大口径焊接钢药筒 真正的中国创造

蔡寅生

强军梦是中国梦的重要组成，现代化的武器装备则是强军的必要条件。只有中国由武器装备的制造大国变成了制造强国，强军梦与中国梦才能得以实现。所谓制造强国，就是有许多中国创造的武器装备出现于世界舞台。下面我将介绍的大口径焊接钢药筒就是地道的中国创造。

从中越边境自卫反击战说起

1979年中越边境自卫反击战打响了，兵器工业立即投入了紧急战备生产，全力支援前线。一个月的反击战，以中国人民解放军的胜利而告终。

在这一个月中，最紧张的就是大口径弹药的生产，特别是130、152毫米口径的炮弹。由于库存有限，打到后来，大口径弹药成了紧缺资源，打一发130或152炮弹都得报“前指”批准。为此，国防工办经常开会，布置与检查大口径炮弹的紧急生产任务，我跟随来金烈部长多次出席这类会议。时任工办主任的洪学智将军坐镇海运仓总参招待所，他最关心的就是大弹，立下了军令状，要求兵器工业部限时完成大弹生产任务，支援前方。

其实，战争就是拼弹药、拼消耗、拼资源，历次战争弹药能否充足供应都是战争胜负的关键。二战末期的1944年，苏美德三国共生产炮弹近9亿发，造成了铜材极其短缺，弹药供应十分紧张。

大弹动员的瓶颈

和平时期，军工动员工作的主要任务，一是建立健全动员工作的法制建设；二是建设动员工作的队伍；三是组织与武器装备生产有关的战略资源的调查，摸清家底；四是制订动员预案，进行动员演练。

1988～1990年，我在机电部军工司负责动员工作，其间编制了一个动员预案。因为战时消耗最大的就是弹药，所以，动员预案就从这个最大的难题——大口径炮弹动员预案开始。

大弹预案选在以沈阳为中心的辽宁地区进行。总装厂选在兵器工业的大弹厂，而弹体、引信、底火等配套产品分别安排在沈阳、鞍山等地的许多民用工厂，一切顺利，唯有引伸药筒找不到合适的工厂，成了预案工作的令人头疼的拦路虎，致使预案无法深入下去。

药筒制造的难点

药筒是一个长径比有些大的容器，枪弹壳与炮弹壳出现后，一直都是用铜材引伸工艺制造的，生产工艺大致是这样：铜熔炼后制成铜饼，冲盂，经过若干次引伸、热处理与表面处理，最后一次引伸前进行打凹，在半成品药筒上形成底火台的雏形，最终一次引伸后进行齐口、压底，收口前先进行口部退火与表面处理，收口是使药筒毛坯口部尺寸达到规定的要求，然后第二次口部退火，消除残余应力，最后机加出成品，有的还要进行表面钝化处理。每引伸一次，就要加热一次，退火一次，酸洗一次，药筒越长，引伸次数越多。

引伸铜药筒的生产有以下几大难点。

1 需要消耗大量优质铜材，而铜材是稀缺的战略资源。我国铜产量较低，依靠大量进口。供应紧张时，为了保证军工生产，国家颁布了部分民品禁用铜材的规定，就这样兵工厂有时还是停工待料。为此，弹药供应上采取了一筒配三弹的措施，即一个药筒要重复使用三次。抗美援朝期间，工厂就曾经增加了一项任务，将使用过的药筒回收进行修整后再次装药发往部队。

2 前前后后几十道工序，周期很长。

3 需要复杂的大型设备。熔铜需要熔铜炉，冲盂需要千吨级压力机，引伸需要400吨水压机，压底需要4000吨精压机或5000吨级水压机，还有相应的酸洗池、加热炉高压气站和水泵房等。药筒口径越大，需要的设备吨位越高，相应的工具模具消耗也越大。建设药筒厂投资很大、周期很长。

4 耗能大，排放量大。熔铜需要耗电，引伸、压底、打凹都需要加热，而退火、酸洗、表面处理等工序也大量地耗能耗汽。口径越大，引伸的次数越多，耗能耗汽越大，相应的废水废气排放也多。

正是上述特点，严重制约了引伸铜药筒尤其是大口径药筒产能的扩大。

取代铜材的探索

金属药筒问世已经140～150年历史，一直是铜药筒的天下。面对资源的匮乏，五六十年前国外就开始了寻找代用材料取代铜药筒。我国也加入了这一行列。其途径可分为两类，非金属药筒与引伸钢药筒。

非金属药筒又有三种途径，即可燃药筒、可消失药筒与塑料药筒。可燃药筒是由含能材料做成，发射时筒体参与燃烧做功。可消失药筒发射时完全汽化而消失，但不能增加炮口动能。带金属筒底的称半可燃与半可消失药筒，没有金属筒底的则称为全可燃与全可消失药筒。至于塑料药筒，只是用塑料取代了铜材，功能与金属药筒无大差别。

引伸钢（个别为铝）药筒是用深冲钢取代铜材，生产过程与引伸铜药筒大同小异，但钢的延展性比铜差，所以工艺更加复杂、引伸设备的吨位更高。除此之外，还有一种办法就是取消药筒，改用药包式装药。但是，药包式装药大大影响装填与发射速度，降低了火炮威力，所以只在155毫米以上口径炮弹采用。

经过几十年的大浪淘沙，可燃与可消失等非金属药筒，虽也有个别成功，但是都没有得到广泛采用。我国上世纪七八十年代曾有几个工厂进行过探索，可燃药筒与可消失药筒都有过定型产品，但大都作为技术储备，只有少数半可燃药筒在坦克炮上得到了应用。唯有以钢代铜的工作取得了重大进展，枪弹壳早已被覆铜钢弹壳与深冲圆钢弹壳所取代，在中小口径炮弹上引伸钢药筒也基本上取代了铜药筒。但大口径的引伸钢药筒技术没有完全过关。即使已经过关的，除了节约了铜材之外，引伸工艺存在的故有缺陷并没克服，相反制造难度有所增加。况且，引伸用的钢材也是一种特种钢，生产能力也有一定限制。因此，目前还有一些炮上继续使用铜药筒。

中国登顶世界高峰

早在上世纪四十年代，美国就率先研究焊接钢药筒，并在105毫米无坐力炮弹上研制成功。法国与苏联也试过焊接钢药筒，但是，都没有在高膛压的后膛炮上获得成功。美国冶金师迈库斯在总结这一段历史时说：“根据现有的资料来看，药筒焊接工艺是既不适用，也没有发展前途。”他接着说：实际上因为钢的深引伸技术得到圆满的解决，使得人们也就不再坚持这方面的研究工作了[引自《钢药筒》邓嵩生译]。这说明，他们不是不想搞，而是没搞成，引伸钢药筒技术的成熟只不过是他们放弃焊接药筒的借口。

在中国，从1952年开始，也先后搞成了75毫米与105毫米无坐力炮的焊接钢药筒。1961年6月，国家计委国防局主持召开的弹药技术动员准备会议上就提出了用钢质材料代替铜材，用卷制法生产钢质药筒即焊接药筒的提议。1966年五机部在王立副部长的领导下，开始探索在后膛炮上采用焊接钢药筒的路子，并在五个药筒厂安排了五种不同品种焊接钢药筒的研制，五机部的文件中明确指出：“发展焊接钢药筒是一项具有十分重要的经济意义和战略意义的工作。”1966年4月，第一发手工焊接的85加钢药筒在利民厂打响，1970年通过国家鉴定，中国乃至世界上第一个后膛炮所用的焊接钢药筒宣告诞生。1978年12月，世界上第一条焊接钢药筒生产线建成。1991年第一条军民两用的焊接药筒动员线建成。半个世纪以来，我国先后研制了85加农炮、85坦克炮、72式85毫米高炮、100毫米高炮、100毫米坦克炮、122毫米榴弹炮、76毫米舰炮、100毫米舰炮、100毫米炮射导弹、100毫米坦克炮炮射导弹、152加榴炮、新152加农炮以及国产155毫米自行加榴炮的焊接钢药筒。口径从76毫米到155毫米，覆盖了加农炮、榴弹炮、坦克炮、高射炮和舰炮用弹。2013年又在国外建成了一条焊接药筒生产线。

新152加农炮是中国自行设计的射程最远的火炮，三下四上，研制周期长达27年，其中难题之一就是这个中国最长、容积最大、膛压最高的药筒难产，引伸工艺生产出的铜药筒达不到技术要求，而药包装药也遇上了困难。在系统总体论证会上，和平机械厂总师周燕生专门邀请利民厂总工程师刘纯郴出席，并与其探讨焊接钢药筒运用于新152加的可能性。对于利民厂来说，已经有了85加与新85高等焊接药筒研制成功的经验，正在跃跃欲试地寻找新目标时，新152加可是难得的机会。但他留有余地地说，应该有可能，但抽壳力要大些。于是，两个老总一拍即合，世界上前所未有的在如此大口径火炮上采用焊接药筒的决定就这样定下来了。最后，炮厂与利民厂密切配合，攻克了退壳率超标的难关，新152加于1983年外贸设计定型、大批量出口。1986年国内设计定型，荣获国家科技进步一等奖。焊接钢药筒在152加上的应用，使世界上最长的（961毫米）焊接钢药筒得以诞生。有了新152加焊接药筒的成功，当国产PLZ05型155自行加榴炮研制时，便放弃了引进155加榴炮药包装药的成熟技术，而用上了焊接钢药筒，使自行炮实现了任意角装填和抛壳自动化，缩短了装填时间，大大提高了战斗射速，并改写了世界上155毫米以上口径火炮不使用药筒的历史（迄今为止，国外的155毫米火炮都使用发射药包）。该药筒膛压高达450MPa（铜球测压），属世界焊接钢药筒的最高水平。此外该厂又为引进法国的100毫米舰炮和引进俄罗斯的76毫米舰炮，用焊接钢药筒取代了原来的引伸钢药筒。他们还为100毫米炮射导弹配上了焊接钢药筒……

大口径焊接钢药筒是土生土长的中国创造，具有完全的自主知识产权。至今，世界上能够设计与制造焊接钢药筒的国家只此一家，别无分店。它表明中国已经登上了世界药筒技术的最高峰。这是中国人对世界药筒制造技术发展所做出的重大贡献。

焊接钢药筒的优点

焊接钢药筒的突出优点是：

一，材料使用普通的中低碳钢，不但取代了铜材，而且取代深冲钢，成本更低廉，一般钢厂都能生产。

二，生产工艺简单，只需模锻筒底后进行机加和热处理，板材下料卷焊成筒，切成标准筒长，再与筒底环焊、机加即成，最后进行表面处理和包装，工艺线路与生产周期大大缩短，功效大大提高。

三，需要的设备是3吨模锻锤、正火炉、剪板机、直缝焊机与环逢焊机、中频加热设备、普通车床等。无特殊重大设备。工艺设备投资和厂房面积仅为引伸工艺的几分之一。建设周期短，焊接技术又是民用企业大量采用的技术，战时动员起来相当方便。

四，低耗能、低排放、低成本。它的电耗、煤耗、油耗、汽耗、工模具消耗都比引伸工艺大大降低。人力也相应减少很多，成本大大降低。

五，生产线柔性强，既适合大批量生产，又适合多品种小批量生产，既能生产军品，又能生产民品。是典型的军民深度融合，真正的寓军于民。

综上所述，焊接钢药筒是一种资源节约型、能源低耗型、低碳环保型、军民融合型的绿色技术。容易实施平战转换，迅速地形成新的生产能力，具有重大的战略意义。

总结几十年的生产与使用实践，焊接钢药筒与引伸药筒包括引伸铜药筒和引伸钢药筒相比，在使用方面概括起来有以下几个明显的优点。

1，焊接药筒的壁厚只决定于钢板的厚度公差，与模具磨损无关，因此，药室容积公差小，内弹道性能一致性强于引伸药筒。

2，焊接钢药筒没有引伸药筒引伸时产生的那么多残余应力，不会有应力自裂现象。

3，焊接钢药筒分成两截后，增加了设计退壳性能的可调节因素，更容易实现引伸药筒难以做到的强度分区，加上采取中频感应热处理后，可以做到正间隙退壳，从而使原来法定的不退壳率≤5%的指标大大突破，有望实现不退壳率为零的目标。因此，焊接钢药筒的退壳性能明显强于引伸药筒，可以提高火炮的持续作战能力。

4，防腐包装性能符合军标要求。他们曾经将一批储存在土窑洞长达20年，已经废弃的85高炮的药筒，进行了一次射击试验。这批药筒外包装木笼已经破损，药筒的包装纸也已腐烂，但其射击结果出人意料，百分之百发火，发发顺利退壳，且无一发在储存中出现开裂。后来他们采用了新的防腐措施，储存15年后药筒外观完好无损。

由此可见，焊接钢药筒不但在制造与成本方面有明显的优势，而且使用性能也大有提高。

药筒动员中心的建立

当大弹动员预案工作遇到了难题，无法深入时，才想起了焊接钢药筒。我们与弹药局的同事们一起到利民厂调研，如获至宝，为发现了焊接钢药筒技术，找到了解决药筒动员的途径而兴奋不已。1989年，机电部军工司专门组织了一次焊接钢药筒技术汇报会，邀请计委、国防科工委、总参、总后、海军、炮兵、装甲兵、兵器工业总公司等有关单位参加，计委国防司曹世新司长、陈德弟副司长，中国兵器工业总公司张俊九副总经理亲临会议。

会上，利民厂刘纯彬总工程师（焊接钢药筒的总设计师）和王保东副厂长详细介绍了焊接钢药筒在舰炮、坦克炮、高炮、加农炮、加榴炮上使用的成果，特别介绍了85高炮钢药筒洞库储存20年后射击试验100%发火的结果。使人们大开眼界，对焊接钢药筒的诸多疑虑得以解除，与会者一致认为：焊接钢药筒可以替代引伸钢药筒和铜药筒。曹司长当场表态，列入下一年度的国家动员计划，拨款1500万，建设一条军民通用的焊接钢药筒动员试制线。这为解决大口径炮弹战时动员找到了一条新路。第二年，利民厂的焊接药筒生产线开始建设，这条军民结合的生产线，既能生产焊接钢药筒，又能生产摩托车消音器。生产线的建成，不但使新技术转化成了实际的生产力，取得了很好的经济效益和国防效益，而且使焊接药筒技术进一步完善和发展，迈上了新台阶。

1998年12月经国家批准，利民厂成立了我国第一个国家工业动员示范中心即焊接钢药筒动员中心。兵器工业总公司的领导王德臣、曹德生，计委国防司领导曹世新与陈德弟等出席了动员中心成立大会。1999年10月31日，国家计委和国家经济动员办公室在该动员中心完成了中国首次工业动员演练。

焊接药筒技术的墙外开花

1997年，我随中国兵器工业总公司张俊九总经理出访俄罗斯。那时，我国正与俄罗斯合作开发300毫米远程火箭“旋风”，有机会看到了该火箭炮的实物。当时，我们都对这7米长、300毫米粗、带两根螺旋导向槽的发射管（即定向器）感兴趣，但谁也琢磨不出它是怎么加工成型的。后来俄方不转让火箭炮武器系统的制造技术，给我们出了个大难题，国内有关钢管厂和炮厂为此花了上千万试制费，技术总不过关。刘纯郴同志参加过一次火箭炮系统方案审查会，看到了发射管的实物，了解了它的参数，看出了其中的门道。他明白了其中的技术关键在于薄壁管件的焊接与保证高质量焊缝的中频回火技术、焊缝的辊压技术、螺旋槽的成型技术、成品管的校直技术以及异型管的校圆技术。焊接药筒实际上也就是类似的薄壁焊接管件，老刘他们已经在长期研制过程中积累了丰富经验，对完成火箭炮发射管任务充满了信心。利民厂再次跨界出击，主动请缨，只要了100万元试制费，就成功制造出性能优于俄罗斯的发射管毛坯，既解决了远程火箭炮的燃眉之急，也拓宽了焊接技术的应用范围，还为利民厂开辟了另一条谋生之路。有了“远火”发射管的成功经验，他们又承揽了航天工业的A100远程火箭项目发射管组的总体任务，成套地为他们提供了火箭发射管组件。他们发明创造的导向槽成型技术、焊接异型管的校圆校直技术等，获得了发明专利，技术领先于世界。利民厂为我国远程火箭武器的发展和出口再立新功。

这是药筒焊接技术在墙外绽开出的一朵绚丽的红花。为火箭炮发射管制造开辟了一条更加经济的道路。

利民厂金蝉脱壳的奥秘

说了半天利民厂与焊接药筒，人们不禁要问，利民厂究竟原来是干什么的厂子？为什么世界上没有搞成的焊接钢药筒，唯有他们搞成了而且搞得如此红红火火？他们成功的秘笈何在？

其实利民厂并不是药筒生产厂，而是一个不生产药筒的炮弹与火箭弹的总装厂，相当于从一个炮弹火箭弹厂分离出来的总装车间。这个专业化分工，是一个极不稳定的经济结构。总装厂靠着他人的技术吃饭，本身的工业增加值不多，这正是利民厂的危机所在。尽管当初五机部安排的焊接药筒五个研制点中并没有利民厂，但是，他们在四清工作队领导、太原地区总代表胥金城的建议下，1966年自筹资金搞起了焊接药筒，并参加了为王立副部长表演的打靶试验，得到了王部长的首肯，终于成了焊接药筒研制队伍中的“5+1”。可谁也没有想到，他们竟后来居上，成了焊接药筒的老大。当他们率先研制成功85加焊接药筒时，王立副部长感叹地说：药筒厂没有搞成，总装厂却搞成了，很奇怪。后来的实践证明，该厂的这一决策十分正确及时。果然，在军品能力调整时，他们的总装任务被全部撤销。如果利民厂当初没有占领焊接药筒这块阵地的话，那么，他们今天在军品领域里也许就无立足之地了。危机意识、为生存而战，动力无比，这就是利民厂成功的第一秘笈。

第二个秘笈是他们有一支特别能战斗的科技队伍，这支队伍热爱兵工，热爱药筒专业，视厂如命，把一生无私地奉献给药筒事业。在这个队伍中有像刘纯郴这样的学术带头人和复合型人才。他们既懂得药筒又熟悉焊接和金相热处理，既会动脑又能动手，既会设计产品，又会设计工艺设备和工装。焊接药筒是一项多学科、综合性的应用技术，没有这样的复合型人才，很难取得如此重大的成就。

第三，他们敢于走前人没有走过的路，敢闯禁区，敢于挑战别人认为不可能的事。他们既有严谨的科学态度，又有科学的工作方法。他们善于总结经验教训，把经验上升为理论。刻苦钻研出了一整套新的与引伸药筒不一样的设计原理与方法，摸索出了一套行之有效的制造工艺。他们创建了药筒的力学模型，建立了退壳性能判据和重要参数的计算公式，在设计阶段他们就能预估射击后退壳时炮膛与药筒之间的间隙。为了建立一个公式，他们自学计算机、自编程序，计算机昼夜不停地处理数据，足足花了一年多时间。这套设计方法的建立，使药筒设计从过去的“画加打”，主要凭经验设计、靠打炮验证的自然王国，慢慢上升到主要靠理论指导、靠设计计算，加上抽壳力测定器（他们自己发明的）测试，辅以打炮验证的自由王国阶段。设计成功率大大提高、弹药消耗大大减少。如果说过去药筒是打炮打出来的话，那么现在可以说主要是设计出来的。这套设计理论与方法，深化了人们对药筒设计的认识，把世界的药筒设计理论推上了新水平。

在制造技术方面他们也有突破，突破了低碳钢不能进行热处理强化、管型焊件不能热处理的框框，他们的中频快速、连续加热、连续冷却、淬火自回火、回火屈氏体强化新工艺，能够把低碳钢焊件处理到抗拉强度1400MPa、伸长率8%以上的高水平。

在这套设计方法与制造工艺的指导下，他们厂基本上每年能定型一种焊接药筒，且多数是一次成功。1987年，当兄弟厂外贸生产的D30-122榴弹炮引伸钢药筒退壳性能出现问题时，他们勇挑重担，主动请缨，实现了“六当年”的奇迹，即当年设计研制、当年工厂鉴定、当年设计定型、当年生产技术准备、当年生产定型和当年批量生产3万发外贸产品。其中所有试验均一次成功（含产品要求复装射击两次不裂退壳）。这不但证明了他们的设计方法的科学性与可行性，也充分体现出焊接药筒设计周期短、研制周期短、生产技术准备快，生产效率高的突出优点。这样的高速度高效率令引伸药筒难望尘莫及。

如今的利民厂已完全撤销了炮弹、火箭弹的总装任务，摇身一变为全国品种最多、产量最大的药筒厂，世界上唯一的焊接药筒厂，成为火箭炮发射管和集发射、包装、运输为一体的箱式发射架的生产基地。一个很可能从保军名单中除名的企业，如今变成了保军的重点企业，全国为数不多的军民融合型的工业动员示范中心。

是药筒焊接技术改写了利民厂的历史，改变了利民厂的命运，成就了利民厂的辉煌。

人们的殷切期盼

铜药筒在枪炮弹药的发展史上曾经做出过巨大贡献，功不可没。但是，也消耗了大量不可再生的稀缺资源。在产业转型、淘汰落后产能大潮汹涌澎湃的今天，在药筒领域淘汰高耗能、高耗汽、高排放的落后的引伸工艺，应该提上日程了，把铜药筒请进历史博物馆也应该是时候了，让资源友好、环境友好的“绿色”药筒——焊接钢药筒全面取代大口径铜药筒和引伸钢药筒的时机也已经基本成熟。完成这项最后冲刺的历史任务，非中国莫属。

为了实现强军梦，为了落实军民融合的方针，为了准备打仗，做好战时药筒生产能力的储备，为了让中国独创的世界领先的高新技术继续发扬光大，把焊接钢药筒及其相关的焊接技术做大做强，应该是一项重要的战略选项。

在博物馆里见吧！铜药筒！我们期盼着这一天早日到来。

[编辑/林儒生]