[发明专利]一种软铁夹纯铜复合弹带的焊接方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及炮弹制造过程中的弹带焊接技术，具体涉及一种软铁夹纯铜复合弹带的焊接方法及其结构。

背景技术

钢基体表面堆敷合金结构广泛用于航空航天领域和兵器制造业领域，例如炮弹弹带的装配，国内炮弹弹带与弹体的传统连接方法为机械嵌合工艺，由于弹体上压弹带槽较深，不利于减少壁厚和增加装药量，以至影响爆破威力。新型弹种如末敏弹、子母弹、预制破片弹等若仍采用旧工艺则给总体结构设计造成极大的困难，这是新型弹弹体制造的关键瓶颈技术之一，研究新型焊接技术，改变现有嵌合工艺具有重大的实用价值。提高炮弹战斗力的关键技术是弹带装配技术，这是多年来困扰我国炮弹设计制造的技术难题，采用机械嵌合方式的弹带装配已经不能适应未来炮弹的发展趋势。而采用堆焊技术进行弹带装配可以从根本上避免上述缺点，并且弹带生产中采用堆焊技术还能减薄弹壁，避免了应力集中，增加了破片率，大大提高了炮弹的杀伤力；堆焊技术也减少了传统工艺的加工工序，减少生产时间和工作量，提高了生产率，降低材料消耗，节省成本；同时其还具有焊接工艺重复性好、易于实现自动化生产、连接可靠等优点。

鉴于采用焊接工艺进行弹带装配的显著优点，目前国内外部分研究机构开展的堆焊技术堆敷铜的研究，在焊接弹带方面已经进行了实际的应用，代替了传统工艺的机械嵌合方式的弹带装配。在弹带生产中采用焊接结构，焊接弹带不仅保留了收带式弹带的优点，还克服了收带式弹带的不足。首先焊接结构的弹带可以使弹壁得到减薄，增加弹体装药量，其次焊接结构的弹带与弹体间是冶金结合，连接稳固，再次采用焊接的方式制造弹带生产效率高，生产成本低，最后焊接结构的弹带使弹壁厚度均匀一致。

目前用于制造焊接弹带的材料主要是铜和软铁两种，两种材料的弹带有各自的优点：铜弹带的加工可以采用感应熔敷焊、径向摩擦焊、热丝TIG焊等工艺，其中热丝TIG焊的生产效率最高，弹带质量也较好。采用焊接结构的铜弹带，宏观上铜和钢制弹体间达到冶金结合，取代原来的机械结合，结合强度较高；微观上，焊接过程中由于泛铁效应，使得铜弹带的强度和硬度得到提高，而且可以通过调节焊接参数调节弹带的硬度。铜弹带焊接时也存在一些问题，首先异种材料物理性能差异大，可焊性差，易形成渗透裂纹；泛铁造成弹带硬度升高，控制不好造成硬度过高使弹带性能变差；铜材料本身质软，发射铜弹带的炮弹会导致膛线粘铜，造成污染，同时损失铜弹带，使得炮弹自身的闭气性变差；再有即是铜本身的成本较高，因此铜弹带的经济性差。堆焊是以基体作为一个电极，且电弧加热温度和热量不均匀，并且基体极易熔化。常规堆焊稀释率往往大于10％，即便是带极堆焊也有相当大的稀释率，渗铁成了堆焊工艺的技术难点与影响焊接性能的重要因素。而且由于铁与铜合金有较大的物理性能差异，当过量的铁进入铜合金层时，会在铜合金层内造成极大的应力集中及严重的渗透裂纹缺陷。同时，过量的铁还会使铜合金层的硬度急剧升高，使铜合金层的摩擦磨损性能发生极大改变。铜弹带的炮弹发射之后会有一部分铜残留在膛线上，因此在发射一定量的炮弹后时要进行除铜步骤，减低了发射效率。另外，铜作为一种有色金属，成本较高，焊接工艺也较为复杂。因此，针对铜合金焊接过程中容易出现的难熔合，热裂纹倾向大，接头性能下降等各种不利影响，尤其是泛铁造成堆焊层的硬度急剧增大，炮膛寿命下降。基于目前软铁弹带堆焊技术于国内空白的研究现状，在实际工业生产中选用工业软铁代替铜作为堆焊弹带的堆敷材料，不仅消除了铜钢焊接时由于界面差异带来的可焊性差的影响，还将填补了国内软铁堆焊弹带技术的空白，丰富并优化了弹带制造中的焊接工艺。况且，从经济角度而言，软铁价格仅为铜合金的1/6左右，使弹带生产价格大幅降低。这对我国国防事业的发展，具有重要的理论意义和实际经济意义。