一種DNAN基熔鑄炸藥的裝藥工藝探究

朱錦書，朱德運(yùn)，王繼章

(安徽神劍科技股份有限公司技術(shù)保障部，安徽 合肥 230061)

熔鑄炸藥是指將固相顆粒加入到熔態(tài)炸藥中形成熔融態(tài)混合物后進(jìn)行注裝的混合炸藥，是利用熔態(tài)炸藥相變裝換來完成裝藥過程的一種裝藥工藝[1]。

DNAN基熔鑄炸藥作為一種非梯恩梯基鈍感混合炸藥，其相比于TNT基炸藥更加鈍感，使用更加安全[2]，且在炸藥熔鑄過程中的內(nèi)部溫升有限[3]，熱安全性高，具有一定的本質(zhì)安全性。參考TNT基炸藥熔鑄裝藥中易產(chǎn)生的裝藥疵病[4]，包括：氣孔、縮孔、低隙、裂紋等，結(jié)合炸藥的性能與工藝控制，可以確定DNAN基熔鑄炸藥裝藥過程中也會(huì)產(chǎn)生這些裝藥疵病。依據(jù)炸藥爆炸的熱點(diǎn)理論，含有這些疵病的彈藥在使用時(shí)，會(huì)在炸藥內(nèi)形成局部“熱點(diǎn)”，提高戰(zhàn)斗部的感度，造成膛炸概率的提升。

為消除和減少疵病的產(chǎn)生，了解有關(guān)工藝參數(shù)對裝藥質(zhì)量的影響，通過使用某型彈藥所用彈體作為開合彈、實(shí)彈對DNAN基熔鑄炸藥進(jìn)行簡單的裝藥工藝實(shí)驗(yàn)，研究其在不同梯度護(hù)理參數(shù)、攪拌速度及回用藥比例情況下的裝藥變化，以期為裝藥設(shè)計(jì)提供一定幫助。

1 裝藥設(shè)計(jì)

裝藥設(shè)計(jì)為三個(gè)階段：一階段為藥液處理，分為藥塊熔化、藥液保溫與真空處理；二階段為澆注過程，分為彈體預(yù)熱和振動(dòng)注藥；三階段為梯度護(hù)理過程，彈體內(nèi)藥液通過水浴冷卻，由外而內(nèi)，由下而上逐層凝固成型。此外為避免炸藥在凝固時(shí)發(fā)生體積收縮而形成縮孔，還需要使用冒口漏斗來隨時(shí)補(bǔ)充藥液。

2 工藝實(shí)驗(yàn)

2.1 設(shè)備與炸藥

主要設(shè)備包括熱風(fēng)窯、熱風(fēng)裝置、凝固水循環(huán)裝置、振動(dòng)護(hù)理裝置、熔化鍋、注藥鍋等。

炸藥成分包含DNAN和RDX，其中DNAN，化學(xué)名2,4-二硝基苯甲醚，外觀呈黃色針狀，熔點(diǎn)94.6℃，密度1.34 g/cm3，微溶于水，可溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯等有機(jī)溶劑，是一種鈍感熔鑄載體炸藥，具有沖擊波感度低的特性，有一定的呼吸粘膜刺激性，在熔藥過程中會(huì)發(fā)生揮發(fā)，長時(shí)間暴露在DNAN蒸汽環(huán)境中，會(huì)對人員的健康產(chǎn)生不利影響[5]。

2.2 實(shí)驗(yàn)概述

熔藥溫度、保溫溫度等參數(shù)，因其與炸藥性質(zhì)有關(guān)，參考相關(guān)文獻(xiàn)與技術(shù)資料，可以初步確定這些參數(shù)，不再贅述。主要進(jìn)行梯度護(hù)理參數(shù)實(shí)驗(yàn)，了解梯度護(hù)理參數(shù)對裝藥質(zhì)量的影響，并形成滿足裝藥質(zhì)量的基本工藝參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行其他參數(shù)的工藝實(shí)驗(yàn)，研究其它工藝參數(shù)等對裝藥質(zhì)量的影響。

2.3 梯度護(hù)理參數(shù)實(shí)驗(yàn)

進(jìn)行9組實(shí)驗(yàn)，每組均使用開合彈進(jìn)行多發(fā)裝藥，裝藥結(jié)束后，打開開合彈，使用排水法測量藥柱整體密度，考察每組藥柱平均裝藥密度，參見表1。然后破開藥柱觀察內(nèi)部情況，發(fā)現(xiàn)除第8、9組外，其余幾組均有明顯氣孔、縮孔疵病。

表1 不同梯度護(hù)理參數(shù)裝藥藥柱平均密度

表1(續(xù))

由表1可以看出，在電缸運(yùn)行距離為165mm處,電缸運(yùn)行間隔為1/8000 mm/ms時(shí)裝藥藥柱平均密度最大。

故選取第8組梯度護(hù)理參數(shù)進(jìn)行大量開合彈裝藥，并將同一藥柱破成上、下兩部分，分段測量藥柱密度，并按照下式計(jì)算其平均裝藥密度，部分?jǐn)?shù)據(jù)見表2。

從表2可以看出，開合彈平均裝藥密度均大于1.65g/cm3，破開所有實(shí)驗(yàn)藥柱，藥柱內(nèi)未發(fā)現(xiàn)肉眼可見縮孔、氣孔等疵病。

依此參數(shù)進(jìn)行大量實(shí)彈裝藥后進(jìn)行工業(yè)CT檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯縮孔、氣孔、藥柱裂紋、底隙等缺陷，因此可以確定該組參數(shù)可作為基本工藝參數(shù)。

表2 部分開合彈裝藥密度數(shù)據(jù)

2.4 不同攪拌速度的裝藥實(shí)驗(yàn)

在其他基本工藝參數(shù)不變的情況下，改變藥液澆注時(shí)的攪拌速度進(jìn)行3組開合彈裝藥，每組裝開合彈多發(fā)，考察每組藥柱平均裝藥密度及藥柱內(nèi)部疵病情況，參見表3。

表3 不同攪拌速度下開合彈柱裝藥情況

2.5 不同回用藥量的裝藥實(shí)驗(yàn)

在其他工藝參數(shù)均為基本工藝參數(shù)的情況下，回用藥(鍋內(nèi)余藥、冒口藥)經(jīng)過處理后，與新藥(未進(jìn)行熔化的藥塊)以一定的比例混合，進(jìn)行3組開合彈裝藥，每組裝開合彈多發(fā)，考察每組藥柱平均裝藥密度及藥柱內(nèi)部疵病情況，參見表4。

表4 不同回用藥比例情況下開合彈裝藥情況

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)回用藥與新藥比例為5∶5時(shí)，在注藥鍋底層會(huì)有大量固相沉降，沉降層厚度較厚，其表面呈粗沙粒狀，藥液分層明顯，在加快攪拌速度后，沉降沒有明顯改善。此外，熔藥鍋內(nèi)的熱格柵在熔藥后，格柵上也會(huì)出現(xiàn)表面呈粗沙粒狀的藥漿粘附。

3 結(jié)果與分析

3.1 梯度護(hù)理參數(shù)實(shí)驗(yàn)

從表1可以看出，電缸運(yùn)行間隔(冷卻液面上升速度)與電缸運(yùn)行距離(冷卻液面停止位置)對裝藥質(zhì)量有顯著影響。對于液面停止位置，考慮到工藝波動(dòng)，實(shí)際液面停止位置處在定心部和引信室底部之間應(yīng)是較為合理的。若位置過高，由于引信室徑向尺寸較小，室內(nèi)局部藥液會(huì)早于其底部藥液先凝固，影響補(bǔ)縮，可能會(huì)在引信室底部形成縮孔，也會(huì)阻礙彈體內(nèi)氣泡的排出；若位置過低，彈體中上部相當(dāng)于自然冷卻，沒有梯度冷卻效果，裝藥疵病較多，裝藥質(zhì)量較差。

故在液面停止位置確定后，若液面上升速度過快，可能會(huì)導(dǎo)致彈體內(nèi)藥液所含氣泡無法在炸藥凝固前充分排出，從而在凝固的藥柱內(nèi)形成氣孔；或使局部提前凝固，使其底部藥液得不到有效補(bǔ)縮而形成縮孔。而若液面上升速度過慢，一方面梯度護(hù)理效果不理想，另一方面也會(huì)影響整體裝藥速度，拖慢生產(chǎn)效率。

3.2 攪拌速度實(shí)驗(yàn)

從表3的實(shí)驗(yàn)情況可以看出，藥液澆注時(shí)適當(dāng)提高攪拌速度對裝藥質(zhì)量的提升有積極作用。一方面攪拌可以避免局部過熱和降低固相沉降；另一方面可以使藥液混合均勻，藥液變稀，使藥液內(nèi)氣泡可以較易排出，減少氣孔的形成。但是當(dāng)攪拌速度過快時(shí)，會(huì)帶入大量空氣進(jìn)入藥液，反而弱化了藥液的真空處理效果，在其他參數(shù)不變的情況下，彈體內(nèi)藥液所含微小氣泡無法在藥液凝固前從彈體內(nèi)充分排出，從而形成氣孔疵病，進(jìn)而影響裝藥質(zhì)量，因此合理的攪拌速度應(yīng)與實(shí)際熔藥量進(jìn)行匹配，可以采用變速攪拌。

3.3 回用藥量實(shí)驗(yàn)

從表4實(shí)驗(yàn)情況可以看出，使用少量的回用藥對裝藥質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，但是若回用藥使用量過多，會(huì)造成藥塊熔化困難、沉降嚴(yán)重。

而當(dāng)混合炸藥處在熔化狀態(tài)時(shí)，組分內(nèi)固相組分會(huì)發(fā)生沉降，因此在熔藥鍋內(nèi)，當(dāng)藥塊在格柵上熔化時(shí)，固相沉降粘附在格柵上，聚集起來會(huì)形成表面呈粗沙粒狀的難熔藥漿。而在注藥鍋內(nèi)，RDX在共熔體系中的溶解度增加幅度趨緩，溶解度達(dá)到最大[6]，而回用藥內(nèi)往往含有過量的固相RDX，所以此時(shí)進(jìn)行藥液升溫及提高攪拌速度， RDX沉降不會(huì)明顯減少。

4 總結(jié)

通過這些工藝試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)：

裝藥質(zhì)量與平均裝藥密度具有一定相關(guān)性，當(dāng)平均裝藥密度小于1.65g/cm3時(shí)，裝藥質(zhì)量較差，而當(dāng)平均裝藥密度大于1.65g/cm3時(shí)，裝藥質(zhì)量較好。

若通過水浴來進(jìn)行梯度護(hù)理設(shè)計(jì)，需要考慮的主要因素是液面上升速度與液面停止高度，一般來說液面停止的高度位置應(yīng)在引信室位置下方。

攪拌作用雖然可以降低RDX的沉降效果，但是攪拌速度如果過快，會(huì)帶入大量氣泡進(jìn)入藥液，反而會(huì)對裝藥質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。 適量的回用藥使用并不會(huì)影響裝藥質(zhì)量，綜合安全因素與生產(chǎn)效率，回用藥的使用量應(yīng)不超過30%。