無槽彈帶徑向摩擦焊裝配技術(shù)研究與應(yīng)用

【摘 要】通過對無槽彈帶摩擦焊裝配工藝的研究和試驗，滿足產(chǎn)品性能和使用要求，掌握了這一技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】無槽彈帶 摩擦焊 固相焊

一、研究背景

“遠程壓制、精確制導(dǎo)、高效毀傷”是先進彈藥發(fā)展的主要趨勢。

彈帶與彈體的裝配，傳統(tǒng)辦法是在彈體上加工一定深度的彈帶槽，采用機械壓嵌工藝。這樣彈帶槽部位就成了彈體壁厚最薄弱之處，為了保證強度，只好增加壁厚，造成內(nèi)腔容積減小，使得裝藥量減少，影響了彈的射程或威力。

采用熔化焊或固相焊技術(shù)，可以不開彈帶槽，能增加炮彈內(nèi)膛容積，提高推進劑及裝藥量，實現(xiàn)122、152、155mm等多種口徑彈遠程、制導(dǎo)、高殺傷威力。

彈帶摩擦焊技術(shù)為固相焊技術(shù)，焊接過程中彈帶不熔化，焊接接頭中不存在混合組織，其接頭強度最高，質(zhì)量穩(wěn)定，工藝簡單，是最好的工藝技術(shù)。由于摩擦焊簡單、高效、環(huán)保，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，適用焊接材料廣，最適于環(huán)形工件的連接，是國際上最重視的無槽彈帶裝配技術(shù)。應(yīng)用摩擦焊接彈帶，改善戰(zhàn)斗部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。155mm榴彈增加裝藥量17%，提高毀傷威力30%以上。挪威HEER Mk2 155mm榴彈，TNT裝藥量增加了7%以上，當(dāng)采用破片特性更好的彈丸殼體材料（AISI 437），毀傷威力提高了約50%。采用彈帶摩擦焊技術(shù)，改善增程發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、增大發(fā)動機容積15%，提高炮彈射程15%以上。應(yīng)用無槽彈帶裝配后：南非DENEL公司的155mm增程炮彈的增程率為75%，射程達到52.5km；國內(nèi)外貿(mào)155采用底排火箭復(fù)合增程，最大射程為50.2 km。

二、工藝試驗

我們在某產(chǎn)品的研制中，采用了無槽彈帶摩擦焊裝配工藝，進行了工藝研究和性能試驗，取得了成功，掌握了這一技術(shù)。

（一）焊前彈帶厚度?？紤]與機械壓嵌工藝接近，開始采用與壓嵌同樣尺寸的銅環(huán)。試驗表明：采用相應(yīng)的技術(shù)措施，這種彈帶也能焊出滿足使用要求的產(chǎn)品。因為銅環(huán)太薄（最厚不超過3.5mm），要保證產(chǎn)品使用尺寸，給焊接的燒損量限制在1.4mm以內(nèi)，對焊接參數(shù)要求極嚴，不能滿足大批量生產(chǎn)需要。要保證大批量生產(chǎn)時彈帶焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，給焊接的燒損量必須大于2.4mm。也就是小口徑炮彈不能使用壓嵌彈帶所用銅環(huán)，必須增加銅環(huán)厚度；大口徑彈的彈帶較厚，可以直接使用壓嵌彈帶所用銅環(huán)。

（二）焊前彈帶寬度。為保證彈帶使用范圍內(nèi)的焊接質(zhì)量，曾經(jīng)進行加寬彈帶（加寬1～2mm）試驗。由于摩擦焊過程中銅環(huán)兩端存在1mm左右的壓延，壓延部位有50%以上是焊好的。因此，采用與彈帶使用寬度一樣的銅環(huán)，能排除摩擦焊的邊緣效應(yīng)，保證彈帶的焊接質(zhì)量。

（三）焊前彈帶硬度。機械壓嵌彈帶使用的是退火銅環(huán)（軟態(tài)），通過機械收帶使其變形強化。摩擦焊彈帶因其焊接時間短，熱影響區(qū)域很小，不影響原始材料性能。因此，應(yīng)用摩擦焊裝配彈帶，應(yīng)該用彈帶使用狀態(tài)的銅環(huán)。

三、應(yīng)用現(xiàn)狀

用90黃銅彈帶的焊接接頭剪切強度大于188MPa，超過彈帶接頭的計算強度指標(biāo)。焊接過程簡單，焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定可靠。通過對射擊試驗回收彈的檢查表明：摩擦焊接彈帶接頭牢固，刻痕正常，滿足彈帶使用要求。通過兩批共5000發(fā)彈的生產(chǎn)考核。

四、技術(shù)優(yōu)勢

（一）接接頭強度高。摩擦焊是焊接材料不熔化的焊接方式，焊接時間小于1S，不影響母材的原始性能，彈帶焊接接頭強度高于188MPa，等于或高于母材強度。所有在研的無槽彈帶裝配技術(shù)中接頭強度最高。

（二）接頭質(zhì)量控制方法簡單、可靠。由于用摩擦焊裝配彈帶僅有一道工序，只要控制摩擦焊一道工序的質(zhì)量，就保證了產(chǎn)品質(zhì)量。摩擦焊焊接接頭質(zhì)量是通過監(jiān)測摩擦焊的燒損量來保證。通過試驗確認最佳燒損量范圍。焊接過程中，燒損量處于確認的最佳燒損量范圍內(nèi)的產(chǎn)品為合格產(chǎn)品。摩擦焊裝配彈帶的質(zhì)量保證方法為：

1.焊接參數(shù)保證。在焊接過程中監(jiān)測焊接參數(shù)，保證所有交驗產(chǎn)品的焊接燒損量在試驗確定的最佳燒損范圍內(nèi)。超出最佳燒損范圍產(chǎn)品，通過無損檢測手段進行質(zhì)量確認。

2.破壞性抽檢。在參數(shù)保證的前提下，參照機械壓嵌彈帶的質(zhì)量檢測方式：生產(chǎn)前三件通過擠剪試驗確認設(shè)備狀態(tài)，生產(chǎn)過程中按比例抽檢確認產(chǎn)品質(zhì)量。

試驗證實：采用上述方法，徑向摩擦焊技術(shù)焊接彈帶可以保證產(chǎn)品交驗合格率100%。

（三）焊接質(zhì)量穩(wěn)定。通過5000件產(chǎn)品連續(xù)焊接考驗，從外觀看，焊接燒損的一致性非常好。根據(jù)徑向加壓光柵尺記錄的加壓活塞軸向位移數(shù)據(jù)，焊接過程中加壓活塞軸向位移波動≤±2mm，換算徑向燒損量波動≤±0.3mm。摩擦焊燒損量穩(wěn)定，就保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。

（四）有利炮彈性能優(yōu)化。用摩擦焊焊接彈帶的焊接時間小于1秒，焊接熱影響區(qū)非常小（<0.5mm），且晶粒細化。實際分析檢測表明：用摩擦焊技術(shù)裝配彈帶，不改變炮彈原始性能（彈體和彈帶），焊后不需要任何特殊處理。設(shè)計人員可以根據(jù)需要優(yōu)化設(shè)計炮彈、選擇材料和加工工藝，不需要顧慮焊接彈帶工序的影響，這是摩擦焊技術(shù)獨有的優(yōu)勢。

（五）工序簡單。彈帶摩擦焊只需設(shè)備一臺，只有一道工序。有機械壓嵌系統(tǒng)的工廠，直接用摩擦焊機替代開槽、滾花、壓帶設(shè)備，不改變原生產(chǎn)線配置和工序。

（六）操作簡單。技術(shù)人員將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置好后，只需根據(jù)工作強度配相應(yīng)數(shù)量的設(shè)備操作工和輔助工。

（七）節(jié)能環(huán)保綠色技術(shù)。用徑向摩擦焊裝配彈帶，焊接時間短（小于1s），母材不熔化，能耗很低；不用化學(xué)試劑，不污染環(huán)境，符合國際發(fā)展趨勢，是典型的節(jié)能環(huán)保綠色技術(shù)。

（八）附加功能。慣性摩擦焊技術(shù)還可以用于大口徑炮彈連接，簡化加工難度，降低制造成本。