一種火炮身管內(nèi)膛修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于火炮技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種火炮身管內(nèi)膛修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 火炮身管造價昂貴，約占火力系統(tǒng)購置費(fèi)的70%。大、中口徑火炮身管通常不可修 復(fù)，身管報廢則全炮報廢。某新型155mm榴彈炮壽命在1000發(fā)以內(nèi)；滑膛火炮因膛壓高、 初速大，其壽命問題非常突出，例如：某型突擊炮在發(fā)射I型穿甲彈時，當(dāng)藥溫為50° C時 的最大膛壓達(dá)593Mpa，內(nèi)膛表面溫度可達(dá)3000K，彈丸初速約1650m/s，身管壽命只有60-70 發(fā)，在發(fā)射藥加入緩蝕劑后身管壽命未得到明顯改善。
[0003] 目前國外采用和正在發(fā)展的炮膛抗燒蝕技術(shù)主要是鍍層、襯管和緩釋添加劑技 術(shù)。鍍鉻技術(shù)是已應(yīng)用于炮膛身管抗燒蝕的主要手段。目前，柱面磁控濺射鉭和鉭金屬薄 襯管爆炸焊接工藝是有望走出實(shí)驗(yàn)室并替代電鍍鉻的工藝： 1、陶瓷基、金屬基復(fù)合材料身管制造工藝 美國材料與電化學(xué)研宄公司提出一種陶瓷基/金屬基復(fù)合材料身管制造技術(shù)專利，該 技術(shù)是在石墨芯軸上多層纏繞碳纖維、石墨纖維或碳化硅纖維。之后用液態(tài)預(yù)陶瓷聚合體 對纖維纏繞層侵滲或者用甲基三氯甲苯、二甲基二氯硅烷或51(；進(jìn)行化學(xué)氣相侵滲和熱 解。經(jīng)過多次侵滲和熱解可形成致密的碳、石墨或SiC 4S體的陶瓷基復(fù)合材料襯管。
[0004] 用氧化鋁纖維在陶瓷基復(fù)合材料襯管上纏繞之后，再69Mpa壓力下進(jìn)行鋁液擠壓 鑄造，使鋁液進(jìn)入氧化鋁纖維和襯管的空隙中，得到陶瓷基和金屬基復(fù)合材料身管。最后去 除心軸后精加工內(nèi)孔。
[0005] 美國材料與電化學(xué)研宄公司提出的另一項(xiàng)金屬基復(fù)合材料身管制造技術(shù)是在鋼 管芯軸表面沉積Ta-50Cr約2mm，然后沉積純鈦Imm或用氧化鋁纖維纏繞和鋁液擠壓鑄造獲 得難熔金屬襯管和金屬基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)炮管。最后鉆去芯軸，拉削或以電化學(xué)法加工膛線。
[0006] 2、具有全陶瓷襯管的復(fù)合結(jié)構(gòu)身管制造工藝 2007年11月一項(xiàng)美國專利提出復(fù)合結(jié)構(gòu)襯管炮管制造技術(shù)。襯管由多個壁厚較薄的 金剛石或立方碳化硼襯管組成，炮管外套材料為Invar36、Invar42不脹鋼。襯管和外套間 有Invar36、Invar42不脹鋼作為隔熱中間層。襯管內(nèi)表面由電火花加工成型，各段襯管間 通過粘接劑焊接或通過凸筍和凹槽配合連接，在金屬外套受加熱膨脹的條件下插入襯管完 成裝配。
[0007] 2008年一項(xiàng)美國專利提出采用注射成型技術(shù)（PM)制造全陶瓷或全硬質(zhì)金屬襯 管的工藝。PIM技術(shù)是將所需的陶瓷粉末添加到熔化的蠟中混合，將混合原料送入注射成型 機(jī)的一個模型腔中注成襯管，在100° C左右溫度下將襯管中的蠟脫去，再高溫?zé)Y(jié)成型， 有時需要預(yù)燒結(jié)進(jìn)一步脫蠟。
[0008] ZL201010048072. 5提出的復(fù)合結(jié)構(gòu)身管制造技術(shù)是襯管和壓筒裝入加工后的身 管，壓筒由炮尾和連接筒壓住實(shí)現(xiàn)固定。襯管內(nèi)涂層是通過將襯管切成半環(huán)噴涂，然后焊接 成襯管的方法加工的。該方法需要保證襯管與身管的同軸度，工藝難度較大，加工成本價 尚。
[0009] 上面的方法工藝復(fù)雜，而且不適于對于已經(jīng)被燒蝕的火炮進(jìn)行再次修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的就是提供了一種火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在 的身管內(nèi)膛的修復(fù)方法復(fù)雜、修復(fù)后不能夠再次修復(fù)和修復(fù)成本較高的技術(shù)問題。
[0011] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的： 火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 對火炮身管內(nèi)膛表面的特定區(qū)域鏜削加工，切削厚度為5-6毫米，加工面與炮膛同 軸；特定區(qū)域是指自坡膛處起向炮口方向延伸長度為炮膛口徑10-12倍距離處止所形成的 炮膛內(nèi)壁面； (2) 使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備將內(nèi)膛孔預(yù)熱至600- 700° C ; (3) 將火炮身管置于臥式車床，在車床刀架上安裝堆焊設(shè)備，使用堆焊設(shè)備利用堆焊材 料對步驟（1)中的切削區(qū)域進(jìn)行堆焊，厚度6-7mm ; (4) 使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備對堆焊鏜面回火； (5) 拆除堆焊設(shè)備，在臥式車床刀架上安裝膛刀，對堆焊后的身管內(nèi)膛表面進(jìn)行鏜削和 磨削； (6) 將火炮身管自臥式車床移至拉床，拉刀從炮口沿陰膛線送入身管向炮尾方向運(yùn)動， 對修復(fù)表面進(jìn)行膛線加工。
[0012] 所述的火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法中，所述第（3)步中，所述堆焊材料可以選自以下 復(fù)合材料中的一種： a. 底層50%Ni_50%Cr，厚度3_4mm，上層金屬鉭（Ta)厚度3 mm ; b. 50%Ni-50%Cr 熔覆，厚度 6-7 mm ; c. Ni60合金粉末熔覆，厚度6-7 mm ; d. 底層 50%Ni-50%Cr，厚度 3-4mm，上層 20%Ni-80%Cr，3mm〇
[0013] 所述的火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法中，所述堆焊設(shè)備選自內(nèi)孔等離子堆焊設(shè)備、內(nèi) 孔氬弧堆焊設(shè)備或內(nèi)孔〇) 2保護(hù)堆焊設(shè)備。
[0014] 本發(fā)明的方法用于火炮內(nèi)膛修復(fù)時操作簡單，僅包含內(nèi)孔鏜削、內(nèi)孔堆焊和對堆 焊的部分進(jìn)行加工拉削膛線幾個工藝環(huán)節(jié)，工藝難度小，適合于工廠化生產(chǎn)。本發(fā)明選取適 宜的區(qū)域進(jìn)行切削加工后再堆焊高溫抗燒蝕材料，最后再進(jìn)行拉削膛線的加工，可使火炮 身管復(fù)原。這種修復(fù)方法，不受燒蝕程度的影響，對于已經(jīng)修復(fù)過的火炮在壽命終止時也可 以再次修復(fù)，延長身管壽命。另外，本發(fā)明的方法，修復(fù)成本主要集中于堆焊高溫抗燒蝕材 料和身管加工，其中等離子堆焊設(shè)備8. 8萬元人民幣，內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備3-4萬元人民幣。 修復(fù)一次的成本在5~8萬元人民幣，而火炮管成本在36-80萬元人民幣，通過對比可知，修 復(fù)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，實(shí)現(xiàn)身管的再修復(fù)，以較低成本換取身管壽命的延長。
[0015] 本發(fā)明選擇彈性模量￡、熱膨脹系數(shù)α、射擊過程中膛面溫差A(yù)T乘積)最 小的堆焊材料，以顯著減少射擊時膛面的熱應(yīng)力，從而避免膛面開裂，同時也可使堆焊后的 膛面具備較好的機(jī)械加工性。另外，采用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備對膛面預(yù)熱以及對堆焊后的膛 面回火的過程也可以顯著減小堆焊過程中生成的熱應(yīng)力。
【附圖說明】
[0016] 圖1為火炮身管在臥式車床上進(jìn)行堆焊加工時加工方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合說明書附圖以及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0018] 火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法，包括以下步驟： (1)將火炮的身管內(nèi)膛表面的特定區(qū)域鏜削加工，切削厚度為5-6毫米，加工面與炮膛 同軸；特定區(qū)域是指自坡膛處起向炮口方向延伸長度為炮膛口徑10-12倍距離處止所形成 的炮膛內(nèi)壁面；所述區(qū)域優(yōu)選自坡膛處起向炮口方向延伸長度為炮膛口徑10-12倍倍距離 處止所形成的炮膛內(nèi)壁面。
[0019] (2)使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備將內(nèi)膛孔預(yù)熱至600- 700° C ; (3)圖1所示，將火炮身管5安裝在臥式車床上，由車床卡盤3卡裝并由車床的工件支 撐架6支撐，以保證身管旋轉(zhuǎn)時身管軸線基本居中。堆焊設(shè)備4和內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備7安 裝在臥式車床的刀架上。所述堆焊設(shè)備選自內(nèi)孔等離子堆焊槍、內(nèi)孔氬弧堆焊槍或內(nèi)孔CO 2 保護(hù)堆焊槍4。所用堆焊材料可以選自以下復(fù)合材料中的一種：a.底層50%Ni-50%Cr，厚度 3_4mm，上層金屬鉭（Ta)厚度3 mm;b. 50%Ni-50%Cr恪覆，厚度6-7 mm。c. Ni60合金粉末恪 覆，厚度 6-7 mm ;d.底層 50%Ni-50%Cr，厚度 3-4mm，上層 20%Ni-80%Cr，3mm〇
[0020] 堆焊槍伸入需要堆焊的內(nèi)膛表面。啟動車床，在車床卡盤3的帶動下，火炮身管5 緩緩轉(zhuǎn)動。堆焊槍隨刀架沿軸線方向工進(jìn)，內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備位于堆焊槍前，其運(yùn)動方向、 速度與堆焊槍一致。
[0021] 這樣堆焊槍將抗高溫?zé)g材料堆焊在第（1)步中切削過的高溫預(yù)熱表面，厚度6-7 mm。等離子噴焊設(shè)備一次噴焊厚度約1-2 mm。
[0022] (4)使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備對堆焊鏜面回火； (5)拆除堆焊設(shè)備，在臥式車床刀架上安裝膛刀，對堆焊后的身管內(nèi)膛表面進(jìn)行鏜削和 磨削；完成堆焊修復(fù)后的表面的精加工。
[0023] (6)將火炮身管自臥式車床移至拉床，拉刀從炮口沿陰膛線送入身管向炮尾方向 運(yùn)動，對修復(fù)表面進(jìn)行膛線加工。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 將火炮的身管內(nèi)膛表面的特定區(qū)域鏜削加工，切削厚度為5-6毫米，加工面與炮膛 同軸；特定區(qū)域是指自坡膛處起向炮口方向延伸長度為炮膛口徑10-12倍距離處止所形成 的炮膛內(nèi)壁面； (2) 使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備將內(nèi)膛孔預(yù)熱至600- 700° C ; (3) 將火炮身管置于臥式車床，在車床刀架上安裝堆焊設(shè)備，使用堆焊設(shè)備利用堆焊材 料對步驟（1)中的切削區(qū)域進(jìn)行堆焊，厚度6-7mm ; (4) 使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備對堆焊鏜面回火； (5) 拆除堆焊設(shè)備，在臥式車床刀架上安裝膛刀，對堆焊后的身管內(nèi)膛表面進(jìn)行鏜削和 磨削； (6) 將火炮身管自臥式車床移至拉床，拉刀從炮口沿陰膛線送入身管向炮尾方向運(yùn)動， 對修復(fù)表面進(jìn)行膛線加工。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法，其特征在于所述第（3)步中，所述 堆焊材料可以選自以下復(fù)合材料中的一種： a. 底層50%Ni-50%Cr，厚度3-4mm;上層金屬鉭（Ta)厚度3 mm; b. 50%Ni-50%Cr 熔覆，厚度 6-7 mm ; c. Ni60合金粉末熔覆，厚度6-7 mm ; d. 底層 50%Ni-50%Cr，厚度 3-4mm ;上層 20%Ni-80%Cr，3mm〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法，其特征在于，所述堆焊設(shè)備選自 內(nèi)孔等離子堆焊設(shè)備、內(nèi)孔氬弧堆焊設(shè)備或內(nèi)孔C02保護(hù)堆焊設(shè)備。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火炮身管內(nèi)膛的修復(fù)方法，包括以下步驟：（1）將火炮的身管內(nèi)膛表面的特定區(qū)域鏜削加工，切削厚度為5-6毫米，加工面與炮膛同軸；特定區(qū)域是指自坡膛處起向炮口方向延伸長度為炮膛口徑10-12倍距離處所形成的炮膛內(nèi)壁面；（2）使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備將內(nèi)膛孔預(yù)熱至600—700°C；（3）將火炮身管置于臥式車床，在車床刀架上安裝堆焊設(shè)備，使用堆焊設(shè)備利用堆焊材料對步驟（1）中的切削區(qū)域進(jìn)行堆焊，厚度6-7mm；（4）使用內(nèi)孔感應(yīng)加熱設(shè)備對堆焊鏜面回火（5）在臥式車床刀架上安裝膛刀，對堆焊后的身管內(nèi)膛表面進(jìn)行鏜削和磨削；（6）將火炮身管自臥式車床移至拉床，拉刀從炮口沿陰膛線送入身管向炮尾方向運(yùn)動，對修復(fù)表面進(jìn)行膛線加工。
【IPC分類】B23P6-00
【公開號】CN104708267
【申請?zhí)枴緾N201510153857
【發(fā)明人】甘霖, 陶鳳和, 陸明, 劉廣生, 曹進(jìn)華, 張麗花, 門向東
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學(xué)院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月2日