电火工品瞬态脉冲试验的发展现状

电火工品瞬态脉冲试验的发展现状

1瞬态脉冲试验通过对电火工品的瞬态脉冲测试（tpt），是一种验证产品性能可靠的损伤试验技术。该技术以单个产品的试验结果来评价产品质量,和抽样检查相比,最大的优点是消除了对产品批次发生误判的可能。与中子射线、X射线、电阻测量等其它无损检验方法相比,瞬态脉冲试验是对电火工品发火过程的动态模拟,它以产品桥丝药剂界面作为检验对象,是其它无损检验法所无法涉及的。20世纪70年代初,美国桑迪亚试验室的StrasburgAC首先把计算机技术引入瞬态脉冲试验,并组成以计算机为中心、采集和处理瞬态脉冲试验数据的一套完整的设备。随着电子工业的发展,国外对瞬态脉冲试验的研究已集中在对产品电热响应曲线的数量化处理方面。研究的主要任务是:改革试验设备,提高可靠性和自动化程度,以桥丝式产品为基础,研究其它类电火工品的瞬态脉冲试验;探索产品热参数新的计算方法和分析方法,使其更能代表电热响应曲线,反映产品的实际性能。本文根据已收集到的资料,对国内外近年来瞬态脉冲试验的发展状况作一介绍,并分析现状,提出发展趋势。2无砂胶结充填检验瞬态脉冲试验是由美国科学家RosenthalLA首次提出的,它的基本原理就是:电火工品桥丝的电阻具有正温度系数,即电阻随温度升高而增大,根据公式R=R0α(1+αΔΤ),在无损检验中,向电火工品通入一个较小的恒定电流脉冲,火工品桥丝两端就会产生一个电压信号ΔU=IΔR。再用无损检测仪测取桥丝两端电压增量随时间变化的曲线,所得的曲线我们称之为电热响应曲线。该曲线反映了输入到桥丝的电能转变为热量并向药剂散热最终使桥丝与药剂之间的界面温度升高的过程,此过程与火工品的发火过程类似,可以在一定程度上反映电火工品的发火感度。基于Rosenthal集总参数模型,对所测得的电热响应曲线进行处理,就可以得出产品的热参数,从而判定该发产品的感度。3近年来，非机动脉冲试验的发展3.1瞬态脉冲tpt技术国际上,美国从20世纪50年代末就开始对电雷管的电热性能进行研究,先后提出过几种不同的电热过程数学模型,其中应用最广泛的是RosenthalLA于1959年首次提出的集总参数模型。为了研究测试时电流的大小对测试结果的影响,法国ChretienN等人把桥丝裸露在空气中,在通入脉冲电流的同时,用红外显微镜直接测量桥丝上的温度分布,根据温升值的需要,可以选择一个适当大小的电流值。输入电流信号的类型和宽度对测试结果也有一定的影响,美国SipesWJ的研究表明,任何类型的重复脉冲都可能使桥丝药剂界面处的温度升高,从而引起零点漂移,所以在瞬态脉冲试验中,输入信号的类型经常采用的是单个矩形脉冲电流。脉冲宽度的选择既要保证能完整地反映产品的电热响应曲线,又要使信号在达到稳定后不再长时间地加热产品,以免引起产品变质。为了得出TPT中别的影响因素,国外已有不少科学家进行了这方面的研究。AyresJN等人曾研究过药剂与桥丝的接触状况、药剂的种类和药剂的湿度对测试结果的影响。1967年,StresauRH等人对Rosenthal方程进行了相应的改进。他们主要从桥丝方面着手,认为桥丝的长度对集总参数模型中的集总热损失系数有较大的影响,并且从理论上推导出使用长桥丝、短桥丝和中等长度桥丝时的热损失参数的计算公式。这些计算公式可以为我们设计火工品过程中提供良好的理论依据。近年来,美军又开始研究TPT技术在检测引信发火电路中的应用。在1997年的第16次国际炸药烟火药会议上,Neyer的文章介绍了对灼热桥式火工品的加热过程所进行的数值模拟。3.2仪器和检测手段的改进无损检测在我国起步较晚,80年代初,我国兵器工业部213所从美国引进了605B热瞬态测试仪,并对其进行了技术改进,研制出了我国第一代、第二代瞬态脉冲试验仪,他们还进行了大量的实验研究,取得了一定的成果。其中最有代表性的就是兵器工业部213所胡学先和张福印领导的研究小组所进行的研究。首先是仪器的研制,在这方面已经取得了一定的进展,但仪器还需要改进。近年来,南京理工大学以徐振相为首的研究小组又与胡学先共同研制出了新一代的无损检验仪;除了仪器研究外,他们也对测试原理和测试手段进行了不少的研究;另外,他们还对试验曲线的处理进行了初步的探讨,提出了一些曲线处理方法和感度分类方法。213所进行的研究大多局限在电雷管的研制和生产阶段的应用,对于库存弹药中电雷管的性能检测以及电引信电路的检测等方面的研究起步较晚。在国内,也有一些学者对火工品的储存特性进行了研究,但他们绝大多数都是采用加速寿命的方法。90年代初,原总后军械部立项“火箭弹无损检测技术研究”,专门研究用TPT技术检测火箭点火系统储存性能,探讨火箭点火系统在储存中的性能变化规律及失效判据,分析大量试验结果得出了以下结论:TPT技术能够反映火箭弹点火系统在储存中性能发生的变化,它能够进行引信发火电路的发火元件、电路锈蚀等各项检测。另外,对于桥丝的温升情况,国内也没有停止研究过。1994年,北京理工大学以汪佩兰为首的研究小组对灼热桥式火工品桥温进行了数值模拟,但那只是裸露在空气中的桥丝。4应用范围和限制4.1完善产品的生产评价技术瞬态脉冲试验主要使用在以下几个方面:(1)作为设计和评价新型电火工品的工具。对于改进了焊接形式或焊接方法的新结构,对于改进了低温点火性能或增加了散热能力的新方法,都可用该技术进行改进前后的对比评价,并且在组装产品之前,可以评价新产品的各个生产阶段。(2)可以完善常规电火工品储存寿命的分析。产品长期储存可能会发生物理化学变化,利用这种技术可以在无损的条件下确定电火工品在储存期间的变质情况,更重要的是它可以用来确定产品变质的速度。(3)可以作为工厂自动化生产线上的检验工具。依靠它,在产品组装之前,可随时剔除某工艺过程的疵病,使成品的总废品率达到最小,相应地提高了产品的质量与可靠度。(4)可以检查经各种环境试验后产品变化情况。一种新型产品在定型之前要进行各种环境试验,该技术可在每种环境试验后无损条件下检查产品,以确定其是否进入下一个环境试验。这样,用较少的试验样品就可以完成产品的环境试验评价过程。(5)对宇航事业需要数量少而可靠度高的特殊产品,该技术能够选择功能最均匀和最可靠的产品。4.2第三,tpt技术中要研究如何将需求与曲线结合起来瞬态脉冲试验是无损检验电火工品性能的一种有效方法,但是该技术还处于发展中,有些方面还不够完善。它仍然处于统计性处理阶段,使用过程中有时还会出现个别数据偏离现象;对桥丝药剂界面的某些疵病还无法检查;对疵病曲线也不能进行定量研究。科学家们通过在产品中预设疵病或发现不正常响应后解剖产品的方法,已确定了某些界面疵病和响应曲线间的对应关系。但是疵病的严重程度如何,试验无法检验;在什么程度响应曲线能够反应出来;疵病的不同严重程度在曲线上的不同反应,还都无法区别。另外,最重要的是在利用这种技术的基础上,还没有找到一个合适的数据处理方法。前人经验表明:经数据处理后所得到的结果与破坏性试验实测结果差异较大。因此,这也限制了TPT技术的应用与发展。而且现有的数据处理方法只能对所测产品的感度进行分类,还不能根据每发产品的无损检验测试结果预估该发产品的性能,对其进行单发预报。从理论上分析,只要试验所用的电流脉冲适当大,桥丝有温升,还是可以得到理想的电热响应曲线的。但迄今为止,瞬态脉冲试验装置的理论基础仍然是Rosenthal的集总参数模型。该模型首先假定桥丝各处的温度一致,也就是说通过无损检测得到的桥丝温度只是桥丝的一个平均温度,但实际过程中,桥丝的温度分布并不是如此均匀的。前人的研究告诉我们,桥丝的温度分布呈现一个正态分布曲线形状,中间最高,两边对称。另外这个模型也没有考虑药剂的化学反应热的作用,因为它只是桥丝的温度变化情况,药剂的温升情况并没有在该模型中反映出来。5电火工品退火感度无损检验的应用展望(1)充分结合现有的比较成熟的热传导理论,对电火工品的桥丝与药剂之间的传热过程进行分析,从而建立新的模型,以取代现有的Rosenthal集总参数模型,进而使得数据处理结果更结合于实际。(2)结合仪器测试结果与数值模拟方法,可以对所测产品的电性能进行初步预估。(3)随着电子技术、计算机技术和新学科的兴起,电火工品发火感度无损检验的前途将一片明朗。模糊