朱錦書，朱德運，王繼章

(安徽神劍科技股份有限公司技術保障部，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部溫升有限[3]，熱安全性高，具有一定的本質安全性。參考TNT基炸藥熔鑄裝藥中易產生的裝藥疵病[4]，包括：氣孔、縮孔、低隙、裂紋等，結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產生這些裝藥疵病。依據炸藥爆炸的熱點理論，含有這些疵病的彈藥在使用時，會在炸藥內形成局部“熱點”，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生，了解有關工藝參數對裝藥質量的影響，通過使用某型彈藥所用彈體作為開合彈、實彈對DNAN基熔鑄炸藥進行簡單的裝藥工藝實驗，研究其在不同梯度護理參數、攪拌速度及回用藥比例情況下的裝藥變化，以期為裝藥設計提供一定幫助。

1 裝藥設計

裝藥設計為三個階段：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，分為彈體預熱和振動注藥；三階段為梯度護理過程，彈體內藥液通過水浴冷卻，由外而內，由下而上逐層凝固成型。此外為避免炸藥在凝固時發(fā)生體積收縮而形成縮孔，還需要使用冒口漏斗來隨時補充藥液。

2 工藝實驗

2.1 設備與炸藥

主要設備包括熱風窯、熱風裝置、凝固水循環(huán)裝置、振動護理裝置、熔化鍋、注藥鍋等。

炸藥成分包含DNAN和RDX，其中DNAN，化學名2,4-二硝基苯甲醚，外觀呈黃色針狀，熔點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，在熔藥過程中會發(fā)生揮發(fā)，長時間暴露在DNAN蒸汽環(huán)境中，會對人員的健康產生不利影響[5]。

2.2 實驗概述

熔藥溫度、保溫溫度等參數，因其與炸藥性質有關，參考相關文獻與技術資料，可以初步確定這些參數，不再贅述。主要進行梯度護理參數實驗，了解梯度護理參數對裝藥質量的影響，并形成滿足裝藥質量的基本工藝參數，然后在此基礎上，進行其他參數的工藝實驗，研究其它工藝參數等對裝藥質量的影響。

2.3 梯度護理參數實驗

進行9組實驗，每組均使用開合彈進行多發(fā)裝藥，裝藥結束后，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部情況，發(fā)現除第8、9組外，其余幾組均有明顯氣孔、縮孔疵病。

表1 不同梯度護理參數裝藥藥柱平均密度

表1(續(xù))

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

故選取第8組梯度護理參數進行大量開合彈裝藥，并將同一藥柱破成上、下兩部分，分段測量藥柱密度，并按照下式計算其平均裝藥密度，部分數據見表2。

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

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

表2 部分開合彈裝藥密度數據

2.4 不同攪拌速度的裝藥實驗

在其他基本工藝參數不變的情況下，改變藥液澆注時的攪拌速度進行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驗

在其他工藝參數均為基本工藝參數的情況下，回用藥(鍋內余藥、冒口藥)經過處理后，與新藥(未進行熔化的藥塊)以一定的比例混合，進行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

實驗中發(fā)現當回用藥與新藥比例為5∶5時，在注藥鍋底層會有大量固相沉降，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，熔藥鍋內的熱格柵在熔藥后，格柵上也會出現表面呈粗沙粒狀的藥漿粘附。

3 結果與分析

3.1 梯度護理參數實驗

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

故在液面停止位置確定后，若液面上升速度過快，可能會導致彈體內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形成氣孔；或使局部提前凝固，使其底部藥液得不到有效補縮而形成縮孔。而若液面上升速度過慢，一方面梯度護理效果不理想，另一方面也會影響整體裝藥速度，拖慢生產效率。

3.2 攪拌速度實驗

從表3的實驗情況可以看出，藥液澆注時適當提高攪拌速度對裝藥質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，使藥液內氣泡可以較易排出，減少氣孔的形成。但是當攪拌速度過快時，會帶入大量空氣進入藥液，反而弱化了藥液的真空處理效果，在其他參數不變的情況下，彈體內藥液所含微小氣泡無法在藥液凝固前從彈體內充分排出，從而形成氣孔疵病，進而影響裝藥質量，因此合理的攪拌速度應與實際熔藥量進行匹配，可以采用變速攪拌。

3.3 回用藥量實驗

從表4實驗情況可以看出，使用少量的回用藥對裝藥質量不會產生明顯影響，但是若回用藥使用量過多，會造成藥塊熔化困難、沉降嚴重。

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

4 總結

通過這些工藝試驗，可以發(fā)現：

裝藥質量與平均裝藥密度具有一定相關性，當平均裝藥密度小于1.65g/cm3時，裝藥質量較差，而當平均裝藥密度大于1.65g/cm3時，裝藥質量較好。

若通過水浴來進行梯度護理設計，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，會帶入大量氣泡進入藥液，反而會對裝藥質量產生不利影響。 適量的回用藥使用并不會影響裝藥質量，綜合安全因素與生產效率，回用藥的使用量應不超過30%。