ES2215766T3 - Cuerpo de proyectil y procedimiento para la fabricacion de elementos de guia que sobresalen radialmente. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un proyectil con elementos de guía dispuestos directamente sobre su cuerpo de proyectil que sobresalen radialmente de un cuerpo de base para la guía del cuerpo de proyectil en un tubo de cañón, mediante la aportación de una capa en al menos una sola pasada sobre un cuerpo de base giratorio, por medio de un procedimiento de soldadura en arco bajo una atmósfera protectora de gas inerte, en el que el electrodo que alimenta el alambre de soldadura se desvía de una posición central periódica, uniforme y longitudinal, fundamentalmente en dirección del eje longitudinal del cuerpo de base, y en el que el interior del cuerpo de base se solicita por un líquido refrigerante durante el proceso de soldadura, caracterizado porque el aporte se realiza por un alambre de soldadura con una proporción de níquel de al menos 90%, porque el electrodo que alimenta el alambre de soldadura es desviado en al menos la mitad de la anchura de los elementos de guía y porque el cuerpode base es sometido a una temperatura de 800ºC a 850ºC, preferentemente 815ºC, de gas inerte durante una a tres horas después del procedimiento de soldadura por aporte de material.

Description

Cuerpo de proyectil y procedimiento para la fabricación de elementos de guía que sobresalen radialmente.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un proyectil con elementos de guía según el preámbulo de la reivindicación 1.

Los proyectiles conocidos presentan mayoritariamente elementos de guía de cobre sujetos a la superficie de la camisa del cuerpo del proyectil; estos están configurados en forma de protuberancias anulares. Durante el lanzamiento de un cuerpo de proyectil configurado de esta forma en un tubo de cañón, cuya superficie interior presente varias ranuras continuas de revolución en forma de espiral, se comprimen y deforman las protuberancias, con lo cual el proyectil experimenta una rotación que sirve para la estabilización en su trayectoria balística. El elemento de guía sirve al mismo tiempo como obturación frente a los gases de pólvora calientes solicitados por la cara trasera del proyectil, y también como capa intermedia amortiguadora de la fricción entre el cuerpo de proyectil y el tubo de cañón.

Para la fabricación de este elemento conocido de guía se tornea una ranura continua de revolución en el cuerpo del proyectil, en la cual se contrae, se encaja a presión y/o se ancla un anillo mediante la técnica de soldadura.

Un inconveniente de este proyectil conocido es que durante el lanzamiento se puede lanzar algo de cobre al tubo de cañón. Esto da lugar en último término a una cierta fragilización del tubo de cañón y da como resultado una disminución de su resistencia mecánica. El tubo de cañón queda inutilizable después de una cierta cantidad de lanzamientos que depende de las condiciones iniciales más diversas. También es preocupante el arrastre de cobre al sistema del entorno, especialmente en el caso de la munición prevista para realizar prácticas.

Además, las altas presiones de los gases en los modernos sistemas de armas dan lugar a unos esfuerzos dinámicos que a menudo no pueden soportar los anillos de cobre empleados hasta ahora.

Ya al principio del último siglo fue propuesta la aplicación de anillos de guía realizados también de níquel, o de otros materiales similares, sobre los proyectiles de acero (véase el documento FR-A-5 398), para aumentar la guía en el tubo de cañón y, por consiguiente la precisión de lanzamiento en la munición.

Durante la primera guerra mundial se emplearon unas bandas de guía realizadas de material macizo, es decir, partiendo del cuerpo de munición de acero, conformadas previamente, trabajadas en relieve, lateralmente forradas de un metal blando y compactadas mecánicamente (véase el documento DE-A 35 39 310). Este tipo de unión no satisface de ningún modo las necesidades actuales, ya que al disparar el proyectil quedaría descompuesto por las presiones de gas que se forman en los actuales tubos de cañón y el tubo resultaría dañado.

Por el documento EP-A2-0392 es conocido además un proyectil de carga y de calibre reducido con una corona propulsora desechable. Para la protección de un penetrador realizado de un material pesado sensible a la rotura se aplica sobre este una funda de acero en varios estratos y bajo la protección de un gas inerte, mediante un proceso de soldadura. Esta funda dotada de una rosca después de una mecanización suplementaria, soporta la corona propulsora segmentada.

Mediante un procedimiento de metalización por inyección que ya es conocido de por sí se generan según el documento DE-A-1 35 39 310 unas bandas de guía sobre los cuerpos de munición rotativos calentados previamente y bajo una atmósfera protectora de un gas inerte. Como materiales de aporte se mencionan molibdeno, aleaciones de níquel y aluminio o materiales metalcerámicos a partir de óxido de níquel y aluminio, así como la aleación de CuZn 85/15. También está prevista una refrigeración interior del cuerpo de munición en el proceso de inyección. Este procedimiento es adecuado solamente para bandas de guía de poco grosor; no es soportable el coste para aquellos grosores que deben encajar en las líneas de contorno marcadas en el tubo de cañón.

Por el documento US-A- 2813 190 es conocido un procedimiento eficaz para la soldadura de aporte con arco de soldadura bajo una atmósfera de gas inerte, el cual sirve también para la aplicación de unas bandas de guía en una sola pasada sobre los cuerpos de munición. Con esta finalidad, dos electrodos de consumo que son alimentados con tensiones eléctricas de polaridad opuesta entre sí, son encendidos sobre el cuerpo de munición lentamente rotativo alrededor de su eje geométrico, en un dispositivo similar a un torno mecánico, y refrigerado por agua interiormente. Las cabezas de guía para los dos electrodos compuestos por unos alambres de soldadura de aporte forrados y aleados, así como el cuerpo de munición propiamente dicho, son refrigerados por agua. Las dos cabezas de guía y las conducciones de alimentación, unidas a éstas para los alambres de soldadura de aporte forrados de aluminio, en una posición inicial centrada y paralelos entre sí son además desviados en unos pocos milímetros, por medio de un accionamiento de tipo excéntrico, y con esto provocan una aporte de material compensado y homogéneo de por sí sobre el cuerpo de munición en una sola pasada.

La disposición de soldadura es relativamente costosa en conjunto y requiere la supervisión de cuatro alimentaciones de material en total; además el procedimiento está limitado a una capa de pocos milímetros (0,125 pulgadas).

De ahí que partiendo del documento US-A 2 813 190 se proponga la presente invención el objetivo de poder fabricar económicamente un proyectil, y configurar el mismo de manera que resista los altos esfuerzos de lanzamiento de las piezas de artillería modernas, y con el que al mismo tiempo se reduzca ampliamente un arrastre de cobre al tubo de cañón y su entorno. De ahí que se tenga que perfeccionar un procedimiento para la fabricación de unos elementos de guía que sobresalgan radialmente, de forma que este procedimiento sea adecuado para una fabricación industrial en grandes series y dé como resultado una fijación óptima al cuerpo de proyectil. También se tienen que poder generar unos esfuerzos de temperatura y presión de gas extremadamente altos en los elementos de guía, sin que estos fallen.

El objeto de la invención se tiene que adecuar en especial a los proyectiles de pared delgada y que contienen cargas útiles, del tipo llamado "carrier projectiles". El grosor de la capa de los elementos de guía se tiene que poder determinar libremente y estar adaptado a la finalidad de empleo del proyectil.

Los problemas anteriormente mencionados se resuelven según la invención mediante las características de la reivindicación 1.

Mediante esta configuración se puede reducir tanto como se quiera prácticamente la proporción de cobre al menos en la zona del cuerpo de proyectil que durante el lanzamiento está en contacto con el tubo de cañón. De este modo se puede impedir de manera fiable una migración de cobre al tubo de cañón. El proyectil según la invención impide de este modo una aporte de cobre al tubo del cañón y su entorno durante el proceso de lanzamiento.

Así se puede evitar de una manera fiable la contaminación y/o disminución de la resistencia a la erosión de la superficie interna del tubo de cañón, motivada por una disminución de su resistencia mecánica y por una fragilización debida a acciones metalúrgicas de cambio entre los materiales.

Los elementos de guía se pueden fabricar de un modo especialmente económico según otra variante ventajosa de la invención.

El cuerpo de proyectil tiene una robustez que es especialmente elevada en la zona de los elementos de guía, cuando el material del cuerpo de base es un acero templado y revenido o un acero de tipo Maraging.

Para no tener como resultado unas deformaciones inaceptables se recomienda enfriar el cuerpo de base, lo cual tiene lugar de manera ventajosa por medio de un líquido refrigerante que se haga circular en el cuerpo de base.

Sobre una banda de guía se podría aplicar la capa que contiene níquel, por ejemplo. A continuación se podría unir la banda de guía con el cuerpo de proyectil, como en el proyectil conocido. Sin embargo se contribuye a la disminución de los costes de fabricación del proyectil según la invención, si los elementos de guía se disponen sobre el cuerpo de proyectil directamente.

Los ensayos realizados han demostrado que los elementos de guía presentan una estabilidad que es especialmente alta, si presentan una proporción de níquel de más del 90%. Los elementos de guía constan de un níquel de alta pureza preferentemente, con una proporción de más del 99% en níquel. Ha demostrado su utilidad en la práctica el níquel 200 disponible normalmente en el mercado, también llamado "commercially pure nickel" con 99,5% de Ni y 0,08% de C (American Society for Metals, UNS nº N22000).

Mediante esta configuración se puede limitar a una medida tolerable, o incluso impedir por completo, la proporción prevista de cobre en la zona radialmente exterior de los elementos de guía. Dado que esta zona radialmente exterior de los elementos de guía tiene contacto con el tubo de cañón durante el lanzamiento, se puede impedir de un modo fiable una transferencia del cobre de los elementos de guía al tubo de cañón, incluso si el cuerpo de proyectil contiene cobre.

Los elementos de guía pueden presentar también grandes dimensiones (calibres), a pesar del coste más económico por la aplicación del procedimiento según la invención.

Mediante otra variante ventajosa de la invención se pueden evitar ampliamente las variaciones inconvenientes en la estructura cristalina metálica y también las fisuras y los espacios huecos microscópicos en la unión de la capa que contiene níquel con el cuerpo de base que por regla general se realiza de una aleación de acero, si el cuerpo de base es sometido a una atmósfera protectora de gas inerte a 815ºC durante una a tras horas después del proceso de soldadura de aporte. Mediante este tratamiento térmico se pueden reparar los deterioros en el cuerpo de base generados por el proceso de soldadura y al mismo tiempo se puede homogeneizar la estructura cristalina del material en el cuerpo de base. Mediante la supresión de las fisuras y los espacios huecos microscópicos se pueden evitar de manera fiable un efecto de cizallamiento de los elementos de guía durante el lanzamiento del proyectil. Adicionalmente se hacen reversibles las variaciones en la estructura cristalina metálica, que darían lugar a una disminución de la resistencia mecánica del cuerpo de proyectil sometido a unos esfuerzos dinámicos. Como gas inerte de protección es especialmente adecuado el argón.

Según otra variante ventajosa de la invención se contribuye a una mayor disminución de las fisuras y de los espacios huecos microscópicos, si el cuerpo de base es sometido a una atmósfera protectora de gas inerte durante tres a seis horas a la temperatura de 480ºC. El material de base experimenta al mismo tiempo otro incremento de la resistencia mecánica. Este tratamiento térmico se incluye en una fase de enfriamiento a temperatura ambiente preferentemente, después de este tratamiento térmico que tiene lugar a 815ºC.

Las tolerancias de fabricación previstas en los elementos de guía se pueden mantener más sencillamente según otra variante ventajosa de la invención, si la capa que contiene níquel es mecanizada con arranque de virutas de material hasta las dimensiones previstas. Esta mecanización con arranque de virutas puede tener lugar en un proceso de torneado, por ejemplo.

La invención permite numerosas formas de realización. Para una mayor aclaración de su principio básico está representada una de estas formas en el dibujo y se describe a continuación. Ésta muestra en:

1a figura 1a una zona parcial de un proyectil según la invención, antes de su lanzamiento;

1a figura 1b una zona parcial del proyectil según la figura 1a, después de su lanzamiento;

1a figura 2 una zona parcial del proyectil representado en la figura 1 la invención, antes de la fabricación del elemento de guía;

1a figura 3 una zona parcial de un proyectil según la figura 1; después de un proceso de soldadura de aporte para la fabricación del elemento de guía.

Las figuras 1a y 1b representan unas zonas parciales de proyectil 1, en donde la figura 1a muestra una primera zona parcial con un elemento de guía 2 en su configuración antes del lanzamiento en una dirección A desde un tubo de cañón, no representado en este caso, con un contorno interior rotativo en forma de espiral. El elemento de guía 2 se compone de un níquel de alta pureza y se ancla en una ranura del cuerpo de proyectil 5 realizado de un acero 42CrMo4 templado y revenido, y presenta los talones 3.

La figura 1b muestra la misma zona parcial después del lanzamiento a lo largo de un tubo de cañón. En este caso se forman las características protuberancias 4 en el elemento de guía 2, que sobresalen de la superficie de camisa del cuerpo 1 de proyectil y ponen en rotación el proyectil dentro del tubo de cañón, la cual provoca a su trayectoria balística la estabilización por rotación que es generalmente conocida. El talón 3 del elemento de guía 2 es deformado en el contorno interior del tubo de cañón, no representado, durante el lanzamiento y a modo de una junta de hermetismo de émbolo sirve al mismo tiempo además como un elemento de obturación altamente eficaz.

La parte frontal del proyectil 1 está configurada de la forma conocida por regla general; la dirección de lanzamiento está caracterizada por una flecha en este caso y se representa por la referencia A.

Además y como alternativa, el cuerpo de base 5 puede ser fabricado también como un anillo de acero unido con el cuerpo de proyectil 1.

Las figuras 2 y 3 visualizan dos etapas del proceso de fabricación del elemento de guía 2. En primer lugar se fabrica el cuerpo de base partiendo de tubo de acero del tipo 42CrMo4 o de un acero de tipo Maraging. Este cuerpo de base 5 tiene una superficie lisa de camisa exterior y unos chaflanes formadas por cantos biselados con relación a su ranura 7, como se representa en la figura 2.

Sobre el cuerpo de base 5 se aplican a continuación los cordones de soldadura de níquel en dirección longitudinal dentro de la ranura 7, y son solapados estos radialmente hasta el grosor deseado de una capa, como se representa en la figura 3. Por una aportación escalonada y simétrica de los materiales de soldadura por fusión se evitan los efectos inconvenientes, en especial un estiraje del cuerpo de base 5.

Este cuerpo de base 5 es sometido a un tratamiento térmico después de la generación de la capa 6 periférica de soldadura, para la eliminación de las tensiones mecánicas de soldadura, fisuras y espacios huecos microscópicos. En este tratamiento térmico es calentado el cuerpo de base 5 con la capa 6 en una atmósfera de argón a 815ºC en primer lugar y se mantiene a esta temperatura entre una y tres horas. Después de un lento enfriamiento hasta la temperatura ambiente y el atemperado subsiguiente se aumenta la temperatura del cuerpo de base 5 a 480ºC de nuevo y se mantiene esta temperatura entre tres a seis horas más. La capa 6 y el cuerpo de base 5 tienen una estructura cristalina homogénea después de un último enfriamiento hasta la temperatura ambiente.

La terminación de la capa 6 de soldadura tiene lugar de la manera que ya es conocida de por sí, mediante una mecanización con arranque de virutas de material hasta la medida de calibre previamente especificada.

En los ensayos de soldadura realizados en la práctica se ha podido comprobar que un enfriamiento intensivo del cuerpo de base 5 es de la mayor importancia. Por motivos prácticos se eligió un enfriamiento mediante agua con una conexión a la red de cañerías y se ajustó el caudal del flujo de agua empleada, de manera que no tuviera lugar ningún calentamiento apreciable en el agua. De este modo se pudieron evitar las distorsiones, incluso en los cuerpos de base dotados de una pared muy delgada, de modo que el proceso de soldadura por aporte con arco de soldadura es adecuado incluso para los proyectiles portadores de pared extremadamente delgada para submunición. Los siguientes parámetros de soldadura en atmósfera normal (condiciones de taller) han mostrado su utilidad en la práctica.

Ejemplo 1

Cuerpo de base: anillo de acero Maraging del calibre 150 mm (diámetro); longitud 120 mm; anchura del elemento de guía 52 mm.

Enfriamiento: agua con una presión de 2 bar a la entrada, conducida por un alma de electrodo que durante la soldadura de aporte es soporte para el anillo y presenta una serie de curvas en forma de ranuras para la estrangulación del caudal de flujo. Este caudal de agua alcanzó 5 l/s aproximadamente.

Ejemplo 2

Cuerpo de base: base de proyectil realizada de acero Maraging (cerrada por uno de los lados), del calibre 150 mm (diámetro); longitud 700 mm; anchura del elemento de guía 52 mm.

Enfriamiento: agua con una presión de 2 bar a la entrada, conducida a través de una brida con junta tórica de hermetismo (taladro superior) y evacuada (taladro inferior); durante el proceso de soldadura de aporte se produce una circulación turbulenta en el cuerpo de base. El caudal de agua medido alcanzó también 5 l/s aproximadamente.

En ambos ejemplos se empleó alambre para soldadura de aporte de 1,6 mm de diámetro que es alimentado por unos carretes (Baltimore Welding Division, Chesapeack Avenue, Baltimore, Maryland USA). El proceso de soldadura de aporte tuvo lugar en una atmósfera de gas inerte (cuya referencia comercial es "Argon 46") en las condiciones normales de taller.

Tensión eléctrica para soldadura	20 V; corriente continua (Proceso MSG según DIN)
Intensidad de corriente de soldadura	120A
Velocidad de soldadura	0,07 m/s
(en el cuerpo de base girando)
Anchura de oscilación del electrodo	52mm
(separación longitudinal al cuerpo de base)
Tiempo de oscilación	0,8 s (por media onda)

Examen de la superficie pulida vista al microscopio: estructura homogénea de tipo martensita en la zona activa del elemento de guía.

Los ensayos realizados han mostrado que los elementos de guía fabricados de este modo resisten unas presiones de gas significativamente más altas en comparación con los anillos de guía realizados de cobre; de este modo se elimina otro considerable foco de problemas en el lanzamiento de los cuerpos de munición. Con el empleo de los elementos de guía es considerablemente mayor el ciclo de vida útil de los tubos de cañón, en comparación con los elementos de cobre; así mismo se puede aumentar el radio de alcance de los proyectiles, ya que ahora son permisibles unas cargas mayores con las correspondientes presiones de gas más altas.

Es evidente que el procedimiento comprobado en el ámbito de ensayos se adapta a los materiales de base y configuraciones más diversos. También los parámetros de soldadura se pueden adaptar a los requerimientos mecánicos y técnicos, o el agua como agente refrigerante puede ser sustituida por otras sustancias fluidas.

Claims (4)

1. Procedimiento para la fabricación de un proyectil con elementos de guía dispuestos directamente sobre su cuerpo de proyectil que sobresalen radialmente de un cuerpo de base para la guía del cuerpo de proyectil en un tubo de cañón, mediante la aportación de una capa en al menos una sola pasada sobre un cuerpo de base giratorio, por medio de un procedimiento de soldadura en arco bajo una atmósfera protectora de gas inerte, en el que el electrodo que alimenta el alambre de soldadura se desvía de una posición central periódica, uniforme y longitudinal, fundamentalmente en dirección del eje longitudinal del cuerpo de base, y en el que el interior del cuerpo de base se solicita por un líquido refrigerante durante el proceso de soldadura, caracterizado porque el aporte se realiza por un alambre de soldadura con una proporción de níquel de al menos 90%, porque el electrodo que alimenta el alambre de soldadura es desviado en al menos la mitad de la anchura de los elementos de guía y porque el cuerpo de base es sometido a una temperatura de 800ºC a 850ºC, preferentemente 815ºC, de gas inerte durante una a tres horas después del procedimiento de soldadura por aporte de material.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el aporte de la capa que contiene níquel tiene lugar en dos pasadas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la velocidad absoluta de avance del alambre de soldadura se ajusta dentro del intervalo entre 0,03 m/s y 0,1 m/s.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo de base es sometido a una atmósfera de gas inerte a 480ºC durante tres a seis horas.