随着现代化武器弹药向高效毁伤、高战场生存能力和高可靠性方向发展，对武器中的关键材料含能材料提出了更高的要求，要求武器装药采用高能低易损炸药装药[1]。近年来，新型含能材料的开发和应用得到了快速发展，国内外也研发出了多种成型技术，但对于炸药装药成型过程方面的研究，虽然得到了一些学者的关注，目前仍然沿用传统的装药成型技术工艺，导致战斗部装药密度低、缺陷弊病多、成分分布不均、残余应力大等问题，致使武器弹药安全性差，毁伤效能无法实现最大化，不能保证高战场生存能力[2]。究其根源是对于成型过程中存在的演化规律和变化机制研究缺乏一些有效的解决方法。
为了提高装药的质量，减少装药弊病，国内外学者在装药工艺工况优化、成型质量监测技术等方面开展了大量研究，但未完成熔铸工艺与装药缺陷影响规律的系统研究，对缺陷形成机制了解不够深入，尚不能实现装药的精密成型控制，只能通过反复尝试来解决密度不均、孔隙、间隙和孔洞、裂纹等缺陷，极大地浪费资源和增加新熔铸载体应用中的安全隐患。且装药质量的优劣多在装药成型以后，通过检测手段获得，缺少预判性。关于熔铸炸药装药过程监测方法的基础研究，近十年内，数值模拟方面较为活跃，实验方面由于受到监测主体特性的影响报道较少。可见，研究炸药成型过程演变规律、建立熔铸工艺与装药缺陷的关联关系迫在眉睫。
基于目前国内外相关研究成果基础，首先综述了已有炸药熔铸装药工艺研究进展，通过分析装药工艺与成型质量的关系，进而探讨了影响熔铸装药成型质量的因素，并明确了质量表征的参数。在此基础上，从装药质量的直观可视化和非可视化2个方面，总结了现有监测技术在熔铸炸药质量监测中的应用及发展，最后分析了炸药熔铸装药成型过程结构损伤监测中存在的问题，展望了熔铸装药成型质量监测方法的发展趋势，以期为新型熔铸载体装药设计提供技术手段。
基于注装法本身性质，熔铸装药的特点与其他装药方法不同，过程均伴随着物态、热量和体积变化，正因为如此，药柱会产生粗结晶、气孔、缩孔和裂纹等弊病，影响炸药性能和使用安全性。在实际研发生产中，改善装药质量的方法通常是通过控制装药工艺方法及工艺参数来实现。
熔态炸药不经过任何处理就倒入弹体或模具内，自然的凝固顺序是由外及里，一层层地凝固。对于大体积装药而言，空气骤冷，体积收缩，又无熔态炸药继续补充，极易形成装药弊病。
Sun等[3]研究TNT在圆筒中的凝固过程，表明采取冒口和圆筒上部加热的成型药柱质量优于仅对圆筒底部和下部加热的效果。Kumar等[4]研究了TNT熔铸炸药的凝固周期和冷却温度随时间和空间的变化规律，指出采取降温介质温度恒定的降温方式能有效提高装药密度、降低孔隙率。Xu等[5]对比了多种注装药在梯度降温凝固和自然冷却凝固的药柱质量，表明采取梯度降温方式能显著改善熔铸产品质量。针对熔铸炸药凝固后的缩孔缺陷问题，Mudryy等[6]提出了水浴定向凝固工艺：凝固过程处于液面逐渐上升的冷水浴中，通过逐层增大系统与外界的换热效率可将缩孔引至表面。在上述研究基础上，Sun等[7]，Larsson等[8]分别对PAX炸药和B炸药实施了冒口和模具上部保温、水浴定向凝固方法，得出该工艺能降低PAX炸药熔铸过程应力水平，有效控制间隙的形成，有效防止B炸药浇注气泡的产生。Mudryy等[9-10]在主动冷却加热控制定向凝固技术的基础上，增加了机械振动，结果表明该装药工艺能减少由于大温度梯度而形成的过大热应力，控制收缩形状，并有效减少凝固过程的缺陷(裂纹、气孔和缩孔、间隙分离)。因此，控制降温方式能有效改善装药质量，但暂无不同降温方式对装药质量影响的对比研究报道。
此外，黄勇等[11]探索了加压条件对装药内部质量影响规律，表明加压凝固成型工艺能有效消除熔铸炸药的缩孔缺陷。蒙君煚等[12]对比研究压力浇铸与真空浇铸成型工艺对DNAN基熔铸炸药温度场、缩孔疏松、相对密度及抗拉强度的影响规律。朱锦书等[13]通过一种DNAN基某型弹药战斗部装药，给出了在不同梯度护理参数、不同搅拌速度、不同用药比例情况下的装药变化和装药质量。金大勇等[14]以典型的2，4-二硝基苯甲醚(DNAN)基热塑态熔铸炸药—MX-2为研究对象，指出药浆温度、真空处理时间和真空度对装药质量有着重要影响，影响的显著性顺序为：真空处理时间>真空度>药浆温度。
据此可知，采取冒口保温、控制降温方式、振动、加压和抽真空等工艺方法，均能一定程度上改善装药弊病。除此之外，采取不同壳体材料[15]、热探针[11]和浇注温度[2]也会影响凝固过程的物理参数的变化和成型质量。
炸药装药损伤形成因素来自于多个方面，有的是成型前就存在的，如晶体自身缺陷、配方配比等，有的是成型过程中产生的，如降温方式、抽真空与否等，有的则是成型后由于使用及储存环境等因素引起的[16]。
而熔铸炸药在凝固过程中，影响装药质量的工艺工况参数诸多，为了得到无弊病的优质药柱，这就需要在认识和掌握注装过程的基本规律同时，明确减少装药弊病的关键工艺参数。结合上述研究进展分析，影响装药过程质量的工艺方法有：
1) 冒口及条件：合适尺寸冒口的保温可以保证炸药在凝固过程中能及时流到体积收缩而可能形成的缩孔处，达到补缩作用。要求冒口形状尽可能维持较小的散热速度，冒口高度及容积要合理。
2) 降温条件：参量控制合理，能显著减小甚至消除缩孔、裂纹及底隙等装药弊病。通过控制降温速率、热流导出方向，以期实现定向凝固。热流方向常采用整体降温、冷却介质液面逐渐上升降温，降温方式一般采用冷却介质温度恒定和梯度降温。
3) 振动、抽真空或加压：熔态炸药中存在气体且凝固前未能及时逸出会形成气孔。消除气孔可采取抽真空、振动浇注和压力注装等方式。
4) 保温时间：包括熔态炸药浇注到模具内保温时间，冒口加热的保温时间，模具非冷却区域的保温时间。
从宏观角度，装药质量的优劣由装药工艺方法及工艺参数控制决定；从微介观角度，是受熔铸炸药凝固成型过程的物理参数的影响，主要有熔铸体系内部温度场、应力应变场、流变性、密度场以及装药缺陷形成过程、缺陷类型、尺度及其分布等。长期以来，通过对装药成型体最终质量检测结果进行推演，来获得成型过程中炸药内部缩孔、气孔、缩松的演化规律预测，若能通过有效的成型过程监测方法，建立起装药内部温度场、应变场及相界面迁移与成型过程损伤的联系，则有助于深化炸药熔铸成型机理的分析，实现装药的精密成型控制，优化装药工艺工况。
随着信息发展的越发便捷，交叉学科研究的不断深入，其他领域的技术、研究思路不断引入含能材料，炸药装药损伤检测方法的研究已成为研究热点。国内外关于结构损伤检测方法有超声、声发射、X射线衍射、CT扫描等直接可视化方法，还有通过测量体积、弹性模量泊松比等的变化来定性评价损伤的非可视化间接方法，这些方法多用于炸药成型体的检测[17]。近些年，国内外学者探索性地将热电偶、光纤光栅、应变片、流变仪等应用炸药熔铸成型过程研究，取得了不少成果，特别是从微介观尺度开展成型过程温度变化、应力应变变化、液固相变、密度的分布和界面流动等方面的研究，不仅对认识炸药熔铸时内部的形态学、运动学等信息有所帮助，更对建立与装药缺陷损伤的联系意义非凡。
注装药直观可视化检测方法多集中在X射线、超声波、工业CT和声发射等，检测的目的通常是为了获得成型体缺陷类型、尺度及其分布图像。虽然，这些方法不适用于进行熔铸成型过程的缺陷形成机制的研究，但基于这些方法的无损性、可视化优点，仍广泛用于成型药柱质量的鉴定和成型后药柱损伤演化研究。
3.1.1 X射线
X射线照相是根据试样完好部位和缺陷部位对X射线吸收衰减程度不同，来检测缺陷大小和分布的技术[18]。目前，X射线照相技术的空间分辨率可达微米量级，响应速度可达秒级，可实时检测。X射线照相技术广泛应用于药柱内部气孔、夹杂、疏松等体积缺陷和包覆层/药柱粘接面的分离等面积缺陷的检测。
Drodge等[19]使用X射线显微断层摄影法对外加压力情况下造成PBXs炸药内部损伤的形成和性质进行跟踪。张丽涵等[20]采用X摄像切向照相技术，对推进剂装药包覆层/药柱粘结界面脱粘缺陷进行检测。程晋明等[21]使用X射线同轴相衬成像方法，对不同压力作用下PBX炸药内部缺陷从无到有、从小到大的准静态扩展过程进行了观察。
X射线照相技术是穿透法检验，适合于大体积样品检测，检测时要求接近工作的两面表面光滑，对于厚璧、内部液态的样品和表面细小裂纹检测灵敏度差。
3.1.2 工业CT
工业CT的检测原理属于X射线，但是X探伤是定性分析，工业CT是定量分析，不仅可以确定有无缺陷，还可以确定尺寸大小，具有空间分辨率高且各向同性的优点。自80年代我国开始引进医用CT对炸药部件及导弹装药的无损检测可行性研究以来[18]，现已在火炸药装药相对密度差、装药内部缺陷检测及测量方面应用广泛。
罗一鸣等[25]利用工业CT分别对熔铸成型DNAN及TNT药柱内部凝固缺陷情况进行观测。田勇等[26]采用微焦点CT(μCT)成像技术分别对TNT基炸药熔铸结晶成型过程与缺陷进行了分析和定量。
至今，CT扫描成像技术已用于定量、实时、微观地描述炸药熔铸成型过程的结晶、收缩和密度分布特征，由于受设备舱室限制，适用于尺寸较小的样品检测，具有检测成本高、立体图像重建需要时间等缺点。
3.1.3 超声波
超声波探伤是利用超声波反射回来的能量大小与交界面两边介质声阻抗差异与交界面取向、大小有关的特点来进行探伤。超声波在介质中传播有多种波形，如纵波、横波、表面波和板波，根据检测缺陷类型不同，不同波形在含能材料中均有应用，基于超声波成像方法所得结果直观、定量，波声方向性好等优点，长期以来被用作静态检测产品质量和缺陷。
ZHANG等[22]利用多通道超声波透射技术对熔黑梯炸药熔铸凝固成型过程内部质量进行了监测。但常规超声波检测时需要利用耦合剂或液态介质作为传播介质，耦合剂的使用不但会使检测系统更加复杂，而且会在一定程度上污染检测面。近几年发展起来的非接触空气耦合超声检测技术具有非接触、非破坏、非侵入及安全无害等特点，具有很好应用前景[23]。2019年，Li等[24]采用空耦超声兰姆波技术对单晶硅太阳能电池裂纹进行检测。随着高功率检测系统和高性能空气耦合超声换能器等技术壁垒的解决，空气耦合超声技术在装药缺陷检测方面将有较大应用前景。
相比工业CT，超声波探伤技术具有操作简单方便、检测成本低、可连续动态及重复扫描等特点。缺点是不同的缺陷种类仍需要选择不同的仪器和波形进行检测。
3.1.4 声发射
声发射是通过对成型后样品损伤(微裂纹、孔洞等)演化过程中释放的弹性应力波的鉴别来探测损伤的位置、类别及其演化，实现在线监测。Wang等[27]利用声发射(AE)结合数字图像(DIC)方法对PBX炸药在单轴压缩下的损伤进行测试。但由于传统的声发射信号是由压电传感器(PAZ)检测，存在体积大、电路放电等安全风险，虽在注装药中有应用，但多以炸药代用材料进行研究，一定程度上制约了其应用。2018年，Fu等[28]采用断铅实验方法研究了光纤Bragg光栅(FBG)-AE监测PBX的损伤定位方法，但并未开展PBX实际损伤破坏在线监测研究。2020年，邱芷葳等[29]利用FBG-AE系统，开展了PBX单轴拉伸、压缩及断铅试验的实际研究，并对比了FBG和PAT 2种传感器的信号特征，指出FBG-AE监测系统还存在解调方法完善、扩宽检测范围及提高损伤定位精度等问题。现阶段，声发射技术主要通过研究加载条件下声发射信息的变化，来进行损伤演化分析。
声发射技术是一种动态的、被动监测技术，不适用于缺陷尺寸不变的情况。基于原理分析，声发射技术应用于炸药熔铸装药过程监测具有一定可行性。
炸药熔铸成型过程中，涉及炸药温度、应力应变场、流变场等的变化，大量研究表明，这些参量的变化将直接显著影响炸药熔铸成型过程的凝固规律、收缩规律、缺陷形成机制和演变规律。因此，开展温度场、应变场、流变场参量监测技术研究，有助于控制炸药熔铸成型质量，建立与装药缺陷损伤联系。
3.2.1 电阻应变片
电阻应变片作为传统的传感元件，具有分辨率高、尺寸小、测量范围大等特点，常被用于工程结构应变和应力的检测，也有相关学者将其引入炸药熔铸过程内部应变场监测。董明等[30]通过在模具中预埋入应变传感器的方法，对炸药浇注过程中的热应力实现间接测量，进而分析了炸药内部收缩应力对裂纹产生的影响。冯晓军等[31]采用温度补偿的应变片对浇注炸药固化过程药柱内部应力进行测量。
电阻应变片用于炸药凝固过程应变场监测，存在应力求解过程需推算、修正较为复杂，系统流通电流等问题，将其应用于火炸药研究存在安全性隐患。
3.2.2 热电偶
热电偶接触式测温法因其简洁性和精准性，是工业测温最常用的方法之一。国内外多个学者利用热电偶监测炸药熔铸过程内部温度，如Mudryy等[10]、Sun 等[32]采用热电偶研究了不同冷却条件对温度场的影响，并得出定向固化，有助于减少大温度梯度造成的过大热应力，进而控制收缩形状、减少与凝固相关的缺陷；Kumar等[4]通过将6个热电偶温度传感器沿装药直径插入等距径向点，监测TNT基熔铸炸药的凝固周期和冷却温度随时间和空间的变化规律，分析了温度对装药质量的影响；刘瑞鹏等[33]通过热电偶测量了TNT、DNAN和DNTF熔铸载体炸药凝固过程中温度及缩松规律。
热电偶法用于炸药凝固过程温度场监测，具有热电偶与炸药直接接触，不受中间介质影响，且具有测量范围广等优点。但存在测试元件体积较大、安装不便，温度响应较慢、灵敏度较低，系统线路复杂且引进、出导线极多影响温度场，系统流通电流影响试验安全性等缺点。
3.2.3 光纤光栅
鉴于电阻应变片和热电偶在炸药凝固过程监测中存在的问题，光纤光栅传感器具有显著的优势，如在易燃易爆环境下使用，其可靠性高、寿命长，能进行长期安全检测，具有响应时间快、体积小(直径只有150～200 μm)等特点。近年来，被引入炸药熔铸装药凝固过程温度场、应变场、爆速等监测，具有较好的应用前景。
马松等[34]用封装的光纤Bragg光栅传感器(FBG)对熔铸炸药凝固过程的温度场进行了测试，分析缩孔形成与温度的关系。Benterou等[35]采用啁瞅布拉格光纤光栅测量炸药高爆轰过程中的爆速，可测量约10 mm/μs的内部爆轰速度。Shree等[36]得到了波长偏移对TNT等炸药应变和温度敏感型的影响，提出FBG结构用于爆炸物的探测和分析是未来发展方向。
3.2.4 流变仪
长期以来，流变仪主要用于材料、食品等行业，自Larsen等[37]发现主装药表观粘度与弹头装药产品质量相关，炸药熔融体系的流变性研究才开始得到关注。Guillemin 等[38]提出了钝感炸药熔铸过程的流动时间模型，并指出了熔铸悬浮液粘度与固含量、最大装填密度和熔铸载体粘度之间的函数关系。Pelletier等[39]研究了DNAN基熔铸炸药的表观粘度和沉降特性，同时研究了其流动性。蒙君煚等[40]采用数字粘度仪，研究了不同物料状态下DNAN/HMX悬浮体系的表观粘度，并通过颗粒级配使其固含量达到80%而保持良好的流动性。
熔铸炸药的流变性影响其制备、运输和储存，研究熔铸炸药的流变性能是完善装药工艺的前提，是提高熔铸炸药固含量的基础。
炸药成型体的监测主要采用直接可视化方法，工业CT仍是缺陷类型、尺度及分布定量监测的必要方法；光纤光栅法是研究装药成型过程温度场、应变场的不二之选；流变仪是揭示凝固过程固液界面特性的必要检测手段，能为高固含量熔铸炸药研究提供基础。因此，开展熔铸炸药装药结构损伤实时监测研究是解决未来熔铸装药工艺技术难题的有效手段。目前，炸药熔铸装药成型质量监测研究尚存在以下问题：多参量耦合的熔铸成型全过程动态实时测试系统及方法未建立，缺陷形成机制暂不完善；已有凝固过程实时监测方法由于各种问题而未得到广泛推广；凝固过程关键参量、装药成型体质量检测结果和装药工艺变量三者的关联性不明确。建议下一步深入研究：
1) 探索非接触空气耦合超声波动态实时测试系统和方法，论证应用于炸药熔铸成型过程中的可行性。
2) 进一步完善光纤光栅温度场、应变场监测方法，突破光栅仅能进行轴向拉压应变监测的限制，开展三维光纤光栅传感器布设，实现全方位温度场、应变场实时测量，并广泛推广光纤Bragg光栅法在新熔铸载体中的应用。
3) 结合现有监测方法，深入开展工艺工况变量对成型过程各参量的影响研究，建立各装药特性参数与成型参数的关联，分析成型过程工艺条件和工况对这些参数的影响规律、各种缺陷形成的机制及主要影响因素，优化工艺过程和实现装药精密成型控制。
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