Стадии развития процесса. Причины образования локальных очагов разогрева

 

Причины, приводящие к появлению в ВВ высокотемпературных очагов разогрева при механических воздействиях, разнообразны, однако среди их числа представляется возможным выделить три основные:

1. Разогрев при внешнем трении:

а) между отдельными узлами (ролик, муфта, шнек, пресс-инструмент и т.п.) приборов и механизмов, в которых перерабатывается или испытывается ВВ;

б) частиц твердых примесей между собой или металлическими частями приборов и механизмов;

в) кристаллов ВВ между собой или о твердые примеси и металлические части приборов и механизмов.

2. Разогрев за счет внутреннего трения (вязкий разогрев) при быстром течении ВВ.

3. Адиабатическое сжатие и разогрев газа (например, воздуха) или паров ВВ в мельчайших пузырьках, рассеянных в объеме ВВ.

Перечисленные пути образования горячих очагов не являются взаимоисключающими и могут реализовываться одновременно. Их многообразие в совокупности с тем, что имеется еще и вторая необходимая стадия – распространение взрывчатого превращения из очага, следует рассматривать в качестве причины несоответствия, а порой и противоречия между результатами определения чувствительности к механическим воздействиям, которые получаются по различным методам испытаний.

Рассмотрим подробнее указанные выше пути образования локальных очагов (горячих точек).

 

А) Внешнее трение

 

Внешним трением скольжения называется взаимодействие между телами, возникающее в месте их соприкосновения и препятствующее их относительному перемещению. Сила трения скольжения в основном вызывается механическим зацеплением между неровностями поверхности тел.

Удельное количество тепла или удельную мощность тепловыделения g [Дж/(м2с) = ВТ/м2] при трении скольжения можно определить по формуле:

(5)

где τ [Н/м2 = Па] - удельная сила трения; V [м/c] - cкорость скольжения (перемещения); Р[Па] – давление на поверхность контакта; μ - безразмерный коэффициент трения скольжения, зависящий от следующих факторов: свойств материала, качества обработки поверхностей, V, Р и наличия смазки.

Из формулы (5) следует, что количество выделяющегося тепла будет определяться величиной Р и V. Поэтому в различных методах оценки чувствительности ВВ к трению величины Р и V служат определяющими параметрами.

Особенность внешнего трения заключается в том, что высокотемпературные очаги разогрева могут возникать в точках контакта даже при небольших по величине усилиях прижатия и скоростях перемещения. Это обусловлено тем, что при этих условиях реальное значение Р велико, так как истинная площадь контакта мала, он осуществляется в основном по вершинам неровностей тел.

Механизм сухого трения между

Кристаллами ВВ

Этот механизм наиболее вероятен для поликристаллических ВМ. При механических воздействиях происходит прочностное разрушение заряда. При этом на поверхности разрыва в результате сухого трения образуются локальные очаги разогрева. Разрушение при ударе является следствием образования внутри заряда ВВ поверхностей, на которых возникает разрыв скорости деформации отдельных частей заряда. Это схематически изображено на рисунке 8, где поверхности разрыва обозначены сплошной линией, а направление перемещения – стрелками. За счет трения в месте разрыва скоростей происходит выделение тепла, и образуются локальные очаги. Собственно само разрушение заключается в выбросе части вещества из области сжатия.

Возбуждение взрывного процесса может произойти лишь в томслучае, если среднее давление всестороннего сжатия (Р) взаряде достигает некоторого критического значения (Ркр), при котором температура плавления ВВ будет равна или больше критической температуры возбуждения взрыва в локальном очаге.

Температура плавления, как известно, является функцией давления

(6)

где а ≈ 2∙10-2 град/атм

В условиях механических воздействий за счет развивающегося давления температура плавления существенно возрастает и вспышка наступает раньше, чем плавление вещества. Поэтому первое критическое условие возбуждения взрыва записывается в виде неравенства:

(7)

Это соотношение (7) называется "условием критических напряжений". Если это условие не выполняется, то происходит прочностное разрушение заряда ВВ без вспышки.

Кроме того, давление Р, развивающееся в заряде при механическом воздействии, должно быть, по крайней мере, равным давлению разрушения заряда, Рпр, таким образом вторым критическим условием возбуждения взрыва является неравенство:

(8)

где – предел прочности заряда;

h - высота заряда; D -диаметр заряда.

Неравенство (8) называется "условием прочности". Если не выполняется условие прочности, при ударе происходит упругое сжатие заряда без разогрева. Взрыв при ударе по заряду ВВ возникает только при одновременном выполнении обоих условий: Р ≥ Ркрит. и

Р ≥ Рпр.

Опираясь на указанные механизмы деформации зарядов и знание общего механизма возникновения взрыва, можно объяснить (и предвидеть) экспериментальные данные по чувствительности, которые получаются при испытании ВВ к удару.

Например, чувствительность к удару на копре К-44-2 в приборе № 2 гексогена (БВВ) выше, чем азида свинца (ИВВ). Оба ВВ имеют один механизм деформации заряда – прочностное разрушение. Заряд из азида свинца имеет более высокую прочность, чем из гексогена, поэтому при равных энергиях воздействия не происходит его разрушения. Следовательно, отсутствуют условия, при которых возникают локальные очаги. Уменьшение прочности заряда путем увеличения его высоты или добавления к азиду свинца парафина (обратите внимание: парафин – традиционный флегматизатор и его применяют для понижения чувствительности) повышает чувствительность азида свинца. Этот пример наглядно показывает, что условия испытаний могут маскировать влияние химической природы ВВ на чувствительность.