沈阳工学院火工品课设一种无起爆药雷管

火工品课程设计说明书
题 目： 设计一种无起爆药雷管
专 业： 特种能源技术与工程 学 号： 11602121
姓 名： Misaya
指导教师： 郝志坚
能源与水利学院
摘要
介绍了一种只采用猛炸药的非起爆药雷管。

通过对影响DDT关键因素的优化试验。

得出了最佳装药条件。

该雷管制造工艺简单，点火可靠，起爆性能稳定，生产和使用安全。

基本上解决了使用起爆药带来的污染和不安全因素。

关键词：非起爆药电雷管点火能量电引火药头
A non primary explosive detonator
Abstract This paper introduces a kind of non primary explosive detonator with high
explosive. By optimizing the test on the factors affecting the DDT key. The optimum conditions were obtained. The detonator is of simple manufacturing process, reliable ignition, ignition and stable performance, safe production and use. Basically solve the explosive polluting and unsafe factors.
目录
摘要 (1)
1 引言 (2)
2 设计方案 (5)
2.1 雷管的爆轰 (5)
2.2 无起爆药雷管的装药对爆轰的影晌 (6)
2.3 太安与黑索今的粉碎 (8)
2.4 点火能量 (9)
2.5 约束条件和装药选择 (9)
2.6 过渡药的选择 (10)
2.7 装药密度的确定 (11)
3 结论 (13)
4 心得体会 (14)
5 参考文献 (15)
1 引言
美国60年代初研制出爆炸金属线雷管到现在已有20多年。

在这期间,由于国防、科技和工业发展的需要,世界各国先后研制出多种无起爆药雷管。

为了帮助我国从事火工研究的人员较全面地了解无起爆药雷管发展的历史和现状,推动我国无起爆药雷管技术的发展,本文对当代世界无起爆药雷管进行初步述评.
19世纪50年代后期,随着导弹技术的发展,为了抗射频和防止静电的需要,对不装起爆药而用爆炸线直接起爆猛炸药的电雷管进行研究,终于在60年代初,在研究爆炸线直接起爆猛炸药的基础上研制出爆炸线电雷管[1]。

它利用施加的高能,使金属线爆炸产生的冲击波直接引起二级炸药(猛炸药,下同)爆轰。

1960年出现红宝石激光器和其它激光器。

1966年美国开始用激光直接起爆猛炸药,60年代后期出现激光雷管。

它提供了一种用低能激光装置直接起爆猛炸药的安全可靠的方法.激光器输出的激光,通过光导纤维后在聚焦玻璃球聚焦,首先引起密度较小的猛炸药六硝基二苯胺钾(KHND)低速爆轰,进而起爆密度较大的猛炸药泰安(FETN),使之高速爆轰。

这种雷管可以抗射频,抗静电,防止意外件电压引起的早爆。

靠桥丝加热或用极间火花激发起爆药爆轰的雷管,容易被意外的低电压引爆,而且由于其起爆药压药密度不一致而难以满足雷管延时精度的要求.高压火花间隙雷管[3]就是为克服这些弊端而研制的.它不装雷管桥丝,是将二级炸药直接压到两极间。

在一定压力范围内,该雷管火花间隙的作用随着炸药密度的增加而增加,使雷管爆轰所需的能量无明显增长。

这与人们通常认识炸药的敏感性随着炸药压力的增加而降低”是矛盾的。

由于找到了对炸药的合适压力,才使该产品得以问世。

以上三种雷管需要高能起爆。

爆炸线雷管,要求配以昂贵笨重的起爆器,激光雷管需要昂贵的激光装置,高压火花间隙雷管至少需要0.06协F的电容器充电到l000V的电压起爆。

三者通常为瞬发管,而且作用时间是微秒级的,只适于军用。

热桥丝型雷管是靠电流通过低电阻桥丝或者通过高达20009电阻的导电混合物产生的热来起爆的,它们通常用蓄电池或充电电容器输出的电压来激发,并且最好用小于100V的电压起爆。

因此,对可能意外发生的电脉冲是敏感的.尽管爆炸线雷管具有良好的抗低压脉冲性能,但提供通常点火用的与其钝感相当的燃烧装置比较困难。

主要因为最钝感的燃烧混合物也表现出热桥丝的特性,而且易受低电压激发.电爆点火器[4]。

的研制成功使这些问题迎刃而解。

其技术关键是选择合适的烟
火剂。

该烟火剂对低电压呈高电阻状态,对高电压呈低电阻状态于是电流通过使烟火剂燃烧,燃烧的热使猛炸药由低速爆轰转为高速爆轰.
2 设计方案
由于影响DDT雷管的因素主要是外壳的约束能力、点火能量、所用药剂的粒度、装药密度等因素。

因此，采用优化试验对该非起爆药电雷管的每个关键因素分别进行实验。

2.1 雷管的爆轰
1.有起爆药雷管的爆轰
普通有起爆药雷管的装药,由起爆药(如DDNP)和炸药柱(如黑索今药柱)组成。

外界因素(如导火索的火焰)首先引爆起爆药,轰。

其爆轰成长过程如图2.1.1所示。

只有起爆药的稳定爆速
D（图2.1.1中m点的爆速)大于炸药柱的临界爆速
D
D。

炸药柱才能被引爆，完成整个雷管的爆轰。

如果8号工业雷管的起爆药是R
DDNP，其稳定爆速为5400秒
米(当假密度为1.3克/厘来³)。

药柱是黑索今,要使雷管爆轰,就必须注意一定的装药条件。

以保证黑索今药柱的临界爆速不大于5400米/秒。

否则即使起爆药爆轰，炸药柱也难以被引爆，雷管出现半爆现象。

2.无起爆药雷管的爆轰
无起爆药雷管由起爆元件和底部的黑索今药柱组成。

起爆元件首先接受外界因素(如引火头的爆燃)的作用。

起爆元件内的炸药由燃烧急剧转为爆轰。

进而引爆底部的黑索今药柱，完成整个雷管的爆轰。

其爆轰成长过程如图2.1.2所示。

同有起爆药雷管一样,只有起爆元件内炸药的爆速
D达到底部黑索今药柱的
D
临界爆速
D,起爆元件才能引爆黑索今药柱,整个雷管方能爆轰。

因此,无起爆药雷R
管的关键技术是采用一定的装药条件,保证起爆元件在外界作用下,可靠的由燃烧转为爆轰,这个爆轰又能稳定发展达到
D,进而引爆底部的黑索今药柱,完成整个雷
D
管的爆轰。

2.2 无起爆药雷管的装药对爆轰的影晌
无起爆药雷管的装药,包括起爆元件内的装药和雷管底部的装药。

起爆元件内的装药性能是一个十分重要的因素,当其他条件相同,只改变装药性能,雷管的爆轰情况就会截然相反。

底部装药对雷管的爆轰影响较小。

1.起爆元件内不同品种的装药对雷管爆轰的影响如表
2.2
表2.1起爆元件内不同品种的装药对雷管爆轰的影响
炸药名称实验数/发爆轰数/发爆轰率%
奥克托今30 0 0
662 30 30 100
(1)利用未经粉碎的太安(粒度较大)装填无起爆药雷管的起爆元件。

当延期药采用硅铁系列,起爆元件内太安药量为175士5毫克,雷管底部装药为450士10毫克黑索今药柱,引爆方式为25发用4.5伏直流电引爆,25发用220伏交流电引爆,试50 发电雷管,全部拒爆。

(2)利用粉碎后的太安装填无起爆药雷管的起爆元件,其他参数均与(1)相同。

雷管爆轰情况如表2.3所示。

表2.2粉碎后太安装填引爆元件的雷管爆轰情况
太安假密度实验数爆轰数爆轰率铅板穿孔径引爆电流（克/l厘米³）（发）（发）% （毫米）（直流伏）
0.311 20 20 100 11.2 4.5
0.315 20 20 100 11.3 4.5
0.316 20 20 100 11.1 4.5
0.329 20 20 100 11.1 4.5
0.344 20 19 95 11.0 4.5
0.349 30 28 93 11.1 4.5
0.354 40 37 92 10.9 4.5
0.357 20 18 90 10.9 4.5
0.362 20 17 85 10.2 4.5
0.368 20 16 80 10.9 4.5
0.372 20 17 85 11.0 4.5
0.374 20 15 75 10.8 4.5
从表2可见,当太安假密度小于0.32克/厘米³.,爆轰率可达100%,假密度大于0.32克/厘米³,爆轰不稳。

雷管的爆轰率与铅板的穿孔径大小基本无关。

太安的假密度大小,表示其粒度(平均粒度)的大小。

在一定范围内假密度越小,其粒度越小。

太安的粒度小,有利于由燃烧转为爆轰,这是粒度小爆轰率高的主要原因。

是否可以认为粒度越小越有利于雷管的爆轰呢?不应该这样简单的认为。

事实上,在一定的装药条件下,粒度大小有一个适当范围。

超越这个范围(过大或过小)都有损于雷管的爆轰。

粒度大小的分布、粒度的形状对雷管的爆轰也有不可忽视的影响。

如果雷管其他参数变化,适用于雷管装药的太安的粒度大小和分布必然要有变化。

(3)整个雷管只装填黑索今,起爆元件内的黑索今粒度不同,雷管的爆轰情况明显不同(见表2.3）。

表2.3黑索今粒度对雷管爆轰的影响
起爆元件内装药实验数（发）爆轰数(发) 爆轰率（%）
未粉碎的粗黑索今50 0 0
粉碎后的细黑索今50 50 100
粗细混合的黑索今30 2 7
2.3 太安与黑索今的粉碎
粉碎太安和黑索今可以采用多种方法。

我们采用球磨粉碎方法。

这种方法简单,安全,经济,比较适用。

球磨后的太安和黑索今除粒度变小外,其他性能(如摩擦感度等)与未球磨的基本相同。

球磨粉碎有关参数如下:
1.球磨罐的大小
据用药量而定。

2.金属球的数量及大小
(1)金属球的数量:
2
2
G∙
=π（2,3）n r d
)4/
(l
式中G—金属球的数量(吨)；
n—装载系数,取”=0.5；
r—球的松散密度(吨/米³)；
d—球磨罐内径(米);
l=L一2h
式中L—球磨罐的长度(米);
h—球磨罐的壁厚(米)。

(2)球的大小:直径3毫米至10毫米。

为了提高碾磨效率和保证安全,应在球磨罐中加入适量的水。

经过碾磨后的太安和黑索今,经烘干后便可用于装填雷管。

2.4 点火能量
点火能量是一个多钟因素综合影响的结果。

主要包括燃烧气体压力、产物分组、火焰温度、持续时间等。

点火能量的大小一点火药的性能密切相关。

其中，燃烧温度高，气体压力低的点火药为低能点火药；而燃烧温度高，气体压力也高的点火要为高能点火药，气特点是高温高压对流点火，点火威力高。

在一定条件下，高能点火药点燃受主装药时，不通过慢速层燃烧，直接进入对流燃烧，在时间和空间上缩短DDT过程。

因此，对于燃烧转爆轰型的非起爆药电雷管，需选用高能点火药。

以缩短雷管的爆轰成长过程。

、燃烧温度本研究工作中采用的点火药条件为：燃烧热1
Q
kj
-mol
5.
∙
907-
c
=(热化学计算)，按一定工艺加工成电点火药头，桥丝电阻为2320
K
T6.
~
4.1，药头质量为12mg~18mg。

Ω
Ω0.2
2.5 约束条件和装药选择
研究发现，对于约束最敏感的阶段是燃烧向爆轰转化的过渡段。

在此阶段，炸药燃烧反应产生的压力比较高，管壳易变形或裂,若产生此情况，将严重影响燃烧转爆轰过程，导致非起爆药电雷管的DDT过程难以实现。

因此，在加强帽或传
爆管的材料选取方面，采用了钢带或覆铜钢带。

首先，采用退火对传爆管的材料进行处理，消除加工过程或材料本身具有的内应力，提高材料的韧性，以保证传爆管在一定的压力作用下变形不破裂；其次，通过增加传爆管的壁厚，提高加强帽的动态承压能力，来维持燃烧向爆轰转变。

增加其长度，确保DDT过程的可靠实现；让药柱形成一定的密度梯度，易于实现燃烧转爆轰，以保证非起爆药电雷管作用可靠。

在研究工作中发现传宝管的输出能力大小，是实现非起爆药电雷管起爆夫人关键技术之一。

本试验用传爆管设计，如图1所示。

根据传爆管装药压药原理，传爆管装配完毕后，其传火孔端炸药的密度总是小于开口端。

特别是在一次装药量大（如300mg）。

压药压力在10Mpa左右时，传火孔断面甚至有肉眼可变的颗粒间隙。

按多孔体系燃烧理论：多孔体系燃烧时，总是出现热气体燃烧产物向孔隙内渗入。

导致凝聚相被加热的范围扩大和孔隙内炸药的体相引燃、扩大燃烧表面，特别是在炸药密度小，含有相当多的相通或不通的空隙时，大孔隙处相对阻力小，高温产物易渗入，体系开始燃烧就出现对流性质，而后出现不稳定或稳定的低速爆轰，最后转化为高速爆轰。

本研究工作设计的非起爆药电雷管装配完毕后，传火孔方向正对着高能电点火药头。

传爆管作用机理符合多孔体系燃烧原理，传爆管内炸药接受电点火药头燃烧产生的能量，实现燃烧转爆轰，完成雷管做功过程。

在实验中，首先固定约束条件，分别将钝化化RDX(钝化剂含量5%左右)、造粒RDX（添加剂3%左右）、纯RDX、60目筛上粒状PETN按一定的药量压入传爆管内，将其装配成电雷管。

一雷管爆炸后\铅板炸孔大小判断雷管的爆炸情况。

结果表明，以纯RDX。

纯化RDX。

造粒RDX装配的传爆管，用电引火药头点不燃。

而用粒状PETN装配的传爆管，电引火药头不但能点燃，而且雷管爆轰后在铅板上的炸孔直径大于雷管外径，表明在该装药条件下，雷管可以实现燃烧转爆轰。

因此选定60目筛上粒状PETN做传爆管装药。

2.6 过渡药的选择
过渡药是实现燃烧转爆轰的关键之一，选择合适的过渡药时实现非起爆药雷管正常的前提。

国家工业雷管标准规定，工业雷管是一RDX为主装炸药。

因此，
本试验设计的电雷管采用钝化RDX做主装炸药，压药压力与常规雷管装配工艺相同，管壳选用覆铜钢壳或钢壳，设计的DDT雷管结构如图2.6所示。

过渡药的品种和装药条件方面。

试验了钝化RDX、造粒RDX、纯RDX、粒装PETN对非起爆药电雷管性能的影响，结果如表2.7.1所示。

试验表明，采用粒状PETTN做过渡药，装配的非起爆药电雷管能实现燃烧转爆轰、雷管全部起爆，满足设计要求。

2.7 装药密度的确定
装药密度是非起爆药电雷管能够完成燃烧转爆轰的关键因素之一。

实验主要考查传爆管内装药密度和过渡药进入传爆管空位的密度对燃烧转爆轰过程的影响。

由于过渡药进入传爆管的密度不易确定，在固定过渡药量的情况下，主要研究传爆管的装药密度对非起爆药电雷管性能的影响。

按设计要求，该非起爆药电雷管传爆装药密度大于过渡药装药密度，药柱直径小于雷管药柱直径，有利于形成DDT。

装药中由于不同的装药量和压药压力将导致装药密度和药柱高度不同。

结果表明，装药密度高、燃烧转爆轰困难，导致非起爆药电雷管半爆的概率升高:装药密度较低时，没有出现半爆现象，结果见表2.4
铅板炸孔直径：取样50发，平均直径为11.1mm标准差为0.42mm。

表2.5可见，采用较低的装药密度，非起爆药电雷管可以很好地实现燃烧转爆轰，起爆性
能全部合格。

表2.4过渡药对非起爆药电雷管性能的影响
序号过渡药名称数量/发起爆药数/发半爆药数/发
1 造粒RDX 5 0 5
2 粒状PETN 50 50 0
3 钝化RDX 5 0 5
4 纯RDX *
5 1 4
注：*造粒后装药
表2.5装药密度对非起爆药电雷管性能影响
序号装药密度3
g数量/发起爆药数/发半爆药数/发
∙cm
/-
1 1.64~1.576 193 185 8
2 1.28~1.46 265 265 0
3 结论
雷管的爆轰,有一个成长过程。

无起爆药雷管的装药性能,严重影响着其爆轰的成长。

当雷管其他参数确定后,适用于这种雷管结构的炸药便相应确定;雷管结构改变,装填雷管的炸药必须相应改变才能保证雷管稳定爆轰。

通过使用高能电点火药头、加长的厚壁传爆管、粒状PETN、较低的装药密度及何时的装配条件，能装配全部是猛炸药的装药的电雷管。

次全猛炸药电雷管性能满足国家有关标准规定，避免了生产和使用敏感的起爆药，消除了生产起爆药生产的废水及重金属污染。

该电雷管制造工艺简单、生产和使用较安全，具有一定的使用性和推广价值。

4 心得体会
两周的火工品课程设计结束了，两周的课设学习，让我体会到了数据之间的严谨与精确，看待问题的角度更加敏锐。

期间也学会了如何查阅文献从中学习获得对自己有帮助的东西。

也深深的体会到了火工品设计的严谨，与安全意识。

最后为那些为我提供大量参考文献的网站及其作者致谢。

5 参考文献
[1]愠寿榕，赵衡阳，爆炸力学[M]，北京：国防工业出版社，2005
[2]牟金磊，朱锡，李海涛，等，炸药水下爆炸能量输出特性研究[J]，
高压物理学报，2010,24（2）：88-92
[3]张立，爆破器材性能与爆炸性能效应测试[M]，合肥：
中国科技大学出版社，2006
[4]张立，水下爆破用ICP压力传感器的动态标定[J].煤矿爆破，1999,46（3）：
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[5]CoLe P.水下爆炸[M].罗耀杰，译，北京：国防工业出版社，1960.
[6]胡企强等，简易飞片无起爆药雷管研究，爆破器材，1994,23（1）：14
[7陈福梅，火工品原理与设计，北京：兵器工业出版社，1990。