论文部分内容阅读
【摘 要】通过对无槽弹带摩擦焊装配工艺的研究和试验，满足产品性能和使用要求，掌握了这一技术。
【关键词】无槽弹带 摩擦焊 固相焊
一、研究背景
“远程压制、精确制导、高效毁伤”是先进弹药发展的主要趋势。
弹带与弹体的装配，传统办法是在弹体上加工一定深度的弹带槽，采用机械压嵌工艺。这样弹带槽部位就成了弹体壁厚最薄弱之处，为了保证强度，只好增加壁厚，造成内腔容积减小，使得装药量减少，影响了弹的射程或威力。
采用熔化焊或固相焊技术，可以不开弹带槽，能增加炮弹内膛容积，提高推进剂及装药量，实现122、152、155mm等多种口径弹远程、制导、高杀伤威力。
弹带摩擦焊技术为固相焊技术，焊接过程中弹带不熔化，焊接接头中不存在混合组织，其接头强度最高，质量稳定，工艺简单，是最好的工艺技术。由于摩擦焊简单、高效、环保，质量稳定可靠，适用焊接材料广，最适于环形工件的连接，是国际上最重视的无槽弹带装配技术。应用摩擦焊接弹带，改善战斗部的结构设计。155mm榴弹增加装药量17%，提高毁伤威力30%以上。挪威HEER Mk2 155mm榴弹，TNT装药量增加了7%以上，当采用破片特性更好的弹丸壳体材料（AISI 437），毁伤威力提高了约50%。采用弹带摩擦焊技术，改善增程发动机的结构设计、增大发动机容积15%，提高炮弹射程15%以上。应用无槽弹带装配后：南非DENEL公司的155mm增程炮弹的增程率为75%，射程达到52.5km；国内外贸155采用底排火箭复合增程，最大射程为50.2 km。
二、工艺试验
我们在某产品的研制中，采用了无槽弹带摩擦焊装配工艺，进行了工艺研究和性能试验，取得了成功，掌握了这一技术。
（一）焊前弹带厚度。考虑与机械压嵌工艺接近，开始采用与压嵌同样尺寸的铜环。试验表明：采用相应的技术措施，这种弹带也能焊出满足使用要求的产品。因为铜环太薄（最厚不超过3.5mm），要保证产品使用尺寸，给焊接的烧损量限制在1.4mm以内，对焊接参数要求极严，不能满足大批量生产需要。要保证大批量生产时弹带焊接质量的稳定性，给焊接的烧损量必须大于2.4mm。也就是小口径炮弹不能使用压嵌弹带所用铜环，必须增加铜环厚度；大口径弹的弹带较厚，可以直接使用压嵌弹带所用铜环。
（二）焊前弹带宽度。为保证弹带使用范围内的焊接质量，曾经进行加宽弹带（加宽1～2mm）试验。由于摩擦焊过程中铜环两端存在1mm左右的压延，压延部位有50%以上是焊好的。因此，采用与弹带使用宽度一样的铜环，能排除摩擦焊的边缘效应，保证弹带的焊接质量。
（三）焊前弹带硬度。机械压嵌弹带使用的是退火铜环（软态），通过机械收带使其变形强化。摩擦焊弹带因其焊接时间短，热影响区域很小，不影响原始材料性能。因此，应用摩擦焊装配弹带，应该用弹带使用状态的铜环。
三、应用现状
用90黄铜弹带的焊接接头剪切强度大于188MPa，超过弹带接头的计算强度指标。焊接过程简单，焊接接头质量稳定可靠。通过对射击试验回收弹的检查表明：摩擦焊接弹带接头牢固，刻痕正常，满足弹带使用要求。通过两批共5000发弹的生产考核。
四、技术优势
（一）接接头强度高。摩擦焊是焊接材料不熔化的焊接方式，焊接时间小于1S，不影响母材的原始性能，弹带焊接接头强度高于188MPa，等于或高于母材强度。所有在研的无槽弹带装配技术中接头强度最高。
（二）接头质量控制方法简单、可靠。由于用摩擦焊装配弹带仅有一道工序，只要控制摩擦焊一道工序的质量，就保证了产品质量。摩擦焊焊接接头质量是通过监测摩擦焊的烧损量来保证。通过试验确认最佳烧损量范围。焊接过程中，烧损量处于确认的最佳烧损量范围内的产品为合格产品。摩擦焊装配弹带的质量保证方法为：
1.焊接参数保证。在焊接过程中监测焊接参数，保证所有交验产品的焊接烧损量在试验确定的最佳烧损范围内。超出最佳烧损范围产品，通过无损检测手段进行质量确认。
2.破坏性抽检。在参数保证的前提下，参照机械压嵌弹带的质量检测方式：生产前三件通过挤剪试验确认设备状态，生产过程中按比例抽检确认产品质量。
试验证实：采用上述方法，径向摩擦焊技术焊接弹带可以保证产品交验合格率100%。
（三）焊接质量稳定。通过5000件产品连续焊接考验，从外观看，焊接烧损的一致性非常好。根据径向加压光栅尺记录的加压活塞轴向位移数据，焊接过程中加压活塞轴向位移波动≤±2mm，换算径向烧损量波动≤±0.3mm。摩擦焊烧损量稳定，就保证焊接质量的稳定。
（四）有利炮弹性能优化。用摩擦焊焊接弹带的焊接时间小于1秒，焊接热影响区非常小（<0.5mm），且晶粒细化。实际分析检测表明：用摩擦焊技术装配弹带，不改变炮弹原始性能（弹体和弹带），焊后不需要任何特殊处理。设计人员可以根据需要优化设计炮弹、选择材料和加工工艺，不需要顾虑焊接弹带工序的影响，这是摩擦焊技术独有的优势。
（五）工序简单。弹带摩擦焊只需设备一台，只有一道工序。有机械压嵌系统的工厂，直接用摩擦焊机替代开槽、滚花、压带设备，不改变原生产线配置和工序。
（六）操作简单。技术人员将系统参数设置好后，只需根据工作强度配相应数量的设备操作工和辅助工。
（七）节能环保绿色技术。用径向摩擦焊装配弹带，焊接时间短（小于1s），母材不熔化，能耗很低；不用化学试剂，不污染环境，符合国际发展趋势，是典型的节能环保绿色技术。
（八）附加功能。惯性摩擦焊技术还可以用于大口径炮弹连接，简化加工难度，降低制造成本。
【关键词】无槽弹带 摩擦焊 固相焊
一、研究背景
“远程压制、精确制导、高效毁伤”是先进弹药发展的主要趋势。
弹带与弹体的装配，传统办法是在弹体上加工一定深度的弹带槽，采用机械压嵌工艺。这样弹带槽部位就成了弹体壁厚最薄弱之处，为了保证强度，只好增加壁厚，造成内腔容积减小，使得装药量减少，影响了弹的射程或威力。
采用熔化焊或固相焊技术，可以不开弹带槽，能增加炮弹内膛容积，提高推进剂及装药量，实现122、152、155mm等多种口径弹远程、制导、高杀伤威力。
弹带摩擦焊技术为固相焊技术，焊接过程中弹带不熔化，焊接接头中不存在混合组织，其接头强度最高，质量稳定，工艺简单，是最好的工艺技术。由于摩擦焊简单、高效、环保，质量稳定可靠，适用焊接材料广，最适于环形工件的连接，是国际上最重视的无槽弹带装配技术。应用摩擦焊接弹带，改善战斗部的结构设计。155mm榴弹增加装药量17%，提高毁伤威力30%以上。挪威HEER Mk2 155mm榴弹，TNT装药量增加了7%以上，当采用破片特性更好的弹丸壳体材料（AISI 437），毁伤威力提高了约50%。采用弹带摩擦焊技术，改善增程发动机的结构设计、增大发动机容积15%，提高炮弹射程15%以上。应用无槽弹带装配后：南非DENEL公司的155mm增程炮弹的增程率为75%，射程达到52.5km；国内外贸155采用底排火箭复合增程，最大射程为50.2 km。
二、工艺试验
我们在某产品的研制中，采用了无槽弹带摩擦焊装配工艺，进行了工艺研究和性能试验，取得了成功，掌握了这一技术。
（一）焊前弹带厚度。考虑与机械压嵌工艺接近，开始采用与压嵌同样尺寸的铜环。试验表明：采用相应的技术措施，这种弹带也能焊出满足使用要求的产品。因为铜环太薄（最厚不超过3.5mm），要保证产品使用尺寸，给焊接的烧损量限制在1.4mm以内，对焊接参数要求极严，不能满足大批量生产需要。要保证大批量生产时弹带焊接质量的稳定性，给焊接的烧损量必须大于2.4mm。也就是小口径炮弹不能使用压嵌弹带所用铜环，必须增加铜环厚度；大口径弹的弹带较厚，可以直接使用压嵌弹带所用铜环。
（二）焊前弹带宽度。为保证弹带使用范围内的焊接质量，曾经进行加宽弹带（加宽1～2mm）试验。由于摩擦焊过程中铜环两端存在1mm左右的压延，压延部位有50%以上是焊好的。因此，采用与弹带使用宽度一样的铜环，能排除摩擦焊的边缘效应，保证弹带的焊接质量。
（三）焊前弹带硬度。机械压嵌弹带使用的是退火铜环（软态），通过机械收带使其变形强化。摩擦焊弹带因其焊接时间短，热影响区域很小，不影响原始材料性能。因此，应用摩擦焊装配弹带，应该用弹带使用状态的铜环。
三、应用现状
用90黄铜弹带的焊接接头剪切强度大于188MPa，超过弹带接头的计算强度指标。焊接过程简单，焊接接头质量稳定可靠。通过对射击试验回收弹的检查表明：摩擦焊接弹带接头牢固，刻痕正常，满足弹带使用要求。通过两批共5000发弹的生产考核。
四、技术优势
（一）接接头强度高。摩擦焊是焊接材料不熔化的焊接方式，焊接时间小于1S，不影响母材的原始性能，弹带焊接接头强度高于188MPa，等于或高于母材强度。所有在研的无槽弹带装配技术中接头强度最高。
（二）接头质量控制方法简单、可靠。由于用摩擦焊装配弹带仅有一道工序，只要控制摩擦焊一道工序的质量，就保证了产品质量。摩擦焊焊接接头质量是通过监测摩擦焊的烧损量来保证。通过试验确认最佳烧损量范围。焊接过程中，烧损量处于确认的最佳烧损量范围内的产品为合格产品。摩擦焊装配弹带的质量保证方法为：
1.焊接参数保证。在焊接过程中监测焊接参数，保证所有交验产品的焊接烧损量在试验确定的最佳烧损范围内。超出最佳烧损范围产品，通过无损检测手段进行质量确认。
2.破坏性抽检。在参数保证的前提下，参照机械压嵌弹带的质量检测方式：生产前三件通过挤剪试验确认设备状态，生产过程中按比例抽检确认产品质量。
试验证实：采用上述方法，径向摩擦焊技术焊接弹带可以保证产品交验合格率100%。
（三）焊接质量稳定。通过5000件产品连续焊接考验，从外观看，焊接烧损的一致性非常好。根据径向加压光栅尺记录的加压活塞轴向位移数据，焊接过程中加压活塞轴向位移波动≤±2mm，换算径向烧损量波动≤±0.3mm。摩擦焊烧损量稳定，就保证焊接质量的稳定。
（四）有利炮弹性能优化。用摩擦焊焊接弹带的焊接时间小于1秒，焊接热影响区非常小（<0.5mm），且晶粒细化。实际分析检测表明：用摩擦焊技术装配弹带，不改变炮弹原始性能（弹体和弹带），焊后不需要任何特殊处理。设计人员可以根据需要优化设计炮弹、选择材料和加工工艺，不需要顾虑焊接弹带工序的影响，这是摩擦焊技术独有的优势。
（五）工序简单。弹带摩擦焊只需设备一台，只有一道工序。有机械压嵌系统的工厂，直接用摩擦焊机替代开槽、滚花、压带设备，不改变原生产线配置和工序。
（六）操作简单。技术人员将系统参数设置好后，只需根据工作强度配相应数量的设备操作工和辅助工。
（七）节能环保绿色技术。用径向摩擦焊装配弹带，焊接时间短（小于1s），母材不熔化，能耗很低；不用化学试剂，不污染环境，符合国际发展趋势，是典型的节能环保绿色技术。
（八）附加功能。惯性摩擦焊技术还可以用于大口径炮弹连接，简化加工难度，降低制造成本。