桥丝式电火工品作为一种采用特殊能源的、一次性作用的动力源元器件，广泛应用于导弹等武器装备中。桥丝式电点火头因其体积小、发火时间快、可靠性高，常作为桥丝电火工品应用于电作动器、电点火装置中。

桥丝式电点火头的工作原理为：电流通过有一定电阻的微细金属桥丝，电能产生热量使桥丝升温达到灼热状态，加热桥丝周围的药剂点火或者起爆。电点火头的主要技术指标是发火电流、安全电流和发火时间。一般而言，电点火头桥丝直径为十几微米到几十微米，电点火头涂覆工艺的不同使得点火药与桥丝之间的接触状态存在很大差异，点火药与桥丝的接触面积越大、越紧密，点火药从灼热桥丝处得到的热量就越多，其发火时间就越短，发火电流越小，发火可靠性越高。若桥丝和点火药接触面积小或者状态蓬松，甚至出现缩孔，点火药与桥丝间的空隙就会增加其加热和传热过程中的热损失，延迟点火头的发火时间，使发火电流变大，造成发火可靠性下降。当这种接触状态差异增大，甚至出现一定尺寸的缩孔时，将影响点火药头的发火可靠性。

陕西应用物理化学研究所的研究人员采用微焦点工业CT成像检测技术对涂覆药头形成的缩孔进行检测，通过改变点火药配比浓度，改善点火药头的涂覆工艺，有效避免对发火可靠性产生影响。

电作动器工作原理

选取某型电作动器内装桥丝式电点火药头进行研究，电作动器一般由壳体、活塞杆、活塞组件、电点火头和输出装药等组成。电作动器结构如图1所示。

图1 电作动器结构示意

电作动器工作原理为：使用电容器对产品桥路放电时，桥丝将电能转化为热能并引燃点火药头，点火药头引燃输出装药，产生的爆燃气体推动活塞座，活塞座推动活塞杆克服轴向阻力和径向压力向外运动，从而完成作动功能。由此可见，电点火药头的发火可靠性直接影响电作动器的功能实现。

电作动器失效故障分析

某型电作动器在测试时，出现了瞎火现象，测量桥路电阻，发现电阻值正常。首先，对线路进行检查，线路未短路，故排除线路短路原因；其次，在规定发火条件下，重复施加两次发火电流，电作动器仍未发火，可以排除点火能量不足的原因。

进一步排查发现，电作动器出现瞎火故障是电点火头未正常作用导致的。测量电点火头桥丝间电阻，电阻值正常。因此，认为作动器点火药头本身可能存在质量缺陷。

为进一步查出电点火头无法点火的原因，对点火药头进行解剖发现点火药头桥丝区存在黑色暗区，桥丝紧贴玻璃。经分析，该黑色暗区为点火药头在涂覆工艺中形成的缩孔。故可知，电点火头在桥丝通电后，桥丝区周围存在大直径缩孔，造成了桥丝区周围点火药未被点燃而形成黑色暗区，最终导致电作动器出现瞎火的现象。点火药头解剖照片如图2所示。

图2 点火药头解剖前后显微照片

1 现有质量检测工艺分析

现有的质量检测工艺为：首先通过高倍显微镜目视检查是否出现缩孔现象，然后对点火药头进行100% X射线照相检测。因为桥丝区点火药涂覆后，干燥过程中形成的缩孔出现在点火药头内部，所以目视检查难以发现内部缩孔造成的产品质量缺陷。该型作动器用电点火药头直径约为2 mm，桥丝直径为14 μm，采用X射线照相检测，同样难以发现点火药头内部缩孔造成的质量缺陷。显微镜下药头目视检查结果如图3所示，作动器X射线照相底片如图4所示。

图3 显微镜下药头目视检查结果

图4 作动器X射线照相底片

2 射线照相检测存在的问题

该型作动器点火药头直径约为2 mm，现有的H225型X射线探伤机焦点尺寸为1 mm，不能检测出药头内部缩孔造成的质量缺陷，特别是对于微小尺寸的缩孔，X射线照相检测无法分辨。所以现有的X射线成像检测工艺不能满足该型点火药头的内部质量检测要求。

微焦点工业CT成像检测 

通过分析点火药头内部结构、涂覆工艺以及其内部缺陷特征，结合无损检测技术特点，采用微焦点工业CT成像检测技术来检测点火药头的内部缺陷。微焦点工业CT焦点尺寸为1 μm，最高尺寸测量精度为0.2 μm。

1 概述   

微焦点工业CT系统采用独特的X光光学显微成像技术，利用不同角度的X射线透视图像，结合计算机三维数字重构技术，可对样品内部复杂结构进行高分辨率三维数字成像，可对样品内部的微观结构进行亚微米尺度上的数字化三维表征，具有成像分辨率高、扫描速度快、功能丰富、操作方便、运行稳定等特点。

2 检测设备及技术参数 

检测设备为160 kV高分辨率微焦点工业CT，该设备最高空间分辨率为1000 lp/mm，尺寸测量精度最高达500 nm。检测故障失效的点火药头时，设备具体参数为：管电压为150 kV；电流为50 μA；曝光时间为0.35 s；图像合并数为2；扫描帧数为720帧；采用三代CT扫描方式；平板探测器探元尺寸为100 μm；像素矩阵为2508像素×3004像素。160 kV高分辨率微焦点工业CT设备实物如图5所示。

图5 160 kV高分辨率微焦点工业CT设备实物 

3 系统性能指标校验

依据标准GB/T 29069-2012《无损检测 工业计算机层析成像(CT)系统性能测试方法》和GB/T 29067-2012《无损检测 工业计算机层析成像(CT)图像测量方法》对系统主要性能指标进行校验。性能校验后，系统空间分辨率达50 lp/mm，尺寸测量精度达5 μm。 

4 检测试验  

采用160 kV微焦点CT对样品进行扫描，桥丝电点火头微焦点CT扫描图像如图6所示，尺寸测量图像如图7所示。由CT图像可清晰分辨出电点火头桥丝区存在缩孔，经测量，缩孔尺寸约为200 μm，可能对点火头的发火可靠性造成影响。

图6 桥丝电点火头微焦点CT扫描图像

图7 桥丝电点火头尺寸测量图像

在点火药头涂制时，造成桥丝区出现缩孔的因素很多，如点火药粒度、点火药溶液配比、涂覆工艺等。

电点火药头涂覆工艺改善

01 调整焊桥电极塞桥丝焊接弧度

电点火头电极塞进行焊桥时，应使桥丝和玻璃间留有间隙，在药头涂覆时，使得桥丝和玻璃间隙中充满点火药液，以增加桥丝和药剂的接触面积，提高点火药头的发火可靠性。

02 药头分步涂制

将点火药头涂制由多次点涂覆盖桥丝改为先用药液薄薄地在桥丝中间部位涂覆一层药剂，高倍显微镜检查后，确保桥丝和玻璃中间部位均覆盖有点火药剂且无明显空腔，然后再涂制成型药头。对分步涂制的点火药头进行微焦点工业CT成像检测，其结果如图8所示。

图8 分步涂制点火药头的微焦点工业CT图像

由图8可以看出，电点火头桥丝区点火药分布均匀，且无大直径缩孔出现。

03 调整配制点火药药液的溶液

将药液由浓度为5%硝化棉溶液调整为5%硝基软片溶液。硝基软片的成分80%～86%为硝化棉。经对比，点火药和硝基软片溶液配制的点火药药液在涂制第一遍药头时，点火药和桥丝的接触效果就优于硝化棉配制的药液，且不容易形成缩孔。

结语

采用微焦点工业CT成像检测技术对桥丝式电点火头桥丝区药剂出现的缩孔等缺陷进行检测，结果表明，该技术能够清晰分辨桥丝区药剂缩孔形态并测量缩孔尺寸，能够有效分辨出尺寸不小于10 μm的缺陷和缩孔，从而对电点火头涂覆工艺质量控制起到重要作用。

在采用微焦点工业CT成像检测技术的基础上，通过控制桥丝焊接弧度，改善药头涂覆工艺，改变点火药配比浓度，能够有效避免点火药头内部形成缩孔进而影响产品发火可靠性。

作者简介：张海东，硕士，工程师，主要从事军用火工品的无损检测工作。

来源：《无损检测》2022年10期