射孔彈藥型罩旋壓成形特征淺析

王 振，潘信強

（合肥海德數控液壓設備有限公司，安徽 合肥230601）

1 引言

油氣勘探開發過程中一個最重要階段是打開由碎屑、碳酸鹽、粘土或水化學沉積巖石形成的石油和天然氣儲集層。打開儲集層分兩個時段：一是鉆井過程中打開儲集層，從鉆頭進入儲集層的頂部開始到鉆頭鉆達該層位的底部為止；二是在下套管并在管外空間注水泥固井之后將儲集層射開。現代油氣井射孔采用聚能射孔技術，采用電纜或油管將聚能射孔器在套管中下放到儲集層后點火射孔，射流穿透套管壁和管外的水泥環并在儲集層巖石里造成通道。聚能射孔是石油開采過程中的重要環節，根據井下不同的地質條件選用不同種類的射孔彈是提高油氣井開采的重要措施。

2 藥型罩基本要求

聚能裝藥的藥型罩應具備以下基本要求：

（1）致密性要求。藥型罩是聚能裝藥的核心，在爆轟產物推動罩壁向軸線運動過程中，就將能量傳遞給了藥型罩。如果這時的藥型罩比較密實致密性大，則藥型罩的可壓縮性很小，因此內能增加很少，能量的極大部分表現為動能形式，這樣就可避免高壓膨脹引起的能量分散而使能量更為集中。為了提高聚能效應，就應設法避免高壓膨脹引起能量分散而不利于能量集中的因素。作為藥型罩必須具有很高的致密性。

（2）高密度要求。射流與靶板的密度比愈大，破甲深度愈大，在同等條件下，應優先選用密度大的藥型罩粉末材料。

（3）延展性要求。射流頭部速度和尾部速度比值愈大，破甲深度愈大。延展性高的材料所形成的射流，當射流頭部速度和尾部速度的比值很大時，所形成的射流被拉的很長而不斷裂，它的侵徹深度也越大。

3 粉末藥型罩的成形特性

如圖1 所示，藥型罩作為聚能裝藥的核心部件，在爆轟產物的推動下形成射流最終對目標進行侵徹。藥型罩的質量直接決定了爆破戰斗部的侵徹和破甲性能。粉末藥型罩具有工藝簡單、成分配比靈活、生產效率高、成形性好等特點，而且很大程度上避免了杵堵等現象。然而粉末藥型罩從本質上來說屬于多孔材料，其與相應的密實材料沖擊壓縮特性有所不同，所形成射流的破甲能力存在一定差距，其中最主要的是相同裝藥條件下粉末罩形成射流的速度要低于相應的密實罩。而且由于各成分的密度、粒度差別較大，在制造時容易發生偏聚，導致藥型罩質量降低。

在粉末藥型罩中，一般采用銅粉作為主體粉末材料，所占質量比通常為50%～90%。銅粉具有密度較大、熔點適中、聲速較高、塑性好、有一定的強度等特點，易于形成延展性好、不易斷裂、不易氣化的金屬射流，而且價格便宜。球形銅粉價格低、流動性好、保質期長、不易于形成杵堵，但成形性差、壓制的粉末罩結合強度低、易破碎。枝形粉的成形性好，粉末罩結合強度高，但流動性差，易氧化，且容易形成杵堵。鑒于球形銅粉的成形性差的缺陷，常采用以下工藝：先用粉末冶金法制造出藥型罩的初級胚體，再用300MPa 的靜冷壓力壓胚，然后在無氧條件下600℃熱處理1 小時，最后在900℃下保溫1 小時，制成成品藥型罩。這樣制造的純銅粉末罩較普通銅合金粉末罩的晶粒細小、質地均勻，所形成的射流為粒子流，當應變為6.6%時射流延展性最好，射流粒子的大小均勻，兩端成圓錐型，中部的柱體粗長，而且在藥型罩直徑及炸高一定時，表現出最佳的長徑比。

圖1 射孔彈藥型罩

在藥型罩球形銅粉中還需加入多種添加劑提高藥型罩的綜合性能。比如添加密度增稠劑提高藥型罩銅合金的密度，可以提高銅藥型罩的破甲威力；添加成型助劑，改善力學強度差、表面不光滑、偏聚等現象；添加射流改善劑提高粉體材料的密度和在射流斷裂前的高延伸性；添加能量添加劑等材料增強藥型罩所形成的射流在侵徹目標的過程中會發生劇烈的化學反應，生成大量的熱和氣體，產生二次爆炸效應。

球形銅粉制造的藥型罩主要采用旋壓技術，通過旋轉使之受力點由點到線、由線到面，同時在某個方向給予一定的壓力使金屬材料沿著這一方向變形和流動而成形某一形狀。旋壓成形技術不是單一的強力旋壓和普通旋壓，而是二者的結合；強力旋壓用于各種筒、錐體異形體的旋壓成型殼體的加工技術，是一種比較老的成熟的工藝方法，也叫滾壓法。旋壓成形的工件，可消除縱向焊縫，減少環向焊縫，提高綜合質量。旋壓塑性變形近似于點變形，可充分細化晶粒組織，提高產品的強塑性。旋壓加工具有節省材料、提高產品尺寸精度和表面質量的優點，具有廣闊的應用空間。

4 藥型罩粉末分析

4.1 粉末的基本特性及要求

單顆粒的性質主要有理論密度、點陣結構、熔點、塑性、彈性、化學成分、電磁性質等。在選材時，除了盡量選用理論密度大、彈塑性高的物質外，要結合燒結溫度對材料的熔點進行考慮。不同的粉末生產方法所生產的粉末其性質也不同，如粒度、顆粒形狀、密度、表面狀態、晶粒結構、點陣缺陷、顆粒的氣體含量、氧化物、活性等特性。其中顆粒形狀有球形、近球形、樹枝狀、片狀、碟狀、三角形、不規則形等形狀。晶粒結構有單晶顆粒、多晶顆粒等。選用材料時，應選取不同的顆粒形狀、晶粒結構的、粒度物質進行搭配，以提高藥型罩的致密性和密度。經試驗發現，表面發達和不發達的顆粒互相搭配使用，對最終的藥型罩穿深有很大提高，粉末藥型罩的粒度配級比成分配比具有更重要的作用，合適的粒度配級能明顯提高射流的侵徹深度。

4.2 粉末體的性質及要求

除了單顆粒的性質以外，粉末體的性質如平均粒度、顆粒組成、比表面、松裝密度、振實密度、流動性、壓縮性、成形性、顆粒間的摩擦狀態等對藥型罩的性能也有重要影響。其中流動性是一個非常重要的工藝性能，它對生產工藝的穩定以及產品質量優劣都有重要影響。壓縮性是金屬粉末在規定壓制條件下被壓緊的能力，成形性是指粉末壓制后壓坯保持既定形狀的能力。一般來說，成形性好的粉末，往往壓縮性差，壓縮性好的粉末，成形性差，顆粒越細的粉末成形性好，而壓縮性卻較差。所以在選用材料時，材料應具備適中的壓縮性和成形性，從而提高藥型罩的成形質量和穿深能力。

5 結束語

藥型罩制造方法很多，目前應用最廣、制造工藝最簡單的就是粉末藥型罩壓制成形。影響藥型罩的質量的因素主要有藥型罩粉末配方、藥罩壓制壓力、保壓時間、加壓次數等。隨著我國石化裝備的大力發展，對大型聚能射孔彈的需求越來越大。目前制造企業能生產出的零件遠不能滿足國內石化企業生產的需求。射孔彈壓罩液壓機可以提高射孔彈藥型罩的加工精度，減少后續加工時間。因此研制高精度伺服射孔彈壓罩液壓機生產線可促進射孔彈制造企業進一步降低成本，提高行業整體效益，大力提升國產石化裝備的生產制造水平。

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