0引言

　　隨著我國航空領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，對配套用的氮氣瓶提出了高壓、高低溫、振動及沖擊等要求，與此同時對氮氣瓶用爆破片的要求相應(yīng)越來越嚴(yán)酷，特別是密封性能，對于航空氮氣瓶的安全至關(guān)重要，一旦發(fā)生泄露嚴(yán)重時將會導(dǎo)致機毀人亡的事故。

　　航空高壓氮氣瓶用爆破片的生產(chǎn)制造沒有可以執(zhí)行的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)及航空標(biāo)準(zhǔn)，目前只能參考工業(yè)用的GB567-2012《爆破片安全裝置》、GB/T16918-2017《氣瓶用爆破片安全裝置》等標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)GB/T16918-2017《氣瓶 用爆破片安全裝置》可知：氣瓶用爆破片安全裝置的結(jié)構(gòu)根據(jù)是否重復(fù)充裝可分為兩種形式，一種由爆破片、壓環(huán)(或夾持器)、螺塞和螺蓋(或壓蓋)組成，一種是爆破片直接焊接在瓶體上，但兩種結(jié)構(gòu)適用的最高壓力在標(biāo)準(zhǔn)中未明確，基于此，文中以某航空高壓氮氣瓶用爆破片為研究對象，分別按照上述兩種結(jié)構(gòu)進行試制樣件，試驗研究其在高壓、高低溫、振動及沖擊等環(huán)境工況下的密封性能、爆破壓力及壽命情況，為航空高壓氮氣瓶用爆破片的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

　　1爆破片性能指標(biāo)及試驗裝置

　　1.1 爆破片性能指標(biāo)

　　某航空高壓氮氣瓶用爆破片的主要性能指標(biāo)見表1。1.2 試驗裝置

　　密封性試驗裝置采用氣密性檢測裝置，將爆破片裝置連接充氣接口，通過水密法進行加壓檢測是否有氣泡產(chǎn)生。高低溫試驗裝置采用HL6025T高低溫試驗箱，溫度范圍為(-60~150)℃。振動試驗裝置采用ACT2000-S0200L電磁振動臺，可模擬仿真多種振動譜。沖擊試驗裝置采用ZFS008落塔式?jīng)_擊試驗臺。爆破壓力試驗裝置采用爆破壓力顯示儀試驗器及充氣裝置，充氣裝置給爆破片加壓，當(dāng)爆破瞬間時顯示儀自動采集壓力并顯示。壽命試驗裝置采用JBJ-2交變壓力試驗機，利用高比值的氣液增壓泵(1：100)將液體增壓到所要求的壓力，用另一只高比值氣液增壓泵(1：130)作交變運行，前泵首先用于排除管道中的空氣，后增壓到上限值，在交變過程中如有微滲而達不到上限壓力值時，經(jīng)程序判斷，該泵自動實行補壓到上限值，完全實現(xiàn)自動控制。

　　表1 爆破片性能指標(biāo)

　　2 樣件試驗情況及結(jié)果分析

　　2.1 樣件制造及試驗項目

　　按照國標(biāo)GB/T16918-2017中的結(jié)構(gòu)分別試制兩種樣 件，由于航空設(shè)備的互換性要求，爆破片在同一個氣瓶中應(yīng)能互換，故樣件采用整體結(jié)構(gòu)，通過螺紋與氣瓶連接。爆破片材料采用不銹鋼，厚度0.08mm，泄放口徑5mm，圓角半徑1mm，設(shè)計溫度22℃,采用41MPa壓力預(yù)拱成形。

　　圖1 樣件1、2 結(jié)構(gòu)及實物圖

　　圖2 樣件2C、2A 缺陷圖

　　表2 樣件1、2 試驗情況

　　樣件1按照GB/T16918-2017中的第一種結(jié)構(gòu)形式進行設(shè)計制造，包括底座、爆破片、上下壓環(huán)、夾持螺柱及鎖緊螺母，爆破片通過上下壓環(huán)壓接密封。

　　樣件2按照GB/T16918-2017中第二種結(jié)構(gòu)形式進行設(shè)計制造，包括爆破片及底座，爆破片與底座之間通過真空電子束焊接密封。樣件1、2結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　試驗項目：密封性、高低溫、振動、沖擊、壽命、爆破壓力。

　　按照圖1結(jié)構(gòu)進行樣件制造，樣件1、2分別制造6件進行試驗。樣件1分別編號為1A、1B、1C、1D、1E、1F。樣件2分別編號為2A、2B、2C、2D、2E、2F。

　　試驗順序：先進行密封性試驗，合格后抽2件產(chǎn)品1E、1F進行爆破壓力試驗,全部都合格后，余下4件產(chǎn)品1A、1B、1C、1D分成兩組，1A和1B為一組，1C和1D為一組，1A和1B只進行壽命試驗，1C和1D進行余下的試驗。樣件2試驗同樣件1。樣件1、2試驗情況及結(jié)果見表2所示。

　　2.2 樣件1、2試驗情況

　　1A、1C、1E、1F分別在22.1MPa、20.2MPa、21MPa、21.5MPa時泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)爆破片與上下壓環(huán)接觸處邊緣出現(xiàn)脫落。1B在進行交變532次時發(fā)生泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)爆破片與上下壓環(huán)接觸處脫落。1D在進行振動后發(fā)生泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)鎖緊螺母松脫。

　　2C在不到2MPa時泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)爆破片與閥體邊緣出現(xiàn)焊接缺陷。2A在交變3998次后發(fā)生泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)爆破片破裂處有劃痕(圖2)。

　　試驗結(jié)果表明：樣件1的密封結(jié)構(gòu)不適合高壓工況，同時抗振動性能較差;樣件2的密封結(jié)構(gòu)可以滿足高壓工況，且通過高低溫、振動、沖擊等試驗，但是在試制過程中發(fā)現(xiàn)存在如下幾個問題：

　　(1)閥體與爆破片焊接工藝?yán)щy，需借助焊接夾具完成，且裝夾不方便，同時由于爆破片較薄，焊接處易出現(xiàn)缺陷，2C密封泄漏原因就在于焊接缺陷。

　　(2)閥體與爆破片焊接后爆破片直接暴露在外，轉(zhuǎn)運過程中容易劃傷，2A在交變3998次后發(fā)生泄漏的原因在于轉(zhuǎn)運過程中發(fā)生劃傷，劃傷使爆破片厚度變薄，交變過程中劃傷處提前疲勞破裂。

　　為了提高焊接性及保護爆破片，在爆破片處增加一個零件——壓環(huán)，其作用在于提高焊接工藝性能，同時保護爆破片不受劃傷。為了驗證此結(jié)構(gòu)，該項目試制6只樣件3進行試驗，其結(jié)構(gòu)及實物如圖3。

　　2.3 樣件3試驗情況

　　按照圖3結(jié)構(gòu)進行樣件制造，樣件3制造6件進行試驗。樣件3分別編號為3A、3B、3C、3D、3E、3F。試驗順序同樣件1。

　　圖3 樣件3 結(jié)構(gòu)及實物圖

　　表3 樣件3 試驗情況

　　3A、3B均通過5000次交變壓力的壽命試驗，3C、3D均通過高低溫、振動及沖擊，3E、3F爆破壓力分別為46.75MPa及46.28MPa，符合(45.5±2.5)MPa。

　　3 結(jié)語

　　以某航空高壓氮氣瓶用爆破片為研究對象，分別按照上述兩種結(jié)構(gòu)進行試制3種樣件，試驗研究其在高壓、高低 溫、振動及沖擊等環(huán)境工況下的密封性能、爆破壓力及壽命情況。結(jié)果表明，相同試驗條件下，上下壓環(huán)壓接密封及直接焊接底座密封方式都存在缺陷，壓環(huán)焊接式爆破片可以耐受高壓、高低溫、振動及沖擊等環(huán)境工況，性能指標(biāo)都符合要求，關(guān)于此方式密封結(jié)構(gòu)會對爆破片產(chǎn)生何種影響，有必要進一步展開研究。