CN109596505A - 一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮。样品篮为镂空网状圆柱体，中间水平层为置物板，置物板上方是护栏、下方为支撑部分。置物板由两个同心钢圈和放射状连接丝组成，护栏由竖直的钢棍上端和水平防护圈组成，支撑部分由钢棍下端和支撑圈组成。湿热试验时，压装炸药柱放到样品篮置物板上一起进行老化，测量老化不同时间后药柱的质量和体积。本发明对药柱具有支撑保护作用，测量时不直接接触药柱，不会破坏药柱的结构完整性，提高了测量准确性。

Description

一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮
技术领域
本发明属于炸药理化检测领域，主要应用于检测大尺寸(直径和高度为60mm～84mm)压装炸药柱在湿热老化试验中的质量、体积、结构完整性。
技术背景
炸药装备到战斗部弹壳中后，在长期贮存、一次使用的过程中应具有良好的环境适应性。影响最大的环境应力为热应力和湿应力，湿热双应力具有协同老化效应，对压装炸药的影响远远大于单独的应力。因此我们要开展压装炸药柱在湿热双应力下的老化试验，研究性能变化规律。
将不同尺寸的压装炸药柱放入湿热环境试验箱中，老化一定时间后取出，在干燥器中放置一定时间后测量质量、尺寸。在湿热老化过程中发现，由于湿热应力会使药柱中的黏结剂破碎、迁移、挥发，以及药柱中残余应力受热释放造成的体积膨胀，使得药柱内部刚性组分脱粘，药柱质地变得疏松、强度下降。在前期预实验时，发现大尺寸(直径和高度为60mm～84mm)压装炸药柱湿热老化到一定时候后，取放药柱、测量药柱不同部位的尺寸，都要直接用手接触药柱(戴了手套)，而大尺寸药柱质量较大(如Ф84药柱质量是0.8kg)，且老化后的药柱强度下降，手持药柱时会破坏药柱的完整性。
上述情况造成的后果是：
(1)由于湿热老化会造成部分组分挥发分解，因此药柱老化后质量会减少，但由于手持药柱使得药柱“掉渣”，因此质量检测数据会小于药柱老化后的真实质量；
(2)药柱老化后尺寸变大，但由于手持药柱进行尺寸测量时间较长，会使药柱边缘部分脱落，尺寸测量数据小于真实值；
(3)药柱质量较大，手持药柱时需要使劲，会损害药柱的结构完整性，使得结构完整性检测结果失真。
发明内容
设计了一种专用样品篮，用于大尺寸(直径和高度为60mm～84mm)压装炸药柱的湿热老化试验。在湿热老化过程中取放样品进行测量时，由于不直接接触压装炸药柱，不会因测量操作破坏药柱的结构完整性，提高测量结果的准确性。
一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮，所述大尺寸炸药柱的直径和高度为60mm～84mm，其特征在于：样品篮整体为镂空网状圆柱体，中间水平层为置物板，置物板上方是护栏部分，置物板下方为支撑部分；置物板由内外两个同心钢圈和16根同心放射状连接丝组成；内钢圈是直径40mm的完整圆圈，外钢圈是直径100mm的不完整圆圈；外钢圈被16个等距点分为16段，第1～3段是连在一起的圆弧、第4段断开，第5～7段是连在一起的圆弧、第8段断开，以此类推；外钢圈的16个等距点分别焊接16根50mm长的连接丝，这16根连接丝的另一端互相焊接在一起形成置物板的圆心，圆心也是内钢圈的圆心，内钢圈与16根连接丝的腰部交叉焊接固定；护栏由16根竖直的钢棍和水平防护圈组成，总高度40mm；防护圈是直径100mm的完整圆圈，被等距分成16个点，分别与16根钢棍的上端点焊接；每个钢棍从最上端往下的40mm处和外钢圈的相应的等距点焊接；支撑部分由16根钢棍的下端和支撑圈组成，总高度20mm；支撑圈与外钢圈完全一样，是直径100mm的不完整圆圈，同样被等分成16段，支撑圈的断开部分与外钢圈的断开部分相对应，支撑圈和16根钢棍的下端点通过焊接相连；湿热老化试验时，将压装炸药柱放到样品篮置物板中心位置，称量炸药柱和样品篮的合量，减去样品篮的质量，得到炸药柱的原始质量；用游标卡尺测量样品篮中炸药柱的高和直径，计算药柱的原始体积；分别老化到第8天、16天、34天、42天、56天后取出样品篮，放到干燥器中24hr后拿出，称量放有药柱的样品篮，减去样品篮的质量，分别得到老化不同时间药柱的质量；用游标卡尺测量药柱的高和直径，分别得到老化不同时间药柱的体积。
本发明中，样品篮所用材质为316不锈钢丝，其中，连接丝为1～2mm粗不锈钢丝，其余部分均为3～4mm粗的不锈钢丝。
本发明中，老化实验前，将干燥洁净的样品篮放于干燥器中，24hr后取出称量，得到样品篮的质量。
本发明中，将搪瓷盘先放到试验箱中，样品篮放到搪瓷盘上面进行老化试验，炸药柱老化脱粘的残渣会掉落在搪瓷盘里，每次取样品时清理搪瓷盘里的残渣。
本发明中，放在干燥器中及测量质量、尺寸所用的时间，不包含在老化时间内。
本发明中，药柱性能变化快时缩短取样检测的老化时间间隔，药柱性能变化慢时延长取样检测的老化时间间隔。
本发明的优点：
(1)大尺寸(直径和高度为60～84mm)压装炸药柱放到样品篮中进行湿热老化试验，在定期取放时不直接接触药柱表面，不会损坏力学强度下降的药柱，保证质量检测准确性；
(2)可以不将药柱从样品篮中取出，直接用游标卡尺测量药柱的尺寸，不会损坏力学强度下降的药柱，保证尺寸测量的准确性；
(3)保护在测量过程中不破坏药柱的完整性，能获得药柱的结构完整性的真实信息。
附图说明
图1为样品篮立体图。
图2为置物板俯视图。图中1.内钢圈，2.外钢圈，3.连接丝，4.等距点，5.圆心。
图3为样品篮正面平视图。图中6.钢棍，7.防护圈，8.支撑圈。
图4为放上炸药柱样品的样品篮。
图5为用游标卡尺测量放在样品篮中药柱的高度的示意图。
图6为用游标卡尺测量放在样品篮中药柱的上端直径示意图。
图7为用游标卡尺测量放在样品篮中药柱的下端直径示意图。
图8为Ф60mm、Ф84mm炸药柱体积变化率随老化时间的变化曲线。
图9为Ф60mm、Ф84mm炸药柱质量变化率随老化时间的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。
实施例1
1样品篮设计原则
A-IX-II炸药应用广泛，是典型的含Al粉、RDX的炸药。将A-IX-II造型粉压制成Ф60×60mm、Ф84×84mm的药柱，放置在本发明的样品篮中，在71℃、RH65％的湿热环境试验箱中进行老化，测量老化不同时间药柱的质量、尺寸，用X线断层摄影仪扫描测量药柱的结构完整性，分析研究药柱的质量、体积、结构完整性等变化规律。
在前期预实验时，发现大尺寸(直径和高度为60mm～84mm)压装炸药柱湿热老化后，质地变得疏松。在老化到一定时候后，取放、测量药柱时，都要直接用手拿药柱(戴了手套)，而大尺寸药柱质量较大，且老化后的药柱强度下降，手持药柱时会破坏药柱的完整性。
因此样品篮的设计原则是：
(1)具有一定强度，可以支撑大尺寸(直径和高度为60mm～84mm)药柱，在老化期间不会变形；
(2)对药柱具有一定的防护作用；
(3)有用手接触的地方，不会碰到药柱；
(4)药柱边缘由于老化自然脱落的质量，应不计入药柱的自身质量；
(5)不用将药柱从样品篮中取出，可以直接用游标卡尺测量药柱尺寸。
2简介发明的样品篮
根据上述原则，样品篮设计如下：
(1)选用316不锈钢材质，支撑部分应具有一定粗细或厚度；
(2)样品篮应具有防护栏；
(3)样品篮侧面部分应牢固，取放样品篮时手接触样品篮侧面；
(4)样品篮放药柱的地方应镂空，药柱脱落部分应能漏到样品篮外，称量含有药柱的样品篮时，漏下的药柱残渣不参与称量(样品篮放在搪瓷盘上，漏下的药柱残渣在搪瓷盘里，便于清理)；
(5)样品篮应配合游标卡尺的测量特点，留有可以测量尺寸的地方，不妨碍游标卡尺的操作。
以下详细介绍发明的样品篮。
样品篮整体为镂空网状圆柱体，中间水平层为置物板，置物板上方是护栏部分，置物板下方为支撑部分(图1是样品篮的立体图)。根据图2，置物板由内外两个同心钢圈1、2和16根同心放射状连接丝3组成；内钢圈1是直径40mm的完整圆圈，外钢圈2是直径100mm的不完整圆圈；外钢圈2被16个等距点4分为16段，第1～3段是连在一起的圆弧、第4段断开，第5～7段是连在一起的圆弧、第8段断开，以此类推；外钢圈2的16个等距点4分别焊接16根50mm长的连接丝3，这16根连接丝3的另一端互相焊接在一起形成置物板的圆心5，圆心5也是内外钢圈1、2的圆心，内钢圈1与16根连接丝3的腰部交叉焊接固定。根据图3，护栏由16根竖直的钢棍6和水平防护圈7组成，总高度40mm；防护圈7是直径100mm的完整圆圈，被等距分成16个点，分别与16根钢棍6的上端点焊接；每个钢棍6从最上端往下的40mm处和外钢圈2的相应的等距点4焊接；支撑部分由16根钢棍6下端和支撑圈8组成，总高度20mm；支撑圈8与外钢圈2完全一样，是直径100mm的不完整圆圈，同样被等分成16段，支撑圈8的断开部分与外钢圈2的断开部分相对应，支撑圈8和16根钢棍6的下端点通过焊接相连。样品篮所用材质为316不锈钢丝，其中，连接丝3为1～2mm粗不锈钢丝，其余部分均为3～4mm粗的不锈钢丝。
3介绍样品篮使用方法
将搪瓷盘先放到试验箱中，样品篮放到搪瓷盘上面进行老化试验，炸药柱老化脱粘的残渣会掉落在搪瓷盘里，每次取样品时清理搪瓷盘里的残渣。
老化实验前，将干燥洁净的样品篮放于干燥器中，24hr后取出称量，得到样品篮的质量。
湿热老化试验时，将直径和高度为60mm～84mm压装炸药柱放到样品篮置物板中心位置(如图4所示)，称量炸药柱和样品篮的合量，减去样品篮的质量，得到炸药柱的原始质量；用游标卡尺测量样品篮中炸药柱的高和直径，计算药柱的原始体积；分别老化到第8天、16天、34天、42天、56天后取出样品篮，放到干燥器中24hr后拿出，称量放有药柱的样品篮，减去样品篮的质量，分别得到老化不同时间药柱的质量；用游标卡尺测量药柱的高和直径，分别得到老化不同时间药柱的体积。放在干燥器及测量所用的时间，不包含在老化时间内。药柱性能变化快时缩短取样检测的老化时间间隔，药柱性能变化慢时延长取样检测的老化时间间隔。
4大尺寸压装炸药柱在实验室湿热老化试验中的体积变化
将Ф60mm、Ф84mm的A-IX-II压装炸药柱在71℃、相对湿度RH65％的环境条件下共老化56d，老化过程中取样时间为0、8、16、33、43、56d，测量药柱的体积并用X线断层摄影仪检查药柱内部结构完整性。
体积检测方法：用游标卡尺测量药柱边上4处的轴向尺寸(如图5所示)，测量药柱的上、中、下径向尺寸(如图6、7所示)，分别求平均直径和平均高度，计算药柱体积。测量时所用的游标卡尺量程为0～150mm，分辨率为0.02mm，桂林广陆数字测控股份有限公司生产。
药柱体积变化率ΔV的计算公式为ΔV＝(Vt-V0)÷V0×100％(式中：Vt为老化t天后药柱体积；V0为未老化药柱体积)。
Ф60mm、Ф84mm药柱体积变化率ΔV在湿热条件下随老化时间的变化曲线如图8所示。
从图8可以看出，老化初始阶段ΔV快速增加，药柱体积变大，8d后ΔV趋缓，其后随着老化时间的延长，ΔV趋于定值，药柱体积基本不再变化。由于Ф84mm药柱原始体积大于Ф60mm药柱，所以即使变化率一样时，Ф84mm药柱的体积增加绝对量大于Ф60mm药柱。
5大尺寸压装炸药柱在实验室湿热老化试验中的质量变化
Ф60mm、Ф84mm A-IX-II炸药柱在71℃、相对湿度65％条件下将药柱老化56d，药柱质量变化率Δm的计算公式为Δm＝(mt-m0)÷m0×100％(式中：mt为老化td后药柱质量；m0为未老化药柱质量)。
Ф60mm、Ф84mm药柱在湿热条件下质量变化率Δm随老化时间的变化曲线如图9所示。从图9可以看出，随着老化时间的延长，药柱质量损失持续增大，药柱直径越大其质量损失越大，但总质量损失并不大，即使是Ф84mm药柱老化56d后质量损失最大，也只减少0.3％。
6大尺寸压装炸药柱在实验室湿热老化试验中结构完整性的变化
用X线断层摄影仪(BT-400型电子计算机X线断层摄影仪，俄罗斯莫斯科探伤有限公司)检查Ф60mm、Ф84mm药柱在不同老化时间内部结构完整性，Ф84mm药柱老化8d后内部出现平行于上下底面的裂纹，结构完整性受到破坏，继续老化裂纹未见扩展，而Ф60mm药柱即使老化到56d，内部也未出现裂纹。由于药柱在检测时未受到外力(未用手接触)，X线断层摄影仪检测结果反应了药柱内部结构完整性的真实信息。
湿热老化试验中炸药柱的外边缘首先与周围环境建立起湿热交换关系并达到环境的温湿度，直径越大的药柱产生的拉应力越大，一旦该拉应力超出炸药的抗拉极限，则容易在药柱中产生裂纹。试验说明药柱直径在60～84mm时有一个直径尺寸临界值，大于此临界值的药柱很快产生内部裂纹，小于此临界值的药柱虽然体积膨胀但不产生裂纹，即结构完整性存在着“尺寸效应”。

Claims (6)

1.一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮，所述大尺寸炸药柱的直径和高度为60mm～84mm，其特征在于：样品篮整体为镂空网状圆柱体，中间水平层为置物板，置物板上方是护栏部分，置物板下方为支撑部分；置物板由内外两个同心钢圈[1]、[2]和16根同心放射状连接丝[3]组成；内钢圈[1]是直径40mm的完整圆圈，外钢圈[2]是直径100mm的不完整圆圈；外钢圈[2]被16个等距点[4]分为16段，第1～3段是连在一起的圆弧、第4段断开，第5～7段是连在一起的圆弧、第8段断开，以此类推；外钢圈[2]的16个等距点[4]分别焊接16根50mm长的连接丝[3]，这16根连接丝[3]的另一端互相焊接在一起形成置物板的圆心[5]，圆心[5]也是内外钢圈[1]、[2]的圆心，内钢圈[1]与16根连接丝[3]的腰部交叉焊接固定；护栏由16根竖直的钢棍[6]和水平防护圈[7]组成，总高度40mm；防护圈[7]是直径100mm的完整圆圈，被等距分成16个点，分别与16根钢棍[6]的上端点焊接；每个钢棍[6]从最上端往下的40mm处和外钢圈[2]的相应的等距点[4]焊接；支撑部分由16根钢棍[6]的下端和支撑圈[8]组成，总高度20mm；支撑圈[8]与外钢圈[2]完全一样，是直径100mm的不完整圆圈，同样被等分成16段，支撑圈[8]的断开部分与外钢圈[2]的断开部分相对应，支撑圈[8]和16根钢棍[6]的下端点通过焊接相连；湿热老化试验时，将压装炸药柱放到样品篮置物板中心位置，称量炸药柱和样品篮的合量，减去样品篮的质量，得到炸药柱的原始质量；用游标卡尺测量样品篮中炸药柱的高和直径，计算药柱的原始体积；分别老化到第8天、16天、34天、42天、56天后取出样品篮，分别放到干燥器中24hr后拿出，称量放有药柱的样品篮，减去样品篮的质量，分别得到老化不同时间药柱的质量；用游标卡尺测量药柱的高和直径，分别得到老化不同时间药柱的体积。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮，其特征在于：样品篮所用材质为316不锈钢丝，其中，连接丝[3]为1～2mm粗不锈钢丝，其余部分均为3～4mm粗的不锈钢丝。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮，其特征在于：老化实验前，将干燥洁净的样品篮放于干燥器中，24hr后取出称量，得到样品篮的质量。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮，其特征在于：将搪瓷盘先放到试验箱中，样品篮放到搪瓷盘上面进行老化试验，炸药柱老化脱粘的残渣会掉落在搪瓷盘里，每次取样品时清理搪瓷盘里的残渣。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮，其特征在于：放在干燥器中及测量质量、尺寸时所用的时间，不包含在老化时间内。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸压装炸药柱湿热老化试验用样品篮，其特征在于：在湿热老化试验中药柱性能变化快时缩短取样检测的老化时间间隔，药柱性能变化慢时延长取样检测的老化时间间隔。
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