，除气、除杂质功能显著，减少偏析增加组织均匀性，同时可以减少气孔、抑制裂纹形成与发展、显著提高焊缝性能。因此，本发明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，对焊接过程中的原子扩散、液相凝固、组织形貌等产生作用，保证弹带的组织均匀性，减少炮弹基体的熔化，即减小熔深，降低铁向铜液相中的扩散，防止泛铁泛碳问题，减缓铜合金层中的应力集中，避免渗透裂纹缺陷，从而达到提高弹带质量的目的。
[0031]如图1所示，炮弹I在位置A处需要制造一圈铜弹带，采用本发明的一种超声辅助铝热反应的铜弹带焊接方案可以实现。具体步骤如下:
[0032]1、首先加工出一个同炮弹直径相匹配的环柱形石墨坩祸2，将其装配到炮弹的外径上位置A处，利用铸造技术将石墨内径铜炮弹外径的间隙处密封，确保弹带生产的精确和安全。铜弹带的焊接过程全部在石墨坩祸中进行，铜弹带冷却后可直接卸除石墨坩祸从而完成铜弹带的焊接。
[0033]超声发生器直接或者通过超声导入设备间接连接到石墨坩祸上，在石墨坩祸中加入充分均匀混合的铝热剂和氧化铜粉末，并在其表面撒一层火药粉作为引燃剂。
[0034]超声发生器可直接连接到石墨坩祸上，也可以通过超声导入设备间接连接到石墨坩祸上，从而对焊接过程产生作用，达到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的目的。
[0035]石墨坩祸的尺寸规格根据炮弹直径决定，炮弹直径越大，铜弹带越大，所需的铝热剂和氧化铜粉末越多，则环柱形的石墨坩祸的高度越高。
[0036]2、选择合适功率的超声波发生器3和特定的超声导入设备4，将超声发生器3与超声导入设备4连接起来，并将超声导入设备4上的工具头5固定在石墨坩祸2上，确保各装置之间良好连接。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定，铝热反应的反应强度越强，冷却速度越快，则超声波的频率应越高，振幅应越大。
[0037]3、将氧化铜粉末和铝热剂充分混合均匀后得到的铝热反应反应物6放入到坩祸中。
[0038]4、打开超声发生器3及超声导入设备4，设定超声波的频率及振幅，确保设备处于良好工作。
[0039]5、将火药粉7撒在充分混合均匀的铝热反应反应物6表面，作为引燃剂去引发铝热反应的进行。点燃火药粉7，使铝热反应发生，反应放出大量的热量，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。
[0040]6、铝热反应结束，冷却，熔融的铜熔敷在弹带的表面，卸除石墨坩祸2后得到铜弹带。关闭超声发生器3和超声导入设备4。
[0041]由于铝热反应进行过程中的产热量巨大，石墨坩祸温度较高，超声发生器直接作用到石墨坩祸上时，对于超声发生器的发射头的耐高温性能较强，因此一般选择通过超声导入设备间接连接到石墨坩祸上。对于超声导入设备的制造，一般由特殊的工具头、换能器及变幅杆精密连接组成。
[0042]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，其特征是:包括超声发生装置和坩祸，其中，坩祸为环形，其内径大小与炮弹直径将匹配，套装于炮弹的外边缘中部，坩祸上连接超声发生装置，所述坩祸内填充有反应物和引燃物。2.如权利要求1所述的一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，其特征是:所述坩祸为石墨坩祸。3.如权利要求1所述的一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，其特征是:所述坩祸通过超声导入设备连接超声发生装置。4.如权利要求1所述的一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，其特征是:所述坩祸的深度根据炮弹直径和弹带宽度调整。5.如权利要求1所述的一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，其特征是:所述反应物为氧化铜粉末和铝热剂的混合物。6.如权利要求1所述的一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，其特征是: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。7.如权利要求1所述的一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置，其特征是:所述坩祸与炮弹连接处进行密封处理。8.一种超声振动辅助自铜弹带蔓延制备方法，其特征是:包括以下步骤: (1)将坩祸装配到炮弹外，使坩祸内径和铜炮弹外径的间隙处密封； (2)将坩祸与超声波发生装置机械连接，将反应物放入坩祸内，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。9.如权利要求8所述的一种超声振动辅助自铜弹带蔓延制备方法，其特征是: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。10.如权利要求9所述的一种超声振动辅助自铜弹带蔓延制备方法，其特征是:所述步骤(3)中，超声波振动频率为20?40kHz，振幅为10?40 μπι。
【专利摘要】本发明公开了一种超声振动辅助自蔓延铜弹带制备装置及方法，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。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。
【IPC分类】B23K103/12, B23K101/04, B23K28/02
【公开号】CN105215560
【申请号】CN201510634088
【发明人】张勋业, 高进强, 李栋, 孙令飞
【申请人】山东大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月30日