分離裝置中導(dǎo)爆索與削弱槽對(duì)中度射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

劉 偉 黃紹宇 白 冰 劉大亮 胡文剛 羅京敏 張 琳

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分離裝置中導(dǎo)爆索與削弱槽對(duì)中度射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)

劉 偉 黃紹宇 白 冰 劉大亮 胡文剛 羅京敏 張 琳

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

概述了導(dǎo)爆索與削弱槽對(duì)中度的檢測(cè)方法，詳細(xì)論述了影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性及改進(jìn)控制方法，并介紹了實(shí)現(xiàn)透照過(guò)程的量化控制方法，為提高檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率提供了方法和參考。

X射線(xiàn)檢測(cè)；分離裝置；導(dǎo)爆索；削弱槽；對(duì)中度

1 引言

火箭的級(jí)間分離、航天器的分離、有效載荷的分離釋放，都是通過(guò)分離裝置將連接結(jié)構(gòu)切割開(kāi)[1，2]。目前的分離裝置是通過(guò)火工品爆炸分離，具有可靠性高、能率大、作用速度快、體積小等特點(diǎn)[3，4]。分離裝置中導(dǎo)爆索與殼體削弱槽是否對(duì)齊，是決定產(chǎn)品能否成功分離的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，當(dāng)導(dǎo)爆索的相對(duì)削弱槽出現(xiàn)較大偏移量時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致分離失敗。因此，航天產(chǎn)品對(duì)二者對(duì)齊程度有較高要求，相應(yīng)地對(duì)檢測(cè)工作也有較高要求。

分離裝置中導(dǎo)爆索與削弱槽的中心線(xiàn)偏離程度用對(duì)中度表示，對(duì)中度越大，二者偏離越大。由于導(dǎo)爆索處于密封裝置內(nèi)不可見(jiàn)，目前是通過(guò)特定產(chǎn)品標(biāo)定削弱槽，利用X射線(xiàn)的穿透特性進(jìn)行檢測(cè)[5]，然后從底片上觀察削弱槽和導(dǎo)爆索的相對(duì)位置。近幾年，隨著航天行業(yè)的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)品精度要求逐漸提高，需要更加準(zhǔn)確的X射線(xiàn)檢測(cè)對(duì)中度方法。

2 對(duì)中度透照檢測(cè)簡(jiǎn)介

圖1 殼體對(duì)中度檢測(cè)方法示意圖

導(dǎo)爆索與削弱槽的對(duì)中度檢測(cè)采用了X射線(xiàn)透照法，檢測(cè)方法如圖1所示，軸是殼體的中心軸，殼體中削弱槽構(gòu)成平面。檢測(cè)時(shí)，射線(xiàn)機(jī)頭在軸上，機(jī)頭的射線(xiàn)源置于檢測(cè)面圓心位置處，周向射線(xiàn)機(jī)在水平面（面）發(fā)出射線(xiàn)束，射線(xiàn)束垂直射入殼體。射線(xiàn)束穿過(guò)導(dǎo)爆索和削弱槽上的標(biāo)記物，在底片上分別呈現(xiàn)出窄的亮帶和寬的亮帶[6]。通過(guò)測(cè)量、計(jì)算確定兩條亮帶的相對(duì)位置，從而確定導(dǎo)爆索和削弱槽是否存在偏移。

3 影像測(cè)量的改進(jìn)與提高

3.1 削弱槽的標(biāo)記及改進(jìn)

使用射線(xiàn)對(duì)導(dǎo)爆索的對(duì)中度檢測(cè)時(shí)，導(dǎo)爆索會(huì)在底片上留下影像，而削弱槽必須使用輔助標(biāo)記物，才能在底片留下影像，通過(guò)標(biāo)記物間接測(cè)量出削弱槽中心線(xiàn)。如圖2所示，通常使用鎢泥進(jìn)行填充，鎢泥在底片上留下的影像即可反映削弱槽的位置和寬度。由于削弱槽兩邊緣逐漸變淺，填入?yún)⒄瘴飼r(shí)邊緣填充難以保證精確，且射線(xiàn)穿透厚度減小，在底片上顯現(xiàn)的削弱槽邊緣影像不清晰（如圖3），影響測(cè)量削弱槽中心線(xiàn)的準(zhǔn)確性。

圖2 削弱槽參照標(biāo)記示意圖

圖3 削弱槽底片影像參照標(biāo)記示意圖

現(xiàn)階段削弱槽標(biāo)記方法，存在效率低，影響邊緣難以測(cè)量等問(wèn)題。因此，結(jié)合鋁制殼對(duì)射線(xiàn)能量的吸收程度[6]，選擇不銹鋼作為新的標(biāo)記物材料，同時(shí)，考慮現(xiàn)階段削弱槽弦長(zhǎng)，設(shè)計(jì)并制作了圓柱作為標(biāo)記試塊。如圖4所示，其標(biāo)記示意圖和底片影像結(jié)果說(shuō)明該標(biāo)記方式簡(jiǎn)單有效，免去了使用鎢泥的不便，并提高了檢測(cè)精度。

圖4 新標(biāo)記物進(jìn)行透照檢測(cè)結(jié)果

3.2 對(duì)中度的測(cè)量

在以往的測(cè)量過(guò)程中，通常只測(cè)量一次導(dǎo)爆索及削弱槽的影像寬度，然后計(jì)算它們的差值，看寬度差是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法受主觀影響較大，因此改進(jìn)測(cè)算方法，在影像兩端各取一個(gè)測(cè)量點(diǎn)后進(jìn)行均值計(jì)算，如圖5所示，測(cè)量?jī)晌恢锰幍牡闹担?dāng)導(dǎo)爆索出現(xiàn)安裝偏差后，即可通過(guò)公式：=（或）-（-）/2，得出導(dǎo)爆索和削弱槽之間的對(duì)中度。

圖5 對(duì)中度測(cè)量

4 透照檢測(cè)的準(zhǔn)確性控制

4.1 射線(xiàn)源偏移對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響分析

圖6 殼體對(duì)中度透照的位置示意圖

X射線(xiàn)透照時(shí)，要求射線(xiàn)源在中心軸上，射線(xiàn)束中心線(xiàn)在檢測(cè)平面內(nèi)，即射線(xiàn)源在圖6中原點(diǎn)處，當(dāng)射線(xiàn)源偏離原點(diǎn)后，將對(duì)導(dǎo)爆索對(duì)中度檢測(cè)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

圖7 透照焦距變化的對(duì)中度檢測(cè)影響示意圖

實(shí)際透照工作中，射線(xiàn)源難以準(zhǔn)確置于原點(diǎn)位置處，通過(guò)分析射線(xiàn)源偏離原點(diǎn)程度對(duì)導(dǎo)爆索對(duì)中度檢測(cè)準(zhǔn)確性的影響，考慮以下三種產(chǎn)生透照偏差的情況：

a. 射線(xiàn)源與檢測(cè)面同面不同軸，射線(xiàn)源在檢測(cè)面內(nèi)，射線(xiàn)束與檢測(cè)面在同一平面，但射線(xiàn)源不在中心軸上。從圖7可見(jiàn)，射線(xiàn)源由于誤差從移至′，但是底片上導(dǎo)爆索和削弱槽影像的中心線(xiàn)并無(wú)變化，因此，焦距的變化對(duì)削弱槽和導(dǎo)爆索的對(duì)中度檢測(cè)結(jié)果影響較小。

b. 射線(xiàn)源與檢測(cè)面同軸不同面，射線(xiàn)源在中心軸軸方向出現(xiàn)偏離，射線(xiàn)束不在平面內(nèi)。如圖8a所示，殼體壁厚為，焦距為，導(dǎo)爆索半徑。射線(xiàn)源處于偏離位置′時(shí)，其透照幾何位置關(guān)系如圖8b所示，由此得出對(duì)中度測(cè)量偏差：

c. 射線(xiàn)源與檢測(cè)面不同軸不同面，射線(xiàn)源不在軸上，也不在平面上。根據(jù)圖9所示幾何位置關(guān)系圖得出：

在實(shí)際透照檢測(cè)過(guò)程中，透照焦距數(shù)值通常較大，而公式中的值較小，且的變化對(duì)透照偏差Δ影響較小，因此實(shí)際檢測(cè)工作中應(yīng)以調(diào)節(jié)值為主。此外，在設(shè)計(jì)允許的透照偏差范圍內(nèi)，在恒定的透照焦距下，可得出透照中的最大允許偏移量，用以指導(dǎo)檢測(cè)。

4.2 透照檢測(cè)的量化控制

目前，尚無(wú)可行方法確定對(duì)中度檢測(cè)時(shí)射線(xiàn)源的偏離程度，即檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性不可量化。因此需設(shè)計(jì)對(duì)比試塊以量化控制檢測(cè)精度。由理論分析可知，焦距的變化，因其遠(yuǎn)小于焦距值（＜0.01），故該因素對(duì)透照誤差影響極小，因此，在設(shè)計(jì)對(duì)比試塊以量化射線(xiàn)源偏差時(shí)，忽略該因素的影響。

根據(jù)射線(xiàn)透照檢測(cè)原理，要使底片影響能反映射線(xiàn)源的位置變化，通過(guò)對(duì)兩塊尺寸不同，且在射線(xiàn)方向上有高度差的材料同時(shí)進(jìn)行透照，當(dāng)射線(xiàn)源位置出現(xiàn)變化后，兩塊材料的底片影像的相對(duì)位置將會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化，從而反映射線(xiàn)源的位置偏離程度。針對(duì)透照條件，這兩種材料的射線(xiàn)穿透能力應(yīng)低于殼體的射線(xiàn)穿透能力，而使兩塊材料能固定相對(duì)位置的中間介質(zhì)，其射線(xiàn)穿透能力應(yīng)該較強(qiáng)，避免影響底片影像。

圖10 對(duì)比試塊對(duì)中度與產(chǎn)品對(duì)中度關(guān)系示意圖

其中：為射線(xiàn)源位置偏差，為透照焦距；為對(duì)比試塊厚度；為對(duì)比試塊的對(duì)中度偏差。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)階段分離裝置中導(dǎo)爆索與削弱槽的對(duì)中度檢測(cè)方法，改進(jìn)了檢測(cè)過(guò)程中削弱槽的標(biāo)定方式。在透照過(guò)程中，分析了射線(xiàn)機(jī)頭的偏離方向?qū)z測(cè)結(jié)果的影響程度，此外，針對(duì)射線(xiàn)機(jī)頭位置引起的透照偏差難以計(jì)量的問(wèn)題，提出了一種對(duì)比試塊，使得透照過(guò)程可量化控制。通過(guò)透照過(guò)程控制以及改進(jìn)削弱槽標(biāo)記物兩個(gè)方面，使導(dǎo)爆索與削弱槽的對(duì)中度檢測(cè)精度和效率大大提升，提高了分離裝置產(chǎn)品的成功率。

1 曹乃亮，董得義，李志來(lái). 基于形狀記憶合金的空間分離裝置研究進(jìn)展[J]. 航天返回與遙感，2014，35(5)：9～17

2 范新中，蘇晗，楊小龍. 一種航天線(xiàn)性分離裝置裝藥量可靠性設(shè)計(jì)及可靠性評(píng)定方法[J]. 導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)，2013(5)：63～65

3 Carpenter BF, Clark C R, Weems W. Shape memory actuated release devices[C]. Proceedings of SPIE 2721, 1996, 20～426

4 Moening C J. Pyroshock flight failures[C]. Proceedings of 31th Annual Technical Meeting of the Institute of Environmental Sciences, 1985, 21～26

5 董方旭，王從科，凡麗梅，等. X射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)在復(fù)合材料檢測(cè)中的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 無(wú)損檢測(cè)，2016，38(2)：67～72

6 彭帥軍，王凱，鄔海峰. 射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)在鋼材尺寸測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 無(wú)損檢測(cè)，2007，29(11)：679～681

X-ray Detection Technology of Degree of Center Alignment between Detonating Fuse and Weaken Groove in Separation Devices

Liu Wei Huang Shaoyu Bai Bing Liu Daliang Hu Wengang Luo Jingmin Zhang Lin

(Capital Aerospace Machinery Co., Ltd., Beijing 100076)

The method of detection for the degree of center alignment is introduced. The factors which influence the accuracy as well as how to control it are discussed. The method of quantitative control across in transillumination process is also introduced. The method and reference in this article are provided to improve the accuracy and efficacy of detection.

X-radiographic inspection；separation devices；detonating fuse；weaken groove；degree of center alignment

劉偉（1983），本科，無(wú)損檢測(cè)專(zhuān)業(yè)；研究方向：航天產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)。

2017-05-17