電火工品瞬態(tài)脈沖試驗的發(fā)展現(xiàn)狀

電火工品瞬態(tài)脈沖試驗的發(fā)展現(xiàn)狀

1瞬態(tài)脈沖試驗通過對電火工品的瞬態(tài)脈沖測試（tpt），是一種驗證產(chǎn)品性能可靠的損傷試驗技術。該技術以單個產(chǎn)品的試驗結果來評價產(chǎn)品質量,和抽樣檢查相比,最大的優(yōu)點是消除了對產(chǎn)品批次發(fā)生誤判的可能。與中子射線、X射線、電阻測量等其它無損檢驗方法相比,瞬態(tài)脈沖試驗是對電火工品發(fā)火過程的動態(tài)模擬,它以產(chǎn)品橋絲藥劑界面作為檢驗對象,是其它無損檢驗法所無法涉及的。20世紀70年代初,美國桑迪亞試驗室的StrasburgAC首先把計算機技術引入瞬態(tài)脈沖試驗,并組成以計算機為中心、采集和處理瞬態(tài)脈沖試驗數(shù)據(jù)的一套完整的設備。隨著電子工業(yè)的發(fā)展,國外對瞬態(tài)脈沖試驗的研究已集中在對產(chǎn)品電熱響應曲線的數(shù)量化處理方面。研究的主要任務是:改革試驗設備,提高可靠性和自動化程度,以橋絲式產(chǎn)品為基礎,研究其它類電火工品的瞬態(tài)脈沖試驗;探索產(chǎn)品熱參數(shù)新的計算方法和分析方法,使其更能代表電熱響應曲線,反映產(chǎn)品的實際性能。本文根據(jù)已收集到的資料,對國內外近年來瞬態(tài)脈沖試驗的發(fā)展狀況作一介紹,并分析現(xiàn)狀,提出發(fā)展趨勢。2無砂膠結充填檢驗瞬態(tài)脈沖試驗是由美國科學家RosenthalLA首次提出的,它的基本原理就是:電火工品橋絲的電阻具有正溫度系數(shù),即電阻隨溫度升高而增大,根據(jù)公式R=R0α(1+αΔΤ),在無損檢驗中,向電火工品通入一個較小的恒定電流脈沖,火工品橋絲兩端就會產(chǎn)生一個電壓信號ΔU=IΔR。再用無損檢測儀測取橋絲兩端電壓增量隨時間變化的曲線,所得的曲線我們稱之為電熱響應曲線。該曲線反映了輸入到橋絲的電能轉變?yōu)闊崃坎⑾蛩巹┥嶙罱K使橋絲與藥劑之間的界面溫度升高的過程,此過程與火工品的發(fā)火過程類似,可以在一定程度上反映電火工品的發(fā)火感度?；赗osenthal集總參數(shù)模型,對所測得的電熱響應曲線進行處理,就可以得出產(chǎn)品的熱參數(shù),從而判定該發(fā)產(chǎn)品的感度。3近年來，非機動脈沖試驗的發(fā)展3.1瞬態(tài)脈沖tpt技術國際上,美國從20世紀50年代末就開始對電雷管的電熱性能進行研究,先后提出過幾種不同的電熱過程數(shù)學模型,其中應用最廣泛的是RosenthalLA于1959年首次提出的集總參數(shù)模型。為了研究測試時電流的大小對測試結果的影響,法國ChretienN等人把橋絲裸露在空氣中,在通入脈沖電流的同時,用紅外顯微鏡直接測量橋絲上的溫度分布,根據(jù)溫升值的需要,可以選擇一個適當大小的電流值。輸入電流信號的類型和寬度對測試結果也有一定的影響,美國SipesWJ的研究表明,任何類型的重復脈沖都可能使橋絲藥劑界面處的溫度升高,從而引起零點漂移,所以在瞬態(tài)脈沖試驗中,輸入信號的類型經(jīng)常采用的是單個矩形脈沖電流。脈沖寬度的選擇既要保證能完整地反映產(chǎn)品的電熱響應曲線,又要使信號在達到穩(wěn)定后不再長時間地加熱產(chǎn)品,以免引起產(chǎn)品變質。為了得出TPT中別的影響因素,國外已有不少科學家進行了這方面的研究。AyresJN等人曾研究過藥劑與橋絲的接觸狀況、藥劑的種類和藥劑的濕度對測試結果的影響。1967年,StresauRH等人對Rosenthal方程進行了相應的改進。他們主要從橋絲方面著手,認為橋絲的長度對集總參數(shù)模型中的集總熱損失系數(shù)有較大的影響,并且從理論上推導出使用長橋絲、短橋絲和中等長度橋絲時的熱損失參數(shù)的計算公式。這些計算公式可以為我們設計火工品過程中提供良好的理論依據(jù)。近年來,美軍又開始研究TPT技術在檢測引信發(fā)火電路中的應用。在1997年的第16次國際炸藥煙火藥會議上,Neyer的文章介紹了對灼熱橋式火工品的加熱過程所進行的數(shù)值模擬。3.2儀器和檢測手段的改進無損檢測在我國起步較晚,80年代初,我國兵器工業(yè)部213所從美國引進了605B熱瞬態(tài)測試儀,并對其進行了技術改進,研制出了我國第一代、第二代瞬態(tài)脈沖試驗儀,他們還進行了大量的實驗研究,取得了一定的成果。其中最有代表性的就是兵器工業(yè)部213所胡學先和張福印領導的研究小組所進行的研究。首先是儀器的研制,在這方面已經(jīng)取得了一定的進展,但儀器還需要改進。近年來,南京理工大學以徐振相為首的研究小組又與胡學先共同研制出了新一代的無損檢驗儀;除了儀器研究外,他們也對測試原理和測試手段進行了不少的研究;另外,他們還對試驗曲線的處理進行了初步的探討,提出了一些曲線處理方法和感度分類方法。213所進行的研究大多局限在電雷管的研制和生產(chǎn)階段的應用,對于庫存彈藥中電雷管的性能檢測以及電引信電路的檢測等方面的研究起步較晚。在國內,也有一些學者對火工品的儲存特性進行了研究,但他們絕大多數(shù)都是采用加速壽命的方法。90年代初,原總后軍械部立項“火箭彈無損檢測技術研究”,專門研究用TPT技術檢測火箭點火系統(tǒng)儲存性能,探討火箭點火系統(tǒng)在儲存中的性能變化規(guī)律及失效判據(jù),分析大量試驗結果得出了以下結論:TPT技術能夠反映火箭彈點火系統(tǒng)在儲存中性能發(fā)生的變化,它能夠進行引信發(fā)火電路的發(fā)火元件、電路銹蝕等各項檢測。另外,對于橋絲的溫升情況,國內也沒有停止研究過。1994年,北京理工大學以汪佩蘭為首的研究小組對灼熱橋式火工品橋溫進行了數(shù)值模擬,但那只是裸露在空氣中的橋絲。4應用范圍和限制4.1完善產(chǎn)品的生產(chǎn)評價技術瞬態(tài)脈沖試驗主要使用在以下幾個方面:(1)作為設計和評價新型電火工品的工具。對于改進了焊接形式或焊接方法的新結構,對于改進了低溫點火性能或增加了散熱能力的新方法,都可用該技術進行改進前后的對比評價,并且在組裝產(chǎn)品之前,可以評價新產(chǎn)品的各個生產(chǎn)階段。(2)可以完善常規(guī)電火工品儲存壽命的分析。產(chǎn)品長期儲存可能會發(fā)生物理化學變化,利用這種技術可以在無損的條件下確定電火工品在儲存期間的變質情況,更重要的是它可以用來確定產(chǎn)品變質的速度。(3)可以作為工廠自動化生產(chǎn)線上的檢驗工具。依靠它,在產(chǎn)品組裝之前,可隨時剔除某工藝過程的疵病,使成品的總廢品率達到最小,相應地提高了產(chǎn)品的質量與可靠度。(4)可以檢查經(jīng)各種環(huán)境試驗后產(chǎn)品變化情況。一種新型產(chǎn)品在定型之前要進行各種環(huán)境試驗,該技術可在每種環(huán)境試驗后無損條件下檢查產(chǎn)品,以確定其是否進入下一個環(huán)境試驗。這樣,用較少的試驗樣品就可以完成產(chǎn)品的環(huán)境試驗評價過程。(5)對宇航事業(yè)需要數(shù)量少而可靠度高的特殊產(chǎn)品,該技術能夠選擇功能最均勻和最可靠的產(chǎn)品。4.2第三,tpt技術中要研究如何將需求與曲線結合起來瞬態(tài)脈沖試驗是無損檢驗電火工品性能的一種有效方法,但是該技術還處于發(fā)展中,有些方面還不夠完善。它仍然處于統(tǒng)計性處理階段,使用過程中有時還會出現(xiàn)個別數(shù)據(jù)偏離現(xiàn)象;對橋絲藥劑界面的某些疵病還無法檢查;對疵病曲線也不能進行定量研究。科學家們通過在產(chǎn)品中預設疵病或發(fā)現(xiàn)不正常響應后解剖產(chǎn)品的方法,已確定了某些界面疵病和響應曲線間的對應關系。但是疵病的嚴重程度如何,試驗無法檢驗;在什么程度響應曲線能夠反應出來;疵病的不同嚴重程度在曲線上的不同反應,還都無法區(qū)別。另外,最重要的是在利用這種技術的基礎上,還沒有找到一個合適的數(shù)據(jù)處理方法。前人經(jīng)驗表明:經(jīng)數(shù)據(jù)處理后所得到的結果與破壞性試驗實測結果差異較大。因此,這也限制了TPT技術的應用與發(fā)展。而且現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理方法只能對所測產(chǎn)品的感度進行分類,還不能根據(jù)每發(fā)產(chǎn)品的無損檢驗測試結果預估該發(fā)產(chǎn)品的性能,對其進行單發(fā)預報。從理論上分析,只要試驗所用的電流脈沖適當大,橋絲有溫升,還是可以得到理想的電熱響應曲線的。但迄今為止,瞬態(tài)脈沖試驗裝置的理論基礎仍然是Rosenthal的集總參數(shù)模型。該模型首先假定橋絲各處的溫度一致,也就是說通過無損檢測得到的橋絲溫度只是橋絲的一個平均溫度,但實際過程中,橋絲的溫度分布并不是如此均勻的。前人的研究告訴我們,橋絲的溫度分布呈現(xiàn)一個正態(tài)分布曲線形狀,中間最高,兩邊對稱。另外這個模型也沒有考慮藥劑的化學反應熱的作用,因為它只是橋絲的溫度變化情況,藥劑的溫升情況并沒有在該模型中反映出來。5電火工品退火感度無損檢驗的應用展望(1)充分結合現(xiàn)有的比較成熟的熱傳導理論,對電火工品的橋絲與藥劑之間的傳熱過程進行分析,從而建立新的模型,以取代現(xiàn)有的Rosenthal集總參數(shù)模型,進而使得數(shù)據(jù)處理結果更結合于實際。(2)結合儀器測試結果與數(shù)值模擬方法,可以對所測產(chǎn)品的電性能進行初步預估。(3)隨著電子技術、計算機技術和新學科的興起,電火工品發(fā)火感度無損檢驗的前途將一片明朗。模糊