验成功率偏低。
(3)近期的YJ副和EJ型乳化炸药采用试生产，量少(2t)，炸药密度等在生产中都在调整，且装药机老化，药卷的质量有较大波动，因此炸药的性能不稳定。
因此推测，爆速波动的主要原因是炸药质量，殉爆波动的主要原因是炸药质量和药卷温度，猛度异常的主要原因是炸药质量和人为操作。
5测试问题总结与改进意见
操作员测试性能时，并没有完全按照标准操作，造成一定的人为偏差。依据测试标准，我们总结了测试时操作员操作不规范之处，并对测试提出改进意见。
5．1测试主要问题
(1)爆速测试：探针的插入不准确，两根探针不平行；探针开路端未做到每次都朝向药卷的窝口端；靶线没有放置在爆轰波前进方向的前端；炸药的开口端药卷并未切除。
(2)殉爆测试：殉爆药的开口端有时会出现未装满的情况，试验时若未发现，将为殉爆测试增加人为误差；沟槽深度深浅不一；不同组操作员对砂层处理方式不一，这使得测试时，药卷的约束条件不一致，对殉爆和爆速的测试都有一定的影响^[4]；药卷的窝口一般为1cm。殉爆距离测量时，直接测量主爆药卷的窝口到殉爆药卷端口的距离不准确。
(3)猛度测试：手工操作存在力度控制、方向控制不准确等问题，造成药柱密度不一，高度不一；当铅柱倾斜较大时，数据可靠性存疑；不同操作员对倾斜的铅柱测量选择不同；不同操作员雷管插入深度不同。
5．2测试改进意见
(1)爆速测试：更换新针头，每次用完针头后擦干净放入油中防锈；指导操作员，将探针伸出部分折向药卷的尾部，探针连接线部分可压在药柱下面；切除主爆药和殉爆药的开口端部分，并保证殉爆药比主爆药长；为方便穿针并选取药卷固定位置，设计一个固定药卷的钢制半圆形槽，直径33mm，长40mm，在槽边缘设置两个0．5mm小沟，相距50mm±O．02mm；采用两根探针同时穿线，保证探针相对位置的准确度。
(2)殉爆测试：切除主爆药和殉爆药的开口端部分，并保证殉爆药比主爆药长；测量殉爆距离时，从主爆药的尾部到殉爆药的开口端，将尺寸增加1cm，如测距7cm，实际为8cm：试验的砂层只需要整平，不需要压实；设置沟槽时，只需形成半圆形沟槽即可；推荐使用悬空法做殉爆试验^[6]。
(3)猛度测试：采用改进模具压制药柱的方法做猛度测试试验，需要注意的是，先测炸药的密度(推荐使用排水法)，再根据炸药的密度调整模具中垫片的厚度(目前采用的是12mm垫片，对应的药柱是36mm，药柱密度为1．163g／cm³)；为保证炸药充满纸筒，压药密度要比炸药的密度略大，避免密度增加太多，气泡逃逸；取样时，尽量取药卷中段；乳化炸药质地柔软，冲头可依靠重力作用，压药时只需轻推即可压制成型；模具的冲头较纸筒小，冲头直径比纸筒直径小1～1．5mm，可保证冲头进出方便，下滑时不会刮擦纸筒。雷管插入深度可调整为12～13mm^[7]，每次试验需固定为某一个值，以保证数据的平行性。
参考文献
[1]黄寅生．炸药理论[M]．北京：兵器工业出版社，2009．
[2]宋锦全，熊代余，汪扬．乳化炸药密度对其冲击波感度的影响[J]．工程爆破，2003，9(3)：62~65．
[3]段宝福，汪旭光，宋锦泉．装填密度对乳化粉状炸药燃烧转爆轰敏感性的影响[J]．有色金属， 2003，55(4)：150～152．
[4]汪旭光．乳化炸药[M]．2版．北京：冶金工业出版社，2008．
[5]  Bourne N K，Field J E．Bubble collapse and the inittiation of explosion[J]．Proceedings of the Royal Society  A：Mathematical physical& engineering sciences．199l，1894：423～435．
[6]李仕洪．浅谈工业炸药殉爆距离试验方法的改进[J]．爆破器材，2005：13～14，16．
[7]朱时清．乳化炸药猛度测试[J]．爆破器材，1983：37~39．
摘自《中国爆破新进展》