常文平，杜仕國，路桂娥，江勁勇，陳明華

（軍械工程學(xué)院，河北 石家莊，050003）

火藥復(fù)合焊條以火藥和高熱劑的燃燒熱為焊接熱源，利用其燃燒產(chǎn)生的液態(tài)金屬填補焊縫，進而實現(xiàn)焊接。該焊條以火藥為主體并含有一定量的高熱劑、阻燃劑、造渣劑等無機組分[1]。

火藥傳統(tǒng)的制備方法主要分為柯達型和巴利斯太型。柯達型火藥借助揮發(fā)性溶劑制備而成（如單基藥的制備），該工藝也被稱之為“溶劑法制造工藝”；巴利斯太型火藥利用難揮發(fā)性溶劑硝化甘油為溶劑制備而成，由于工藝中沒有使用揮發(fā)性溶劑，因此該生產(chǎn)工藝也被稱之為“無溶劑法制造工藝”[2]。顯然，火藥復(fù)合焊條的制備應(yīng)采用“溶劑法制備工藝”，其制備流程主要包括膠化、壓伸、斷切、烘干等環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，火藥復(fù)合焊條的力學(xué)性能及燃燒性能受膠化工藝的影響顯著，若膠化不理想，焊條容易斷裂及斷燃。為此，本文詳細地研究了溫度、溶劑比、醇酮比以及時間對膠化的影響，確定了最佳的膠化條件。

1 實驗

1.1 實驗藥品

火藥、高熱劑、氧化鈣、氧化鎂、二氧化硅、乙醇、丙酮。

1.2 實驗設(shè)備

膠化機、油壓機、烘箱、沖擊擺、掃描電鏡。

1.3 實驗方法

采用正交設(shè)計實驗方法，用正交表L9(34)安排實驗[3]，因素——水平的設(shè)置見表1[3]。根據(jù)正交實驗方案制得實驗樣品，進行焊條的力學(xué)性能測試，用以考核不同工藝條件下制得的樣品韌性，并在掃描電子顯微鏡下觀察實驗樣品的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)及沖擊斷口形貌。

表1 膠化工藝參數(shù)水平Tab. 1 The levels of gelatinization technology parameters

2 結(jié)果與分析

2.1 正交實驗結(jié)果分析

表2為正交實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

表2 正交實驗結(jié)果Tab.2 Computation results

根據(jù)極差R的大小來判斷各因素對實驗結(jié)果影響的大小，極差越大，所對應(yīng)的因子越重要。根據(jù)表2按極差R的大小，各因子的重要順序是：醇酮比最重要，膠化時間次之，其次是溶劑比，膠化溫度的影響最小。根據(jù)正交表中的9個實驗結(jié)果，可以得出膠化最佳的工藝技術(shù)條件為：醇酮比40∶60、溶劑比控制在0.08、膠化時間4.5h、膠化溫度30℃。

2.2 實驗樣品的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)

采用實驗方案1、3、5、7、9制備的樣品的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)見圖1。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)不同的工藝條件制備的實驗樣品的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)差異很大，主要表現(xiàn)以下幾個方面：

（1）均勻性。通過樣品的SEM圖可以看出，不同的工藝條件樣品中各種物料的均勻性差別很大。圖1(b)樣品3物料的間隙較大，物料的分布比較雜亂，相與相之間存在明顯的界面；圖1(a)樣品1內(nèi)部存在明顯的粒子排列，空隙較大。

圖1 樣品的SEMFig.1 The SEM of samples

圖1（d）樣品7的均勻性最好，物料的粒與粒、相與相之間的界面比較模糊，空隙小，基本上看不出存在粒子狀的分布，說明物料之間已經(jīng)得到充分混合。如果各種物料分散的均勻性差，將嚴(yán)重影響焊條的力學(xué)性能。

（2）致密性?；鹚帍?fù)合焊條是以高分子材料火藥為基體，通過溶劑的溶解作用，將焊條中其它的無機成分分散均勻并混合在一起。如果膠化不理想，不僅影響焊條組分的均勻性，還會影響焊條的致密性，進而會降低焊條燃燒的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時會影響焊接操作。

從樣品的SEM圖可以看出，樣品7的均勻性和致密性要好于其它樣品，說明該樣品具有較好的燃燒性能和力學(xué)性能，該結(jié)果與樣品實際的測試結(jié)果基本吻合，再次說明了焊條最佳的膠化條件為方案7。

2.3 焊條斷口形貌分析

焊條的沖擊斷口形貌是指實驗樣品沖擊斷裂后斷口的形狀。一般情況下，材料的斷裂過程可分為脆性斷裂和韌性斷裂。韌性斷裂是指材料在受到外力的作用時會發(fā)生形變，消耗大量的斷裂能，發(fā)生斷裂的試樣斷面常常顯示有外延的形變，該形變不會立即回復(fù)。試樣的斷裂表面形狀和斷裂能是區(qū)別脆性和韌性斷裂最主要的指標(biāo)。

樣品 1、3、5、7、9抗沖擊試驗后斷面的 SEM見圖2。

圖2 樣品斷面的SEMFig.2 The SEM of the fracture plane samples

從掃描電鏡的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：（1）樣品1固體顆粒分散地不是很均勻，樣品內(nèi)部有較大孔隙和裂紋，說明該試樣承受沖擊載荷能力較差；（2）樣品3固體顆粒分散較均勻，沒有明顯韌性斷裂帶，說明該試樣基體承受沖擊載荷能力一般，斷裂表面類型處于韌性和脆性中間狀態(tài)；（3）樣品 5固體顆粒分散均勻，樣品的空隙量較少而且也比較小，斷口呈現(xiàn)蜂窩狀，說明該樣品具有較好的抗沖擊性能；（4）樣品7基本上看不出存在明顯的金屬顆粒，說明試樣的膠化比較理想，固體顆粒分散性好而且都被高分子火藥完全包圍，而且該試樣的斷口明顯呈現(xiàn)蜂窩狀，說明該試樣具有較強的抗沖擊強度；（5）樣品9同樣品7一樣，看不出存在明顯的金屬顆粒，說明試樣的膠化比較理想，固體顆粒分散性好而且都被高分子火藥完全包圍，但是樣品中存在較大的間隙，一定程度上影響了試樣的力學(xué)性能。

通過上面的分析可以看出，樣品7的斷口明顯呈現(xiàn)蜂窩狀，而且固體顆粒分布地比較均勻，沒有明顯的間隙，理論上該試樣應(yīng)具備較強的抗沖擊強度，該分析結(jié)果與實驗結(jié)果完全吻合，再次說明了該試樣的膠化條件最為理想。

3 結(jié)論

（1）火藥復(fù)合焊條最佳的膠化條件為：醇酮比40∶60、溶劑比控制在0.08、膠化時間4.5h、膠化溫度30℃。

（2）掃描電鏡結(jié)果表明：膠化地越好，焊條各組分之間的均勻性及致密性就越好，焊條的燃燒就更加穩(wěn)定。

（3）抗沖擊試驗結(jié)果表明：焊條膠化地越好，其抗沖擊強度就越大。

[1]常文平, 江勁勇, 杜仕國,等.火藥復(fù)合焊條及應(yīng)用[J]. 鑄造技術(shù), 2011, 32(10): 1 325-1 327.

[2]黃人俊, 宋洪昌. 火藥設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 1997.

[3]李志西, 杜雙奎. 試驗優(yōu)化設(shè)計與統(tǒng)計分析[M].北京:科學(xué)出版社, 2010.