舒澤勝，余海勇

(中國兵器工業(yè)第五八研究所，四川 綿陽 621000)

目前國內生產(chǎn)小口徑炮彈的軍工企業(yè)在裝配銅彈帶時，大多采用在彈體上開鑿齒狀溝槽，將預先制成的銅彈帶套在溝槽內，然后靠緊口壓合機構將銅彈帶和彈體結合在一起。這種傳統(tǒng)的結合成型方式主要有2 種弊端:①是銅彈帶與彈體結合效果不好，在射擊時銅彈帶容易脫落，影響炮彈的射程和精度;②是這種生產(chǎn)方式工序復雜，生產(chǎn)效率較低。故采用氬弧焊自動焊接的方式實現(xiàn)小口徑炮彈銅彈帶的裝配在生產(chǎn)中具有重要的現(xiàn)實意義。

1 焊接工藝的確定

1.1 焊接材料的準備

由于紫銅導熱性好，焊接時熱量可能迅速從加熱區(qū)傳導出去，使彈體與銅帶難以融合，因此選取合適的紫銅焊絲尤其重要。S201 紫銅焊絲，國家標準:HSCu;美國焊接協(xié)會標準:ERCu;德國標準:SG -CuSn 。產(chǎn)品說明:紫銅焊料一般用于脫氧銅和紫銅的焊接，可適用于MIG 和TIG 共2 種焊接方式。由于具有良好的流動性，是純銅理想的焊接材料，同時，可保證焊點牢固，S201 紫銅焊絲相當AWS RCu 主要成份(%)Cu Rem。特性和用途:機械性能好，抗裂性好。紫銅適合氬弧焊用。

因此銅彈帶材料選擇S201 紫銅焊絲。

1.2 焊接工件的要求

把彈體需要焊接的表面通過去油污清洗干凈，晾干以方便達到焊接要求。

1.3 焊接方式的確定

由于在氬氣保護下熔融狀態(tài)的銅不會被氧化，同時氬氣又不與銅發(fā)生反應也不溶于銅，形成的銅焊縫質量高，焊縫表面光滑，均勻，無氣孔，無飛濺;這種焊接方式產(chǎn)生的熱量集中，熱影響區(qū)很窄，焊接變形和應力小，因而對彈體的戰(zhàn)斗性能影響較小。考慮到彈體的工藝結構與焊接熱影響區(qū)大小等因素，決定選擇全自動環(huán)焊縫TIG 焊的焊接方式。另外為了更進一步減少焊接產(chǎn)生的熱影響對彈體戰(zhàn)斗性能的影響，在焊接過程中對彈體進行液體循環(huán)冷卻。

2 焊接專機的組成及主要指標和功能

2.1 組成

2.1.1 機械本體的組成

主要由床身、氣動三爪夾緊機構、旋轉動力頭(步進電機驅動)、焊槍驅動機構、焊槍水平移動(擺動)機構(步進電機驅動)、冷卻液泵循環(huán)系統(tǒng)以及控制器(含手控盒)和一臺氬弧焊焊機等組成。如圖1 所示。

圖1 銅彈帶自動焊接專機

2.1.2 控制系統(tǒng)的組成

主要由控制柜、西門子PLC、觸摸屏、手控盒、伺服電機系統(tǒng)等組成?？刂齐娎|的安裝采用金屬軟管防護飛濺。操作面板如圖2 所示。

圖2 銅彈帶自動焊接專機面板

2.1.3 氣路系統(tǒng)

采用臺灣AIRTAC 公司氣動元件，采用快換式管接頭，以方便更換氣管和更加合理的布置氣路，以便于維護。

2.2 主要指標和功能

1)人工放置工件后能自動齊邊夾緊、定位和旋轉。

2)焊接彈帶后不允許彈體直徑變形。

3)焊接完全，焊接面積大于95%。

4)彈體熱影響區(qū)不大于1 mm。

5)人工將彈頭放置在定位夾緊機構上后，啟動夾緊按鈕。

6)焊接后確保彈帶環(huán)環(huán)焊縫均勻美觀，無咬邊等焊接缺陷。

7)能人工調整焊槍位置和角度

位置微調整范圍:X 方向為±25 mm，Y 方向為±25 mm，Z 方向為±25 mm。

角度調節(jié)范圍:±15° 。

8)在“設定”狀態(tài)下，能通過西門子觸摸屏TP170A 5.7″分別檢查和(在正確輸入口令后)設定焊接電源的焊接工藝參數(shù)及工件相關尺寸:焊件半徑R 為10 ～50 mm;搭接量為0 ～50 mm;后退量為0 ～10 mm;焊接電流為10 ～300 A;焊接電壓為12 ～35.5 V;焊接速度為100 ～650 mm/分。

9)“手動”狀態(tài)下能檢查:焊槍的上升和下降、中心定位夾緊機構的松開和夾緊、工件旋轉。

10)在“自動”狀態(tài)下

具有單步和連續(xù)鎖弧運行的調試功能。在自動焊接全過程和中途停止且停后能從斷弧處繼續(xù)焊接。能實時顯示焊接中的焊接電流和電壓。具有斷弧檢測和自動補焊功能。具有焊絲粘檢測和自動停機功能。

3 焊接熱影響分析

在銅彈帶焊接過程中，技術關鍵點也是難點在于對焊接熱影響區(qū)的控制。焊接熔池中的熱量對彈體合金鋼的材質和力學性能會產(chǎn)生嚴重影響，會降低彈體的殺傷力。因此，在焊接過程中應該盡量降低熱影響區(qū)域的范圍和效果。

焊接傳熱過程對焊接接頭堆焊層和界面組織將產(chǎn)生重要影響。基體的傳熱過程決定著基體的熔化量，也就決定著Fe 向Cu 中的溶解量;焊接熔池中的傳熱過程，決定著堆敷層金屬的晶體成長形態(tài)，決定著Fe -Cu 液相分離現(xiàn)象的發(fā)生以及Fe 在堆敷層中的分布形態(tài)，因而也就決定著堆敷層的組織、相組成。因此，定量分析焊接傳熱過程具有重要的意義。

由于焊接本身的特點，對焊接過程發(fā)生的一些現(xiàn)象進行實驗存在較大困難。而科學的數(shù)值模擬方法，為我們定量的描述焊接傳熱過程，深入理解焊接過程中所發(fā)生的復雜現(xiàn)象及本質提供了必要而實用的手段。

圖3 擺動焊接電弧示意圖

從溫度分布云圖可以看出，與單道焊相比，擺動焊最高溫度較低，這主要是由于擺動焊焊接速度快，但是有兩次出現(xiàn)最高溫度，而且由于熱量積累，冷卻速度比單道焊小。

因此，從分析結果得出如下結論:采用擺動焊接，彈體基體的熱影響區(qū)小。

圖4 單道焊表面瞬時溫度分布云圖

圖5 擺動焊表面瞬時溫度分布云圖

4 焊接專機的工作過程及焊接效果

4.1 工件裝夾

人工將工件裝入氣動卡盤，腳踏按鈕，氣動卡盤將工件夾緊定位，人工將冷卻水管伸入到工件內部。在第一次焊接時需人工調整焊槍水平方向和前后的位置，使焊槍與工件焊接的初始位置一致，然后關閉防護裝置。

4.2 設置焊接參數(shù)

電流值(A):× × × ×

電壓值(V):× × × ×

焊接速度(mm/min):× × × ×

搭接量(mm):× × ×

工件直徑(mm):× × ×

擺幅(mm):× × ×

4.3 焊接

啟動運行按鈕，焊槍下降到位，焊槍引弧焊接，冷卻泵啟動對彈體進行冷卻。動力頭步進電機驅動工件旋轉，焊槍移動(擺動)機構的步進電機驅動焊槍水平移動(擺動)，焊機完成工件的焊接。

4.4 卸料

人工將焊接完成的工件取下，重新裝夾新的工件。

4.5 工件焊縫效果

如圖6 所示。

圖6 銅彈帶焊接效果

5 結束語

成功應用全自動氬弧焊焊接專機對傳統(tǒng)的小口徑炮彈彈帶裝配方式進行改進，堆焊出的銅彈帶與彈體結合更牢固，也改善了傳統(tǒng)的加工工藝，炮彈經(jīng)過射擊打靶驗證能完全滿足各項技術性能指標的要求，此項研究成果必將對我國小口徑炮彈傳統(tǒng)彈帶裝配技術產(chǎn)生積極的深遠意義，發(fā)揮歷史性的技術突破作用。

［1］馮太合. 西門子S7 -300 系列PLC 及應用軟件STEP7［M］.廣州:華南理工大學出版社，2004.

［2］張方宇.我國彈藥生產(chǎn)技術和裝備發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展對策初探［J］.兵工自動化，2008，17(4):1-4.

［3］哈爾濱工業(yè)大學.采用異質銅雙絲氬弧堆焊焊接炮彈彈帶的方法［P］.中國專利:CN1817542，2006-03-06.

［4］中國機械工程學會焊接學會.《焊接手冊》第1 卷.焊接方法及設備［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.

［5］王海濤.銅彈帶堆焊中泛鐵規(guī)律研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學，2007.