铝管状态对切割索性能的影响研究

周 庆，李 艺，曹维国



铝管状态对切割索性能的影响研究

周 庆，李 艺，曹维国

（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳，621900）

为了获得合适牌号的铝管进行切割索生产及性能试验，通过对1035牌号、2A12牌号和6063牌号3种牌号铝管的碾头性能、拉伸性能、辊压性能，以及对4.5mm厚硬铝板的切割性能等试验，得到结果：2A12铝管不适合进行切割索的生产，1035铝管生产的切割索不能将4.5mm厚的铝鉴证板切开，而6063铝管能够有效切割4.5mm厚鉴证板，其切割性能优于1035铝管。

切割索；铝管牌号；成型性能；切割性能

聚能切割索是运用炸药聚能爆破效应设计而成的线性切割索，由于其结构简单、动作迅速、性能可靠以及在切割过程中无飞片、破片现象，并且具有切缝规则、光滑、易于控制切割形状等特点，广泛应用于火箭的级间分离、卫星整流罩的抛射、深水打捞、导弹舱体蒙皮的切割等领域中[1]。聚能切割索由金属壳和装药组成，装药一般选择密度和爆速较高的JH14、JH16、RDX、HMX等炸药[2-3]，这些炸药爆炸产生的爆轰压力和射流速度高、切割深度大。金属壳体材料一般选择密度高、延展性好、退火温度低的有色金属及其合金，如铅锑合金、铅锡合金、铜、铝等材料。

由于微量元素的不同，不同铝材其柔韧性、抗拉强度等力学性能有很大差异。本文针对1035、2A12和6063共3种不同牌号的铝对切割索成型性能及切割性能进行了研究。

1 原材料

由于拉伸模具的限制，选择管壁规格为Ф8mm× 1mm的1035铝管、2A12铝管和6063铝管进行试验，试验前采用Spetro-MAXx型火花原子光谱仪（德国斯派克生产）对铝管原材料化学成分进行分析，分析结果如表1所示。

表1 铝管化学成分分析结果（%）

Tab.1 Analysis results of chemical compositions of aluminum tube

将表1测试结果与GB/T 3190-1996 变形铝及铝合金化学成分中规定的1035、6063和2A12的化学成分进行对比，可知选用的3种铝管均满足要求。

装药均选择GJB 296A-1995黑索今规范规定的1类RDX炸药，预装药密度均为(1.25±0.05) g/cm3。

2 切割索成型性能研究

切割索成型的工艺流程为装药→碾头→拉伸→辊压，由于切割索碾头、拉伸、辊压均为危险工序，试验时采用空管和装滑石粉模拟进行碾头、拉伸和辊压工序。1035、2A12和6063 3种牌号的铝管碾头后出现的现象如图1所示。

图1 3种牌号铝管碾头现象

由图1可知，1035牌号和6063牌号的铝管碾头后（依次通过6个模孔）碾头位置圆滑、紧实、无劈裂现象，而2A12牌号铝管在通过第1个模孔后碾头部位有非常严重的劈开、断裂现象，无法将管壳碾紧实。分析认为2A12是一种硬铝合金，其特点是材料硬度高、脆性好，因此在碾头时无法成型。为此，将2A12进行280℃下回火2.5h，以及300℃下回火3h的半退火处理，退火后再进行碾头试验，结果如表2所示。由表2可知，退火后2A12铝管在碾头时性能得到一定程度的改善，但是成功率非常低，在280℃回火2.5h时成功次数为0，在300℃回火3h时成功次数为1，成功率也仅有10%。将碾头成功的这根2A12铝管及1035铝管和6063铝管装滑石粉后进行切割索后续的拉伸和辊压试验，试验结果如表3所示。

表2 2A12铝管碾头试验情况

Tab.2 Flattening results of 2A12 type of aluminum tube

表3 3种牌号铝管拉伸、辊压试验结果

Tab.3 Stretching and shaping results of three types of alumimum tube

由表3的试验结果可知，1035牌号和6063牌号铝管成型性能较好，能够顺利通过切割索生产的碾头→拉伸→辊压工序。2A12牌号铝管在300℃回火3h后虽勉强通过碾头和拉伸试验，但是由于其硬度仍然较高，在辊压聚能槽时无法自然通过辊压模孔，因此该材料无法在切割索生产中使用。

3 切割性能验证

3.1 样品制备

选择1035牌号铝管和6063牌号铝管分别按照预装药密度(1.25±0.05) g/cm3装RDX炸药，装药完成后按照碾头→拉伸→辊压流程进行切割索成型。不同形状的切割索其切割效果相差很大[1,4]，因此辊压时采用相同的辊压模具，以保证切割索形状的一致性，如图2所示。

为保证试验样品装药密度的均匀性和一致性，成型后在切割索两端头各除去100mm，然后在剩余的切割索成品端头截取150mm长样品，将样品按照同样的炸高装配成切割索组件。

图2 切割索形状示意图

3.2 切割性能试验

试验时将切割索组件粘贴在4.5mm厚2A12铝鉴证板上进行切割性能试验。试验采用电雷管进行起爆，起爆电流为1.7kA，周期为1.54μs，试验结果如图3所示。

图3 切割索切割性能裕度试验结果

由图3可知，1035牌号铝管装配出的切割索未能将4.5mm厚的2A12铝鉴证板切割开，而6063牌号铝管装配的切割索能够将4.5mm厚的鉴证板切割成两半，且切缝比较平整、规则。分析原因，认为这种情况是由于1035牌号的铝管铝质较软，在辊压时切割索轴向延伸量大，线密度较低造成的。

4 结论

通过对1035牌号、2A12牌号和6063牌号3种牌号铝管的碾头性能、拉伸性能、辊压性能以及切割性能进行试验，得出：（1）2A12牌号铝管由于其硬度较高，碾头时无法成型，即使回火后能够勉强通过碾头和拉伸，在辊压时依然无法成型，不具有生产切割索的能力；（2）1035牌号铝管由于材料较软，在辊压时切割索轴向延伸量大，线密度较低，在同样的预装药密度和炸高下切割性能不如6063牌号铝管；（3）6063牌号铝管生产的切割索能够有效切开1.5倍裕度的鉴证板。

[1] 杜全才,金韶华,李文.俄罗斯切割索的现状[J].爆炸与冲击, 1997, 17(4):382-387.

[2] 成伟,杜成光,李家家,等. 聚能切割索切割靶板的数值仿真系统[J].火工品,2010(1):18-20.

[3] 黄寅生,康聪成,薛爱莲,等. 柔性聚能切割索爆炸切割工业硬铝板试验[J].煤矿爆破,2003(1):10-12.

[4] 段卓平,洪兵,张锦云,等.耐高温柔性切割索的实验研究[J].兵工学报,1995(4):57-60.

The Effect of Aluminum Tube on the Property of Mild Linear Shaped Charge

ZHOU Qing，LI Yi，CAO Wei-guo

(Institute of Chemical Materials,CAEP, Mianyang, 621900)

In order to achieve the right kind aluminum tube for producing mild linear shaped charge, 1035, 2A12 and 6063 type of aluminum tubes were chosen, and then flattening stretching, shaping and 1.5 times cutting capacity experiments were done. It validates that 2A12 type of aluminum tube isn't fit for producing mild linear shaped charge, and 1035 type of aluminum tube can't cut 4.5mm thickness aluminum plate, while 6063 type of aluminum tube can do it.

Mild linear shaped charge；Type of aluminum tube；Shaping property；Cutting property

1003-1480（2018）02-0032-03

TJ45+7

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.02.009

2017-11-13

周庆（1987-），女，助理研究员，主要从事电火工品换能机理、火工品可靠性设计与评估研究。