CN103090751A

CN103090751A - 内凹型变截面雷管激发装置及使用该装置的雷管

Info

Publication number: CN103090751A
Application number: CN2013100615995A
Authority: CN
Inventors: 马宏昊; 沈兆武; 颜事龙; 徐颖
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明涉及雷管激发装置及无起爆药雷管。激发装置是变截面筒体结构，上筒体外径与所用雷管壳体内孔径尺寸为紧密配合，上筒体内孔径尺寸与传火元件或延期元件的外壁面紧密配合。其下筒体底面中间内凹成圆锥形或圆台形，圆锥或圆台的轴线与筒体轴线重合，圆锥顶角或圆台两条母线的夹角为15°-110°，圆台上底面直径为F0.5-4mm，下筒体内径与圆锥或圆台下底面直径之比为1.0-1.8，所述下筒体内腔中的激发药的装药密度为0.5-1.0g/cm³，装药高度大于0.2倍下筒体内径，低于上下筒体分界处。使用内凹型变截面激发装置的雷管，起爆能力强，能起爆较钝感、难以起爆的药剂，满足各种恶劣环境下的使用要求。

Description

内凹型变截面雷管激发装置及使用该装置的雷管

技术领域

本发明涉及雷管激发装置及无起爆药雷管。

背景技术

飞片雷管是一种无起爆药雷管，它在起爆过程中不使用起爆药，而是在雷管内部设置一安装有微量炸药的内帽作为初始激发装置，起爆过程是：先引燃内帽中的激发药，利用激发装置内激发药产生的高温高压气体，使内帽底部破裂，形成高速运动的飞片，飞片撞击雷管底部低密度炸药，形成众多热点引爆整个雷管装药。经过多年的努力，飞片式无起爆药雷管(ZL200710019659.1)已逐步完善并推广使用，实现了大规模自动化生产。飞片雷管从根本上解决了传统起爆药雷管生产使用中的安全问题和环境污染问题，取得了很好的经济效益和社会效益。

有关飞片雷管技术的专利ZL200710019659.1所公布的核心技术是激发装置，激发装置由内帽、激发药、传火元件或延期元件组成。其中，内帽是平底、敞口、筒形结构，一般由铝或铁制成，是形成飞片的重要部件。实践表明，平底内帽在雷管生产过程中不易定位，即：内帽底部距离下方雷管装药的距离不易控制；而且，由于延期体装配在内帽中，在压装延期体过程中容易将延期体下方的散装激发药压实，造成激发药不能被点燃。专利ZL2010101517009.3公布了一种变截面激发装置，能够解决这一问题，但该专利仍是基于飞片起爆原理设计的。由于飞片是由激发药燃烧产生的高压气体剪切内帽底部形成，飞片速度决定了飞片的起爆能力。受激发药能量、激发装置结构和起爆机理的限制，飞片难以起爆高密度炸药，故飞片雷管要求距内帽最近的装药层(按照装药次序为雷管底部末次装药)必须是低密度炸药，一般是散装炸药。实验证明：该层炸药密度一般不大于1.1g/cm³，否则会出现雷管半爆或拒爆现象。由于该层炸药不能压实，造成雷管内装药量受限，降低了雷管起爆能力，而且，在雷管搬运、使用过程中，散装炸药易流动，不利于雷管性能稳定。专利ZL200710019659.1和专利ZL2010101517009.3仍无法解决这一问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种内凹型变截面雷管激发装置及使用该装置的雷管，以提高雷管的起爆能力，便于激发装置定位，解决飞片雷管存在的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的内凹型变截面雷管激发装置，至少有一个变截面筒体结构的内帽，该内帽上端开口，下端封闭，其筒体外径和内腔孔均为上大下小的阶梯形，大小内孔连接处设有倒角光滑过渡，所述上筒体外径与所用雷管壳体内孔径尺寸为紧密配合，上筒体内孔径尺寸与传火元件或延期元件的外壁面紧密配合，其上筒体内孔径大于下筒体的外径，下筒体的内腔中置有激发药，其特征在于，所述下筒体底面中间内凹成圆锥形或圆台形，圆锥或圆台的轴线与筒体轴线重合，圆锥顶角或圆台两条母线的夹角为15°-110°，圆台上底面直径为F0.5-4mm，下筒体内径与圆锥或圆台下底面直径之比为1.0-1.8，所述下筒体内腔中激发药的装药密度为0.5-1.0g/cm3，装药高度（圆锥或圆台下底面到药面的高度）大于0.2倍下筒体内径，低于上下筒体分界处。

本发明的内凹型变截面雷管激发装置，当使用两个或两个以上内凹型变截面筒体结构的内帽组合时，每个上方内帽的下筒体套装在下方内帽的上筒体的内孔中，轴向叠加成整体；最上方内帽的下筒体内安置激发药，其余内帽的下筒体内放置激发药或者是能量密度大于上方内帽下筒体内激发药的炸药，该炸药的装药密度为0.5-1.7g/cm³。所述炸药为是常规炸药或其它炸药，如RDX、HMX、TNT、PETN等炸药中的一种或两种或两种以上混合炸药。

本发明的内凹型变截面雷管激发装置，所述内帽由金属材料制成，如铁、铜、铝、锡、铅等；所述安装在筒体内腔孔中的激发药是可燃剂、氧化剂和粘合剂组成的混合药剂，其中可燃剂的质量含量为10%～30%，氧化剂质量含量为70%～90%，粘合剂质量含量为可燃剂和氧化剂总含量的2倍到3倍。所述可燃剂是镁、铝、碳、钼、铜、锑、钨、钙、硅、锆、硼等；氧化剂可使用铅丹（Pb₃O₄）、PbO₂,高氯酸盐类如NH₄ClO₄、KClO₄,氯酸盐类如KClO₃，硝酸盐类如Ba(NO₃)₂等；粘合剂使用浓度为4%～5%的虫胶溶液、1%～10%的硝化棉溶液、氟橡胶等。也可直接使用市售成品激发药，如黑火药、硝化棉、双基药、多基药、硅系激发药、钨系激发药、硼系激发药、钼系激发药、铜系激发药、锑系激发药。

使用上述的内凹型变截面激发装置的雷管，包括瞬发电雷管、瞬发非电雷管，延期电雷管、延期非电雷管，所述雷管管壳内孔为上大下小的阶梯孔，在其内孔中至少设置有一个变截面雷管激发装置，该激发装置有一个变截面筒体结构的内帽，其上筒体外圆面与雷管壳体的大内孔紧密配合，上筒体的内孔与传火元件或延期元件的外壁面紧密配合，其下筒体外径小于雷管壳体的小内孔直径；在雷管底部的小孔中设置有多层炸药，其特征在于，所述变截面激发装置是内凹型变截面激发装置，其内帽下筒体的底面中间内凹成圆锥形或圆台形，圆锥或圆台的轴线与筒体轴线重合，圆锥顶角或圆台两条母线的夹角为15°-110°，圆台上底面直径为F0.5-4mm，下筒体内径与圆锥或圆台下底面直径之比为1.0-1.8；激发药散装在下筒体内腔中，该激发药的装药密度为0.5-1.0g/cm³，装药高度大于0.2倍下筒体内径，低于上下筒体分界处；下筒体的下端面与雷管内腔中最上面的末次装药层接触，该末次装药层是散装炸药或压装炸药，散装密度为0.4 g/cm³-1.2g/cm³，压装密度为1.2 g/cm³-1.7 cm³。

当使用两个或两个以上内凹型变截面内帽轴向叠加组合时，位于最上方内帽的下筒体内散装激发药，其余内帽的下筒体内散装激发药或者放置能量密度大于上方内帽下筒体内激发药的炸药，该炸药的装药密度为0.5~1.7g/cm³；位于最下方内帽的下筒体的下端面与雷管内腔中末次装药层接触。

在上述内凹型变截面内帽轴向叠加组合的雷管中，所述其余内帽下筒体内所装炸药可用常规炸药或其它炸药，如RDX、HMX、TNT、PETN等炸药中的一种或两种或两种以上的混合炸药。所述安装在筒体内腔孔中的激发药是可燃剂、氧化剂和粘合剂组成的混合药剂，其中可燃剂的质量含量为10%～30%，氧化剂质量含量为70%～90%，粘合剂质量含量为可燃剂和氧化剂总含量的2倍到3倍。所述可燃剂是镁、铝、碳、钼、铜、锑、钨、钙、硅、锆、硼等；氧化剂可使用铅丹（Pb₃O₄）、PbO₂,高氯酸盐类如NH₄ClO₄、KClO₄,氯酸盐类如KClO₃，硝酸盐类如Ba(NO₃)₂等；粘合剂使用浓度为4%～5%的虫胶溶液、1%～10%的硝化棉溶液、氟橡胶等。也可直接使用市售成品激发药，如黑火药、硝化棉、双基药、多基药、硅系激发药、钨系激发药、硼系激发药、钼系激发药、铜系激发药、锑系激发药。

使用本发明内凹型变截面激发装置的延期雷管的作用原理是：点火元件在外界能量作用下，提供初始激发能。对于延期雷管，雷管内最上面的内凹型变截面内帽上筒体内置有延期体，起爆时延期体中的延期药首先被引燃，经过一定的延期时间后，延期体下端部的延期药被点燃并喷火，点燃激发药，产生高温高压气体。在自封闭激发体系内，上部和侧面均为强约束体，内帽下筒体底部为弱约束体，并且呈内凹的圆锥或圆台，圆锥侧壁在高压气体作用下被迅速压垮，圆锥侧壁被压缩到一起形成向下高速运动的射流；圆台上底面在高压气体下首先被压垮，形成向下运动的高速射流，继而圆台侧壁在高压气体下压垮形成射流，与上底面射流共同向下运动。射流具有高温、高速、高压的特点，射流与雷管底部末次装药撞击后，若底部末次装药为压装，虽然压装具有一定密度，但射流能够轻易“刺入”末次装药内部，极高的射流温度和压力会在末次装药内形成大量热点，引发爆轰；若底部末次装药为散装，则在射流压缩作用下，更易形成大量热点，引发爆轰；使用延期药芯时，根据其燃烧时间来控制雷管起爆时间，当延期药芯燃烧至末端，便快速点燃激发药，之后产生与使用传火元件相同的起爆过程。当使用多级内凹型变截面激发装置时，最上方的激发装置按照上述过程产生射流，射流引爆下方激发装置内的激发药或炸药，使其产生更高速的射流，以此类推，激发装置自上而下依靠射流依次被激发，最下方的激发装置产生的射流引发如上所述的雷管底部末次装药的爆炸过程。

本发明的内凹型变截面雷管激发装置，具有起爆能量高、定位准确、组装简便的特点，可快速将单个内凹型变截面激发装置组装成多级内凹型变截面激发装置。将本发明的多级内凹型变截面的激发装置用于雷管中，实现了能量多次放大，起爆能力强，能起爆较钝感、难以起爆的药剂，满足高温高压和高速撞击等各种恶劣环境下的使用要求，克服了飞片雷管存在的问题。而且，由于筒体外圆面是变截面的，能方便地保证与雷管配合过程中的定位准确无误，使雷管生产过程中工艺简化，有利于全自动化生产。

以下通过附图和实施例做进一步说明。

附图说明

图1是本发明所述的内凹呈圆锥形变截面瞬发激发装置实施例结构示意图。

图2是本发明所述的内凹呈圆台形变截面延期激发装置实施例结构示意图。

图3是使用图1所述内凹型变截面激发装置制成的瞬发电雷管结构示意图。

图4是本发明所述的二级内凹型变截面激发装置结构示意图。

图5是使用图4所述的二级内凹型变截面激发装置的延期非电雷管结构示意图。

图6是本发明所述多级内凹型变截面激发装置的结构示意图。

图7是组装有四级内凹型变截面激发装置延期非电雷管实施例结构示意图。

具体实施方式

实施例1 一级内凹型变截面激发装置及应用该装置的雷管

参见图1，内凹成圆锥形变截面激发装置的变截面内帽分为上、下两部分。上筒体1外直径大于下筒体2的外直径。上筒体1内安置传火元件4。下筒体2的底部内凹成圆锥形。上筒体1外直径为F6.2mm，高度7.0mm；下筒体外直径为F5.8mm，高度5.0mm，壁厚均为0.4mm；圆锥底面直径为F4.5mm，锥顶角为100°，内部安装激发药3，装药密度0.8 g/cm³，装药高度4.8mm。如果将本激发装置的上筒体1外直径套装到雷管壳体内孔中，使两者紧密配合，即构成了具有一级变截面激发装置的瞬发雷管。

图2是内凹成圆台形变截面激发装置的结构示意图，其变截面内帽结构与图1相同，区别在于上筒体1内安装的是延期体6；下筒体5的底部内凹成圆台形，圆台下底面直径为F4.5mm，上底面直径为F2.5mm，圆台两条母线的夹角为60°。

图3是使用图1所示的一级内凹型变截面激发装置的瞬发电雷管的实施例。雷管壳体10长度为90mm。雷管壳体10内腔下部有两次装药层11与12，其装药密度分别为1.2-1.6g/cm³、1.6-1.8g/cm³，装药量分别为0.3-0.4g、0.5-0.8g，所装炸药是太安(PETN)、黑索今(RDX)、奥克托金(HMX)的混合物，是雷管爆炸能量输出的主药剂。作为内凹型变截面激发装置的下筒体2位于第二次装药11的上方1.0~2.0mm处。雷管壳体内孔为上大下小的阶梯孔，内凹型变截面激发装置的上筒体1外圆面与雷管壳体10的大内孔紧密配合，由于大小内孔间有阶梯，所以安装内凹型变截面激发装置时能在此自然定位。下筒体2的内孔中安装有激发药3。在上筒体1内孔中安装有传火元件4。点火药头9与封口塞8组成的药头结构与雷管管壳10通过卡口配合，形成雷管成品。起爆电流通过电雷管脚线7传递到点火药头9。内凹型变截面内帽上筒体1与传火元件4、雷管外壳10在靠近三元件交汇处腰卡一次，构成雷管自封闭激发系统。

对本实施例雷管做起爆试验：当起爆电流通过脚线7点燃引火药头9后，燃烧的药头通过传火元件4中心的空孔引燃激发药3，激发药3爆燃产生高温高压气体。由于下筒体2底部呈内凹形的圆锥，圆锥侧壁在高压气体作用下被迅速压垮，圆锥侧壁被压缩到一起形成向下高速运动的射流。射流具有高温、高速、高压的特点，射流与雷管底部末次装药撞击后，射流“刺入”装药11内部，极高的射流温度和压力会在装药11内形成大量热点，引发爆轰，进而起爆装药12。

试验表明，将内凹型变截面激发装置安装到雷管中具有起爆可靠、起爆能量高、雷管威力大、安装快速方便、定位准确的特点。

实施例2 二级变截面激发装置及应用该装置的雷管

参见图4，二级内凹型变截面激发装置由两个内凹型变截面内帽轴向叠加组合而成。上面内帽的上筒体13内装有延期体6，下筒体14内装有激发药3，下筒体14内凹呈圆锥形，圆锥底面直径为F4.5mm，锥顶角为80°。下筒体14插入下方内帽的上筒体1内，位置固定在变截面处，下方内帽的下筒体2内安装有炸药15，下筒体2内凹呈圆锥形，圆锥底面直径为F4.5mm，锥顶角为100°。将该二级内凹型变截面激发装置装配到雷管管壳内，即构成了具有二级内凹型变截面激发装置的延期雷管。

图5是具有二级内凹型变截面激发装置的非电延期雷管的实施例。雷管壳体10长度为110mm。雷管壳体内腔下部有两层装药，该两层装药与图3中瞬发电雷管的两层装药相同。二级内凹型激发装置下面内帽的下筒体2位于装药11的上方1.0mm处。雷管壳体内孔为上大下小的阶梯孔，二级内凹型激发装置下面内帽的上筒体1的外圆面与雷管壳体的大内孔紧密配合，由于大小内孔间有阶梯，所以安装二级激发装置时能在此自然定位。上面内帽的下筒体14内装有激发药3，下面内帽的下筒体2装有炸药15，该炸药为奥克托金，散装，装药量0.5-0.7g，装药密度为0.9g/cm³ 。延期体6安装在上面内帽上筒体13中。二级激发装置上面内帽上筒体13与延期体6、雷管外壳10在靠近三元件交汇处腰卡一次，构成雷管自封闭激发系统。导爆管16插入卡口塞17中心空腔内。卡口塞17与雷管管壳10通过卡口配合，构成雷管成品。

将本实施例雷管做起爆试验：当导爆管接收到起爆信号时，导爆管内壁爆轰形成的冲击波点燃延期体6中心的延期药。延期药燃烧至底部时，上面内帽下筒体14内的激发药3被点燃。由于上面内帽的上筒体13与雷管通过卡口固连，故下筒体14底部内凹圆锥形侧壁在激发药燃烧产生的高压作用下被压垮，形成向下高速运动的射流，射流冲击下方内帽下筒体2中的炸药15。内帽的下筒体2连接处的外圆面与雷管内部台阶配合，内帽的轴向位置被台阶固定，下筒体2中炸药15爆炸产生的高压向下释放，压垮下筒体2底部内凹圆锥形侧壁，形成向下运动的射流。一般而言，初始能量越高，形成的射流速度就越高，起爆能力就越强，加之下方下筒体2内装炸药15，由于该炸药的能量密度大于上方内帽下筒体14内的激发药3，所以下方内帽下筒体2底部形成的射流具有更高的起爆能力。实验证明，二级内凹型激发装置不仅能够起爆更高密度的装药11，而且能够起爆具有一定压装密度的奥克托金(HMX)、六硝基茋(HNS)等较钝感的炸药。

本试验表明，具有二级内凹型变截面的激发装置，起爆能力强，能量经过一次放大后，能够起爆非电延期雷管中较钝感的炸药。

实施例3 四级内凹型变截面激发装置及应用该装置的雷管

参见图6，四级变截面激发装置由四个内凹型变截面内帽轴向叠加组合而成，其结构与二级激发装置类似：最上方的内凹型变截面内帽的上筒体内安装延期体，下筒体18内安装激发药，下筒体18底部内凹呈圆台形，圆台下底面直径为F4.6mm，上底面直径为F2.5mm，底角为60°。下面三个内凹型变截面内帽下筒体均为内凹呈圆锥形，圆锥底面直径均为F4.5mm，锥顶角依次为80°、80°、100°，三个内帽下筒体内依次安装激发药、激发药、炸药RDX，装药量为0.5~0.7g，装药密度1.2~1.4g/cm³。

图7是使用图6所述四级内凹型变截面激发装置的非电延期雷管的实施例。雷管壳体10的长度为140mm。雷管壳体内腔下部有两次装药层，该两次装药层与图3中瞬发电雷管的两次装药层相同。四级激发装置最下面内帽的下筒体位于装药层10上方1.0mm处。雷管壳体内孔为上大下小的阶梯孔，四级内凹型激发装置最下面内帽的上筒体的外圆面与雷管壳体的大内孔紧密配合，四级激发装置在此自然定位。四级内凹型激发装置最上面内帽上筒体与延期体、雷管外壳在靠近三元件交汇处腰卡一次，构成雷管自封闭激发系统。卡口塞17与雷管管壳10通过卡口配合，形成雷管成品。导爆管16插入卡口塞17中心空腔内。

实际使用中，从安全、成本、简化生产工艺等因素综合考虑，一般不超过四级放大，常用一级和二级放大器就可满足使用要求。特殊情况下使用三级或四级放大。

以上实施例中，所用雷管壳体、激发药、炸药等各种材料均由市场购得。

Claims

1.一种内凹型变截面雷管激发装置，至少有一个变截面筒体结构的内帽，该内帽上端开口，下端封闭，其筒体外径和内腔孔均为上大下小的阶梯形，大小内孔连接处设有倒角光滑过渡，所述上筒体外径与所用雷管壳体内孔径尺寸为紧密配合，上筒体内孔径尺寸与传火元件或延期元件的外壁面紧密配合，其上筒体内孔径大于下筒体的外径，下筒体的内腔中置有激发药，其特征在于，所述下筒体底面中间内凹成圆锥形或圆台形，圆锥或圆台的轴线与筒体轴线重合，圆锥顶角或圆台两条母线的夹角为15°-110°，圆台上底面直径为F0.5-4mm，下筒体内径与圆锥或圆台下底面直径之比为1.0-1.8，所述下筒体内腔中的激发药的装药密度为0.5-1.0g/cm³，其装药高度大于0.2倍下筒体内径，低于上下筒体分界处。

2.如权利要求1所述的内凹型变截面雷管激发装置，其特征在于，当使用两个或两个以上内凹型变截面筒体结构的内帽组合时，每个上方内帽的下筒体套装在下方内帽的上筒体的内孔中，轴向叠加成整体；最上方内帽的下筒体内安置激发药，其余内帽的下筒体内放置能量密度大于上方内帽下筒体内激发药的炸药，该炸药的装药密度为0.5-1.7g/cm³。

3.如权利要求2所述的内凹型变截面雷管激发装置，其特征在于，所述其余内帽的下筒体内放置能量密度大于上方内帽下筒体内激发药的炸药是常规炸药：RDX、HMX、TNT、PETN炸药中的一种或两种或两种以上的混合炸药。

4.使用如权利要求1所述的内凹型变截面激发装置的雷管，包括瞬发电雷管、瞬发非电雷管，延期电雷管、延期非电雷管，所述雷管管壳内孔为上大下小的阶梯孔，在其内孔中至少设置有一个变截面雷管激发装置，该激发装置有一个变截面筒体结构的内帽，其上筒体外圆面与雷管壳体的大内孔紧密配合，上筒体的内孔与传火元件或延期元件的外壁面紧密配合，其下筒体外径小于雷管壳体的小内孔直径；在雷管底部的小孔中设置有多层炸药，其特征在于，所述变截面雷管激发装置是内凹型变截面雷管激发装置，其内帽下筒体的底面中间内凹成圆锥形或圆台形，圆锥或圆台的轴线与筒体轴线重合，圆锥顶角或圆台两条母线的夹角为15°-110°，圆台上底面直径为F0.5-4mm，下筒体内径与圆锥或圆台下底面直径之比为1.0-1.8；激发药散装在下筒体内腔中，该激发药的装药密度为0.5-1.0g/cm³，装药高度大于0.2倍下筒体内径，低于上下筒体分界处；下筒体的下端面与雷管内腔中最上面的末次装药层接触，该末次装药层是散装炸药或压装炸药，散装密度为0.4 g/cm³-1.2g/cm³，压装密度为1.2 g/cm³-1.7 cm³。

5.如权利要求4所述的使用内凹型变截面激发装置的雷管，其特征在于，当使用两个或两个以上内凹型变截面内帽轴向叠加组合时，位于最下方内帽的下筒体的下端面与雷管内腔中末次装药层接触，位于最上方内帽的下筒体内散装激发药，其余内帽的下筒体内放置能量密度大于上方内帽下筒体内激发药的炸药，该炸药的装药密度为0.5-1.7g/cm³。

6.如权利要求4所述的使用内凹型变截面激发装置的雷管，其特征在于，所述其余内帽下筒体内放置的炸药是常规炸药：RDX、HMX、TNT、PETN炸药中的一种或两种或两种以上的混合炸药。