Page 54 - 无损检测2024年第七期

王 慧，等：

炸药模拟裂纹宽度的 CT 检测与测量分析

对裂纹宽度进行精确地定量表征。解决上述问题的 类型炸药件为模压成型，在装配和使用过程中主要
途径是根据被检炸药试件的特性（尺寸、密度、组分 受到轴向的压力，因此裂纹主要沿着轴向方向扩展，
等），讨论检测参数（检测电压、电流、放大率、体素 开裂面与样品端面垂直。因此试验在常温下开展，
大小等）对检测精度的影响，从而得到最优检测参 并且预制了与样品端面垂直的平直裂纹用于模拟炸
数与工艺条件。 药件在装配或使用过程中产生的裂纹。
文章通过在炸药试件表面加工不同宽度尺寸的 试验目的是为了得到不同检测参数对测量精度
标准线槽，再将其与相同材料的炸药试件进行端面 的影响规律，探讨CT测量小尺寸始发药 （φ10 mm）
对粘，实现在炸药试件内部预制已知标准尺寸裂纹 裂纹的最佳检测工艺条件。由于始发药尺寸较小且
的目的，然后改变检测参数与工艺条件对试件进行 规格单一，因此只需要制备一种直径为10 mm含模
试验，得到不同检测参数对测量精度的影响规律，分 拟裂纹的炸药件样品。在该尺寸条件下，改变检测
析讨论了高精度、高效率地测量炸药试件（尺寸小于 电压（40~80 kV）、电流（125~250 μA）后，CT成
10 mm的始发药等） 裂纹宽度的最佳检测工艺条件。 像结果无伪影和射束硬化影响，不会对成像质量和
裂纹检测产生影响。
1 试验装置与样品制备
试验样品是 2个φ10 mm的TATB基PBX炸药
1.1 试验设备与样品加工装置 件通过端面对粘而成的。其中一个炸药试件的端面

CT成像及测量采用微米CT设备，该设备可进 用飞秒激光器加工了8条不同宽度的线槽来模拟不
行一次几何放大和二次投影放大，最小空间分辨率 同尺寸的裂纹，如图1所示。分别对其命名为裂纹
为0. 5 μm；样品加工装置为飞秒激光加工试验平台， 1~裂纹8，采用光学非接触式影像测量仪对此8条
飞秒激光器功率为 5 W，重频为 50 kHz/100 kHz， 裂纹表面的宽度进行测量，结果如表1所示，测量其
波长为1 030 nm，电控位移台的精度为5 μm，最大 作为裂纹的实际值。采用炸药试件黏接工艺将有裂
运动速度为10 mm/s；样品标准裂纹宽度测试采用 纹的端面与另一相同材料、相同端面尺寸的炸药件

海克思康光学非接触式影像测量仪，该仪器型号为 黏接在一起，薄涂专用黏接胶时胶液未流入槽内，固
443 Dual Z，测量精度为0. 001 mm。 化48 h后完成样品的制备。
1.2 试验样品
用于预制模拟裂纹的TATB基炸药件样品主要
由黏结剂和TATB晶体组成，该类型炸药作为一种
脆性材料，在外载荷的作用下易发生开裂。常温下
的开裂破坏以穿晶断裂为主，而高温下的开裂则表
现为黏结剂断裂或晶体与黏结剂的脱黏，裂纹走向
较为曲折和复杂。该类型炸药主要的装配和使用环
境是常温，因此其在开裂时以穿晶断裂为主，开裂时
的扩展路径较平直，裂纹面相对比较平整。另外该 图 1 黏接前加工了不同宽度线槽的炸药试件实物
表1 裂纹1~裂纹8的槽宽实际值
项目 裂纹1 裂纹2 裂纹3 裂纹4 裂纹5 裂纹6 裂纹7 裂纹8
槽宽/mm 0.020 0.086 0.168 0.326 0.018 0.085 0.163 0.316

1.3 测量方法
在微米CT设备上开展样品的CT扫描成像试
验。主要改变的检测参数为射线源能量（检测电压、
检测电流）和射线源‒探测器距离 （S DD ），单幅投影
图采样曝光时间为3 s，样品旋转360°，投影图采样
数为1 601。
CT检测原理与几何放大成像示意如图2，3所
示。由图3可见， 射线源固定，通过调节S DD 及S OD （射 图 2 CT 检测原理示意
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2024 年 第 46 卷 第 7 期
无损检测