某型底火作用失效研究

李便花，潘会平，肖友霖，和海亮，王建庆，张忠心

(1.山西北方晋东化工有限公司，山西 阳泉045000；2.驻阳泉地区军代室，山西 阳泉045000)



某型底火作用失效研究

李便花1，潘会平1，肖友霖2，和海亮1，王建庆1，张忠心1

(1.山西北方晋东化工有限公司，山西 阳泉045000；2.驻阳泉地区军代室，山西 阳泉045000)

常规弹药是现代战争中不可缺少的武器装备之一。随着国际形势的不断变化，国际国内市场的接轨，常规弹药的研制与生产不断创新，对弹药的使用安全性及毁伤性要求越来越严格。火工品是弹药的“心脏”，底火是弹药作用的首发元件。从产品结构设计、原材料性能、原材料存放状态和装配工艺等方面进行分析排查，通过试验验证确定了产品失效原因，提出了有效预防措施，有效消除了由原材料混批造成产品失效的安全技术隐患。

底火；失效；预防措施

火工品是在接收发火指令后，以较小能量激发其内装敏感药剂产生燃烧或爆炸，以其燃烧火焰、爆炸冲击波和高压燃气，实现点火、起爆和做功等预定功能的一次性使用的元器件、装置和系统的总称[1]。火工品是起爆与点火最敏感的始发能源，其功能首发性与作用敏感性决定了它在武器系统中的地位和作用[2]。作为武器系统中的敏感元件，火工品的安全性、可靠性直接影响武器系统的安全性和可靠性。底火是火工品的一类，是在接收武器系统发火指令后，以较小电能或机械能量激发其内装敏感药剂产生燃烧，以其燃烧火焰和高压燃气顺利点燃下一级传火装置的一次性使用的元器件。

1　底火结构

该型底火由底火体、火帽、压环、药盂、闭气盖和密封圈等组成，其结构示意图如图1所示。

图1　底火结构示意图

2　底火作用失效危害

底火自身发火可靠性及点火可靠性决定着武器系统能否正常完成使命。底火正常燃烧，可顺利点燃武器系统的下一级传火装置，给弹丸提供正常起始飞行的动力，如出现作用失效，就会有意想不到的后果：如果底火失效未点燃下一级传火装置，弹丸就会出现留膛；如果底火燃烧勉强点燃下一级传火装置，有可能存在点燃下一级传火装置时点火能力或方式有缺陷，使下一级传火装置燃烧出现偏差，使弹丸起始飞行不稳定或弹丸出炮口速度降低，导致弹丸射程达不到指标要求，形成射击及飞行安全隐患。

3　故障现象

该产品在弹道炮上进行强度试验时，击发装置击发产品后，模拟弹炮筒内强装药未作用，压力测试系统未检测到压力数据，试验停止10min后，将模拟弹从炮管里取出，将底火及陪试品(传火管)从模拟弹上拆解，发现陪试品(传火管)未作用，与底火连接处有熏黑现象，底火已发火作用；但闭气盖未被冲开，底火收口部开裂。故障样品如图2所示，正常作用样品如图3所示。

图2　闭气盖未被冲开样品　图3　正常产品发火后样品

4　分析

4.1药剂

药盂中装填的药剂为底火类产品通用点火药剂，如果药剂药量超出规定范围上限，点火能量就会加大，对底火收口部位的压力增加，对故障批产品随机抽取20发进行药盂药量检测，药量在(m1-0.005)～(m1+0.005)g(产品图样规定为(m1±0.02)g)，水分分析结果为0.5%(产品图样规定为≤1%)，药剂成分分析结果符合药剂制造与验收规范中的配比要求，无异常现象。另外，该批底火用点火药剂同时装配于其他型底火产品中，通过产品200发的各种性能试验验证，全部符合要求。

4.2闭气盖

从产品设计分析，该底火闭气盖压痕厚度要求为(δ1-0.02)～(δ1+0.05)mm，底火体收口部位壁厚尺寸为(δ2-0.13)～(δ2+0.10)mm，δ2是δ1的十几倍，闭气盖压痕厚度是产品设计的薄弱点，是点火压力释放的最佳位置。由于闭气盖生产加工为关键工序，对厚度进行100%普验，对故障批用闭气盖进行质量追溯。闭气盖厚度检测原始记录为(δ1-0.01)～(δ1+0.04)mm，随机抽取故障批产品20发解剖后对闭气盖压痕厚度进行检测，尺寸为(δ1-0.01)～(δ1+0.03)mm，符合产品图样技术要求，未见异常。

4.3底火体

从故障样品分析，有可能是底火体收口部位壁厚尺寸((δ2-0.13)～(δ2+0.10)mm)发生超差，使其成为产品薄弱点。对故障批剩余底火体抽取50发，进行收口处尺寸检测，检测尺寸为(δ2-0.09)～(δ2+0.05)mm，全部符合产品图样技术要求，未见异常。

4.4底火收口不严

根据产品结构分析，如果底火收口不严，密封圈、闭气盖与收口处就会有缝隙，产品发火后，火药气体会沿着缝隙进行压力释放，以减轻对底火体收口部位的损伤。对故障批产品重新进行了100%外观质量检验，未发现底火收口不严现象。

4.5底火体用原材料

该型底火用底火体原材料为H62Y2黄铜棒，原材料经机械加工、表面处理工序后，转装配分厂进行装配。产品出现故障后，故障样品及正常样品的金相组织如图4和图5所示。根据收口部金相组织分析，有可能是原材料的料头、料尾以及料中间质量一致性有差异。

图4　开裂底火的收口部金相组织

图5　未开裂底火的收口部的金相组织

4.5.1H62Y2黄铜棒

H62Y2黄铜棒回厂后要进行入厂检验，查检验记录，无异常。如果原材料料头、料尾以及料中间质量存在较大差异，尤其在收口部位出现内部组织疏松现象时，会对产品性能有影响。对库存的H62Y2黄铜棒随机抽取样品进行检测，结果见表1。

表1　库存H62Y2黄铜棒不同部位力学性能检测结果

由表1可知，H62Y2黄铜棒质量无异常。

4.5.2底火体原材料存放

当产品出现故障后，对故障样品及正常样品进行原材料质谱分析(见图6和图7)。根据对故障样品及正常样品的金相组织及原材料质谱分析结果可知，该故障批产品底火体用原材料中有2种不同的材料，有可能出现材料混批现象。

图6　开裂底火底火体材料成份质谱分析

图7　未开裂底火底火体材料成份质谱分析

对所有产品原材料目录进行查阅，零部件用铜棒加工的原材料牌号为H62Y2黄铜棒、H68黄铜棒以及HPb59-1Y2铅黄铜棒等3种。H68黄铜棒的尺寸规格为φ24mm，H62Y2黄铜棒和HPb59-1Y2铅黄铜棒的尺寸规格均为φ18mm。

1)对入库的原材料存放地进行排查。发现H62Y2黄铜棒和HPb59-1Y2铅黄铜棒存放在同一货架中，而且是上下货格。从外观上看，2种原材料没有区别，如果取货人不认真仔细对货签进行辩识，2种原材料就会存在取错的可能性。

2)对底火体生产分厂进行排查。从生产计划及记录中发现φ18mm的HPb59-1Y2铅黄铜棒只在前一年时领用，且加工的零件为传火件，结构与底火体相差甚远，剩余的材料已全部做了退库处理，φ18mm的H62Y2黄铜棒是该故障批底火体生产时直接从库房领用；因此，在零件加工工序不会出现材料混批现象。

4.5.3原材料分析

根据原材料排查结果，对故障批底火体用原材料进行了成分确认，结果见表2。

表2　底火体用原材料成分对比分析结果

由表2可知，故障批底火体材料确实出现了φ18mm的H62Y2黄铜棒和φ18mm的HPb59-1Y2铅黄铜棒混批现象。对库存的H62Y2黄铜棒与HPb59-1Y2铅黄铜棒2种原材料随机抽样进行了力学性能对比，结果见表3。

表3　力学性能对比检测结果

由表3可知，H62Y2黄铜棒与HPb59-1Y2铅黄铜棒的成分含量有差异。HPb59-1Y2铅黄铜棒较H62Y2黄铜棒抗拉强度高，伸长率低，表现为韧性差，延展性不好，底火体装配完成后要收口，材料在模具作用下发生弯曲变形。HPb59-1Y2铅黄铜棒材料在收口时虽未出现裂纹，但材质已受到损伤，形成薄弱点，H62Y2黄铜棒材料因伸长率高，延展性好，在产品收口时只是发生了形变，未对材料内结构产生影响；因此在产品发火同样的压力作用下，底火体为HPb59-1Y2铅黄铜棒的产品收口部位开裂，点火压力分散，导致没有足够的点火能量点燃下一级传火装置。

5　验证试验

1)取H62Y2黄铜棒材料不同部位(料头、料尾和料中间)加工成底火体各32件，装配成成品进行发火试验，试验结果未出现故障样品现象，闭气盖全部打开，符合产品性能的要求。

2)取H62Y2黄铜棒材料及HPb59-1Y2铅黄铜棒材料加工成底火体各32件，装配成成品进行发火对比试验，试验结果为32发HPb59-1Y2铅黄铜棒材料的产品收口部全部有大小不等的裂纹，其中有24发与故障样品相同，H62Y2黄铜棒材料的产品全部符合要求。

6　结语

通过上述分析，可以得出如下结论。

1)该故障是由于底火体误用抗拉强度高，伸长率低的HPb59-1Y2铅黄铜棒材料，因材料韧性差，延展性不好，底火体收口时，在模具作用下易发生弯曲变形，材质受损，形成薄弱点。在产品发火压力作用下，收口部位开裂，点火压力分散，导致没有足够的点火能量点燃下一级传火装置。

2)细节决定成败。原材料是所有产品的基础，基础出现差错，后果不堪设想；因此，对原材料的管理要细致，外观不容易分辨的不同品种的原材料应分排分架放置，标识清晰，原材料出入库应实时进行记录。

3)原材料提货、防护、运输和取放应进行严格控制，不能将2种同规格、不同材质且从外观上比较难分辨的原材料进行同时搬运。

[1] 王凯民. 军用火工品设计技术[M]. 北京：国防工业出版社，2006.

[2] 李便花，潘会平，孔俊峰，等.某型电点火具结构设计与工艺改进研究[J].新技术新工艺，2014(10)：59-61.

责任编辑马彤

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，研究员级高级工程师，主要从事工艺技术研究与生产工艺技术管理工作。