[发明专利]一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置及方法。

背景技术

在航空航天领域以及兵器制造业，在钢的表面堆敷其他合金层的技术有着广泛应用，例如弹带的生产。弹带是各种弹丸的密封件，是炮弹弹体结构中的重要组成部分，弹带的作用主要有增加射程，提高精度，保证稳定性，减少膛线磨损等。国内炮弹弹带与弹体传统连接方法为机械嵌合工艺，即在炮弹基体表面往弹壁里加工燕尾槽，这方法生产的炮弹减薄了弹壁，减少装药量，爆炸威力较弱，且容易产生应力中，发射时弹带容易脱落。因此，传统的机械压带生产工艺已成为阻碍新型弹特别是薄壁弹发展的技术难题。

鉴于传统工艺已经不能适应未来炮弹的发展需要，国内外已经提出了较多种焊接弹带的工艺方案，如堆焊弹带技术、扩散焊弹带耦合技术、激光焊技术、火焰喷焊技术、电子束轴向焊接技术、爆炸焊、钎焊及摩擦焊等等，而除堆焊技术外，这些方法均有一定的难度和局限性，均仍处于研究阶段，尚未达到应用程度。相比于传统机械连接工艺，使用焊接工艺连接弹带与弹体，由于不再需要在弹体上开槽、滚花，因此增大了装药量，提高了炮弹威力，同时很大程度地避免了应力集中问题，大大提高了自身稳定性。其次，使用焊接工艺连接弹带与弹体可使两者之间达到冶金结合的状态，结合力更为牢靠，弹体结构更为稳固。目前，堆焊铜弹带技术虽然已经满足了炮弹发射对弹带的性能要求，但也具有明显的缺点：焊接工艺复杂，操作过程繁琐，效率较低，对工艺参数的要求较为严苛，难以保证弹带质量。

因此，研发一种新型的焊接技术在保证泛铁泛碳及合金量低的条件下，实现简化工艺、提高效率、降低成本对我国国防事业的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置及方法，本发明利用铝热反应作为焊接热源，并以铝热剂作为还原剂将氧化铜还原成铜单质，并利用反应过程中放出的巨大热量使铜单质呈现熔融状态与炮弹基体发生冶金反应，最终冷却凝固至固相状态形成铜弹带。同时在焊接过程中，通过超声发生装置产生超声波来辅助焊接，以降低弹带缺陷，从而获得优质弹带。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，包括超声发生装置和坩埚，其中，坩埚为环形，其内径大小与炮弹直径将匹配，套装于炮弹的外边缘中部，坩埚上连接超声发生装置，所述坩埚内填充有反应物和引燃物。

所述坩埚为石墨坩埚。

所述坩埚通过超声导入设备连接超声发生装置，促进反应进行，提高生产质量。

所述坩埚的深度根据炮弹直径和弹带宽度调整。

所述反应物为氧化铜粉末和铝热剂的混合物，比例为3：1。

所述引燃物为火药粉，火药粉设置在反应物的表面，引发铝热反应。

所述坩埚与炮弹连接处进行密封处理。

一种超声振动辅助自铜弹带蔓延制备方法，包括以下步骤：

(1)将坩埚装配到炮弹外，使坩埚内径和铜炮弹外径的间隙处密封；

(2)将坩埚与超声波发生装置机械连接，将反应物放入坩埚内，在反应物上加入引燃物；

(3)超声发生装置工作，设定超声波的频率及振幅；

(4)点燃引燃物，使铝热反应发生，使还原出的铜处于熔融状态，与炮弹基体充分发生冶金反应；

(5)热反应结束，冷却，熔融的铜熔敷在弹带的表面，形成铜弹带，关闭超声发生装置。

所述步骤(3)中，超声发生器产生的超声波的频率和振幅根据铝热反应的反应强弱程度及冷却速度进行选择。

优选的，超声波振动频率为20～40kHz，振幅为10～40μm。

本发明的有益效果为：

(1)本发明加工工艺简单，降低成本，减少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，节省成本，本发明利用铝热反应产热量高，效率高，时间短，有效的控制了泛铁，泛碳及合金的含量，实现良好的铜弹带；

(2)本发明创新性地提出将超声波力与能量的特点与自反应焊接过程进行机械耦合，应用到炮弹弹带的焊接上去，可大大改善铜弹带的组织结构，细化铜弹带晶粒大小，大大避免如气孔等焊缝缺陷，提高焊缝质量；

(3)本发明在铝热反应焊接铜弹带的基础上添加超声辅助焊接，超声的作用可阻碍焊接过程中炮弹基体中的铁元素向熔融状态的铜中进行扩散，即减小了熔敷熔深，可防止泛铁泛碳等问题，提高弹带的机械力学性能，增加炮弹威力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；