一輛坦克的車體由數(shù)百塊裝甲鋼板焊接而成，如果焊縫不牢，它們就會成為最容易被撕裂的開口。因此，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到坦克戰(zhàn)車裝甲防護能力。如果焊接質(zhì)量不過關(guān)，細如發(fā)絲的焊縫就會成為穿甲彈最容易撕裂的地方。現(xiàn)代戰(zhàn)車生產(chǎn)對焊接工藝要求近乎苛刻，成敗在毫厘之間。

第一次世界大戰(zhàn)中，現(xiàn)代武器尤其是坦克的出現(xiàn)，對金屬焊接工藝提出了更高的標準和需求。第二次世界大戰(zhàn)后，埋弧焊、藥芯焊絲電弧焊、電渣焊等自動或半自動焊接技術(shù)先后問世。隨著裝甲材料碳當量提高、對焊接提出越來越高的要求。在狹小的空間里焊接這種復雜的異型結(jié)構(gòu)，在國際坦克生產(chǎn)過程中也是一道難題。一直交出百分之百合格的產(chǎn)品。

然而，本世紀初，我國正在研制新型主戰(zhàn)坦克和裝甲車輛，這些新型戰(zhàn)車使用堅硬的特種鋼材作為裝甲。然而這種材料的焊接難度極高，一道難題。

坦克輕量化是提高作戰(zhàn)能力重要途徑，而輕量化的方法之一是采用高硬度均質(zhì)裝甲鋼。均質(zhì)裝甲鋼相比于其他裝甲材料，同時兼具較高的強度和焊接性，仍是當前戰(zhàn)車防護的主要的基體裝甲。目前，裝甲鋼主要包括高硬度裝甲鋼和軋制均質(zhì)裝甲鋼。

①高硬度裝甲鋼是淬火后經(jīng)過熱處理，因此硬度很高，抗彈性能非常優(yōu)秀。②軋制均質(zhì)裝甲鋼是經(jīng)硬化和軋制工序，硬度相對較低，但抗脆斷性能很高。

01 為何強調(diào)采用的是均質(zhì)裝甲鋼？

裝甲防護系統(tǒng)中最簡單的結(jié)構(gòu)單元為均質(zhì)裝甲，均質(zhì)裝甲是由單一的均質(zhì)材料構(gòu)成，如單純的非金屬或金屬材料。通?！熬|(zhì)”指具有同一成分、均勻的組織結(jié)構(gòu)和均一的機械性能的裝甲鑄件或軋材。均質(zhì)裝甲的均質(zhì)性保證在裝甲板的縱橫截面上不出現(xiàn)反射應(yīng)力波的第二介質(zhì)。金屬材料的均質(zhì)性需要由高水平的冶金工藝來保證，均質(zhì)裝甲鋼的抗彈性能取決于鋼質(zhì)純凈度、強度、韌性和厚度。在相同硬度的情況下，鋼的純凈度提高后，延伸率和斷面收縮率將提高50%，低溫韌性可提高35-75%；有害雜質(zhì)的降低或去除，使現(xiàn)代裝甲鋼的熱加工工藝性能大幅度改善，回火脆性、白點、淬火裂紋、切割裂紋、焊接裂紋等缺陷大幅度減輕或消除。由于純凈度的提高，現(xiàn)代裝甲鋼具有了良好的強度與韌性的平衡，可以在高硬度下不出現(xiàn)脆性，相應(yīng)地提高了抗彈性能。國外標準中的表面品質(zhì)分為尺寸公差與表面品質(zhì)，對裝甲鋼來說，因避免影響臨界抗彈性能，一般不允許出現(xiàn)厚度負公差。

裝甲鋼是抗彈材料，硬度是其機械性能中的重要參數(shù)。布氏硬度在硬度檢驗中廣為使用。硬度與裝甲鋼板抗彈性能的關(guān)系主要表現(xiàn)在硬度高低對彈丸完整性、彈丸侵徹靶板機理的影響。認為裝甲鋼硬度與彈道性能總體呈正相關(guān)，隨著硬度的升高，裝甲材料的抗彈性能也隨之增強。裝甲鋼的硬度范圍并沒有統(tǒng)一的劃分，隨用途及生產(chǎn)國家的不同，劃分標準各異，通常分為三大類：高硬度裝甲鋼一般用于抗中、小口徑穿甲彈攻擊，中硬度裝甲鋼兼有抗中口徑穿甲彈和抗沖擊作用，低硬度裝甲鋼能夠抗爆轟沖擊。

02 裝甲鋼有何發(fā)展趨勢？

傳統(tǒng)裝甲鋼主要靠含碳量來控制鋼的硬度以達到抵御各種穿甲彈攻擊的功能，隨著反裝甲武器打擊能力的增強，要求裝甲不僅具有高硬度，還要有較好的韌性。為了得到高度均質(zhì)的裝甲，要求鋼板必須有較好的淬透性。向鋼中加入合金元素，以便得到全馬氏體組織發(fā)現(xiàn)之，目前有回火馬氏體組織在高應(yīng)變速率下才具有最高的斷裂應(yīng)力。傳統(tǒng)厚均質(zhì)裝甲鋼中的合金元素總量非常高，尤其是大量Ni的使用，雖然能有效改善淬透性，但容易形成合金偏析，惡化了鋼的冷、熱加工工藝性能，長期以來，傳統(tǒng)裝甲鋼的均質(zhì)性與工藝性能之間始終存在著“魚與熊掌不可兼得”的矛盾狀態(tài)。

為了克服或彌補以上不足，現(xiàn)代裝甲鋼板未來將在發(fā)展薄板化方向上著重突破，薄板化是改善裝甲板的工藝性能的有效途徑。裝甲鋼（特別是高硬度裝甲鋼板）在加工過程中的三大工藝難點是矯直、切削加工和焊接。裝甲鋼薄板化之后，便于采用精密機床沖剪和火焰切割，薄裝甲鋼易于淬透，故合金元素總量低，碳當量也低，有利于改善焊接、熱處理等熱加工工藝性能。近年來，隨著裝甲鋼的薄板化及鋼質(zhì)純凈度的提高，現(xiàn)代裝甲鋼板在高硬度的情況下兼有良好的韌性，所以采用更高硬度的裝甲鋼也是未來提高抗彈性能的趨勢。

03 高硬度裝甲鋼對焊接有何要求？

高硬度裝甲鋼在焊接時產(chǎn)生的熱影響區(qū)缺陷最為嚴重。高硬度及高強度鋼在熱影響區(qū)的力學強度下降，很容易發(fā)生熱軟化及氫脆裂紋。發(fā)生這些現(xiàn)象的影響因素包括：高硬度和高強度鋼的特殊金屬組織，焊接熱源產(chǎn)生的殘余應(yīng)力程度，以及向熔融金屬內(nèi)擴散的氫。為了減少這些缺陷，需要進行充分的預熱，同時盡可能減小熱影響區(qū)的尺寸，主要采用了低熱輸入量或者混合焊接工藝技術(shù)。

①冷金屬過渡方法。低熱輸入的電弧焊接工藝，最大程度減少熱影響區(qū)缺陷。冷金屬過渡方法工藝是為了在現(xiàn)有的電弧焊接工藝中控制熱輸入量，采用了脈沖電流，通過機械裝置對焊絲進行控制，從而將熱輸入量降至最小的焊接方法。

②感應(yīng)電弧混合焊接方法。同時采用了感應(yīng)加熱和電弧焊接，感應(yīng)加熱可以產(chǎn)生預熱效果。通過合適的控制手段，可以限制在焊縫區(qū)表面上限制加熱部位，從而將熱影響區(qū)最小化，因不受到焊接姿勢的影響，可采用機器人進行自動化焊接。

04 目前焊接高硬度裝甲鋼采用何種方法？

電弧焊

與其他焊接方法相比，早期電弧焊的設(shè)備費用更為低廉，生產(chǎn)效率更高，這種焊接工藝在產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場得到了廣泛的應(yīng)用。業(yè)內(nèi)對裝甲鋼電弧焊也進行過一定研究。盧仁峰采用的就是手工電弧焊，和藥芯焊絲電弧焊，等方法。在相同的焊接工藝中，采用低氫鐵素體焊接材料時，生成了針狀鐵素體和多邊形鐵素體的金屬組織，采用工藝時，生成了更細微的針狀鐵素體。

激光焊接

激光焊接可以生成較窄的部位和較深的焊透層，從而形成質(zhì)量較高的焊縫區(qū)，因而用于高硬度輕量化材料的焊接。與電弧焊相比，有關(guān)裝甲鋼激光焊接的研究并不多。對電弧焊和激光焊的焊縫區(qū)進行比較，與激光焊相比，電弧焊中生成了更寬的，發(fā)生缺陷的可能性更大。從抗彈試驗結(jié)果來看，激光焊接試樣與采用實芯焊絲試樣的焊縫區(qū)在抗彈性能方面相似。

摩擦攪拌焊接

摩擦攪拌焊接工藝是將高速旋轉(zhuǎn)的非消耗性工具插入到被接合的材料中，利用工具與被接合材料之間的摩擦生熱，從而進行接合的方法。摩擦攪拌焊接工藝中沒有發(fā)生熔化和凝固的過程，作為一種固相焊接工藝，不僅焊縫區(qū)的力學性能優(yōu)秀，而且可以獲得完整的焊縫區(qū)，焊接金屬材料可以顯示出優(yōu)秀的焊接性能。

激光電弧混合焊接

激光電弧混合焊接是同時采用激光熱源和電弧熱源，從而形成焊縫區(qū)的焊接方法，可以兼具激光焊接和電弧焊接的優(yōu)點。首先采用能量密度較高的激光熱源，形成鎖孔之后，再采用電弧熱源將焊絲熔化，從而填滿鎖孔。這種激光電弧混合焊接可以最大化地減少裝甲鋼焊縫區(qū)產(chǎn)生的缺陷。

為了提升裝甲鋼的抗彈性，有必要對低熱輸入焊接工藝進行研究，從而防止焊縫區(qū)的硬度軟化。為此，應(yīng)該對不同的熱源進行探討，并評價焊接性能，今后電弧焊接、混合焊接、摩擦攪拌焊接等工藝在鋼上的應(yīng)用還將進行更為深入的研究。