二战中后期德国坦克装甲的加工与焊接工艺探究

熟悉二战德国坦克生产的朋友们都知道，我们常说的“虎式坦克由亨舍尔工厂生产”其实只能代表虎式坦克的总装工序是在亨舍尔的卡塞尔工厂完成的。坦克是一种复杂的作战车辆，没有任何一家工厂能够独力加工出所有的部件，这样做既不现实，也不经济。因此，发动机、变速器等重要总成和各类林林总总的大小部件都被外包给不同的分包商来生产，而坦克的外壳也不例外，坦克的炮塔和车体装甲壳体的加工工作有很大一部分在钢铁厂进行，这就是为什么我们可以在总装厂的院子里看到堆积如山的空车体的原因。

堆积在亨舍尔卡塞尔工厂的虎王车体装甲壳

虎式坦克的重要性不仅仅体现在强悍的战斗力上，它同时是德国坦克发展的分水岭。相对于之前的型号，虎式坦克的装甲厚度大大增加。为了提高结构强度，改善受力情况，增加焊接面积，装甲板开始采用互锁（榫卯）结构连接。同时，从一号坦克一直沿用到四号坦克的底盘/上层结构可分的设计思路被彻底摒弃。从虎式开始，底盘与上层结构改成了一体化设计，再也无法拆开。由于炮塔座圈直径较大，导致弹药架和散热系统等需要向外布置，虎式的上层结构有一部分是外悬在履带上面的，长长的翼子板被侧撑板替代，从虎式往后的新型坦克，如黑豹、虎王等都遵循了这一设计思路，并在战后的豹1、豹2主战坦克上面得到延续

虎式前身vk36.01车体

虎式前身VK 36.01，可以看到车体没有外悬结构，只有挡泥板和两个突出于侧面轮廓的冷却系统进气口。

虎式V1样车，可见外悬结构挤占了原本挡泥板的位置

虎王的设计在整体布局不变的前提下进一步改进了防弹外形，降低了加工难度

表面处理与成型工艺

表面处理完成的装甲钢板会先被裁成尺寸合适的方块，以备后续加工。钢板的切割用磁辊式气割机进行，为了确保切割质量，会在进行氧乙炔切割时使用高纯度的氧气，以保证较高的火焰温度，还会采用多个割嘴同时作业的方式，在切割的同时进行倒角，加工出坡口。如果装甲构件边缘后续还需要进行机加工，则会进行退火操作降低硬度。

1942年春季之前，德国战车的装甲构件多是采用机加工工艺切削成型的，由于机加工互锁结构的成本过高，出于降低成本和节省工时的考虑，“坦克发展委员会”要求改用气割工艺加工榫卯连接部分，其余堆叠或直线方式连接的装甲板依然采用机加工成型工艺。实际操作中，一般会先用气割机将装甲构件按照大体轮廓尺寸切割成型，然后再人工操作割炬，加工出互锁结构的凸起与开槽，黑豹、虎王等坦克车首的倾斜装甲板就是这么加工出来的。

加工成型的虎王首上装甲板堆叠在一起存放。

值得注意的是，在虎式坦克的底盘侧板和侧撑板之间的连接部位，装甲构件的边缘是用机加工工艺切出来的，两者之间用焊接方式连接，但又在外部打孔加装一L形的加强结构，加强结构在分别与底盘侧板和侧撑板用螺栓固定之后，边缘又以焊接方式进一步加固，形成了6mm宽的焊线。不过，虎式及后续车型上某些部位的焊线宽度可达10mm，但却并没有在这些位置上见到类似的加强结构，在后续车型上，底盘侧板和侧撑板之间的加强结构也被取消了。

虎式底盘侧装甲和侧撑板之间的加强结构，边缘呈波浪形

在进行切割前，会先以锤击方式去除装甲钢板表面的杂质与氧化层，之后进行喷丸处理，除此之外再无其他表面处理流程。不过，德国人似乎忘记了装甲构件在长期堆放之后，装甲结合部也需要在焊接前清理干净，1945年盟军在占领克虏伯埃森工厂以及多特蒙德-赫尔德联合钢铁厂（Dortmund-Hörder Hütten-Verein，DHHV）之后，发现该两厂的工作人员都没有认真清理装甲结合部，导致焊接质量达不到应有的水准。

完成切割之后，需要加工成弧形等复杂形状的装甲板还需要进行滚轧。德国采用的热轧工艺需要用市政煤气火焰将50mm以上的装甲板预先加热到300℃，50mm以下的装甲板需要加热到150-200℃，加热到规定温度后立即进行轧制。由于工件长度较大，在固定于夹具上进行加工时势必会产生形变，为了保证最终的焊接区域对位准确，受当时的技术条件限制，允许表面存在5mm平整度公差。厚度80mm的装甲板在成型过程中需要施加2000吨的轧制力，允许弯曲中心与主轴存在±2mm的偏移公差。

虎式坦克的炮塔侧面马蹄形装甲，以及鼠式坦克炮塔正面的弧形构件都是用热轧工艺加工成型的大型装甲构件

在1942年8月的TL 21/9017技术规范中首次提及了德国坦克的装甲板互锁工艺，互锁工艺可以增加焊接面积，减小焊线在装甲板中弹时受力过大，出现崩裂的概率。盟军曾对克虏伯公司代表卢克（Lucke）博士进行讯问，博士对互锁工艺的优点总结如下：

·互锁结构增加了装甲板之间的接触面积，多点支撑提高了总体结构的抗弹性能。

·焊缝长度增加，提升焊接强度。

·互锁结构是分段焊接的，一旦焊线出现裂纹，可以防止裂纹向附近区域扩展。

黑豹D型的装甲壳体设计已经全面采用了互锁结构，所有的主要装甲构件都通过榫卯连接在一起。它的炮塔侧面装甲靠后的位置开孔，用来插入炮塔后板的卡榫，与铸造成型的炮塔前装甲相连的部位则被加工成了梯形结构。事实上，黑豹坦克要求的加工精度比虎式坦克更高，装甲结构各部位的焊线都比虎式要窄小得多，其装甲构件所能允许的公差只有1-2mm。在黑豹A型投产的时候，炮塔侧装甲前部的梯形连接结构又被改成了方块，生产过程中，其战斗室顶甲和侧甲之间的连接方式又从互锁改成了直线焊接拼合。

黑豹底盘侧甲和车体首上、首下侧面之间的互锁结构（DHHV）

黑豹II和虎王坦克的车体结构又进一步简化，德国坦克的装甲壳体设计风格也由此固定下来。动力室外悬部分用来容纳油箱和散热系统的“鼓包”被取消，侧撑板造型变成了一条和坦克纵轴呈一定角度的直线，而互锁结构只出现在承力最大的一些构件连接部位。

总体来讲，最容易被弹的车体首上、首下装甲之间会采用相对复杂、接触点较多的互锁结构，而车首装甲与上层结构侧甲、底盘侧甲之间的互锁结构会相对简单一些。此外，尾装甲和上层结构/底盘侧甲之间，以及底盘侧甲与侧撑板之间也采用互锁结构连接。战斗室顶甲和上层结构侧甲、底盘底甲和底盘其余各面，以及侧撑板与上层结构侧甲的连接面采用的都是较为传统的直线结合方式。在虎王之后，黑豹G型的车体也进行了重新设计，优化了结构，且减少了建造车体所需不同厚度装甲钢板的种类，这种设计思路还延续到了猎虎和黑猎豹两种坦克歼击车上面。虎王的炮塔除了顶甲之外，其余构件之间都以互锁结构相连。量产型炮塔前装甲存在面积较大的梯形连接结构，侧甲和前装甲连接位置还额外钻孔，植入装甲栓进一步提高结构强度。

虎王量产型炮塔侧甲和前装甲结合部外侧打孔，每侧植入4枚装甲栓焊牢

两种不同的黑豹D/A型动力室外悬部分“鼓包”样式

DHHV的虎王车体，早在主体结构的焊接工作进行之前，航向机枪座就已经被焊接到位。

毋庸置疑，出厂之前不装航向机枪座的虎王车体肯定是克虏伯的杰作。

装甲壳体的生产

虎式/虎王的车体及炮塔装甲壳体由克虏伯的艾森工厂以及多特蒙德的DHHV加工成型，后来斯柯达（Skoda）也生产了一些虎王装甲壳体。黑豹装甲壳体的生产厂家更多，包括哈根（Hagen）的哈克特-艾肯不锈钢公司（Harkort-Eicken Edelstahlwerke GmbH）、奥地利卡普芬贝格（Kapfenberg）和克劳腾多夫-盖斯菲尔德（Crottendorf-Geisfeld）的百乐钢铁公司（Böhler & Co）工厂、DHHV、奥地利林茨钢铁厂、基兴梅尔（Kirchmeyer）的中德钢铁公司（Mitteldeutsche Stahlwerke）、哈廷根（Hattingen）的鲁尔钢铁公司、以及上西里西亚的班克钢铁厂（Bankhütte）。作为第一款由多家厂商联合制造的战车，各个分包商都试图将他们认为“最好的”工作流程应用到黑豹坦克的生产当中，所以，各厂的加工和质检方式都各不相同，尤其是焊接工作流程五花八门。1944年，武器局曾经试图统一各家工厂的焊接工作流程，但却因为生产计划调整而未能实施。

在各家负责生产虎王和黑豹G型装甲壳体的厂商当中，以克虏伯和DHHV的档案留存最为完整。总体而言，这两种坦克装甲壳体的加工方式大同小异。

以虎王坦克为例，其装甲壳体各构件大体切割成型需要耗费40工时，精加工成型耗时53工时（黑豹G型构件大体裁切成型20工时，精加工成型40工时）。虎王坦克的侧撑板还需要加工出凹槽，为后部液压减震器的安装位钻孔作业留出空间。黑豹G的部分装甲构件卡榫结构边缘为弧形，而虎王的卡榫边缘则全部为直角，降低了切割难度。

DHHV和克虏伯的车体装配步骤如下

装甲板的安装与定位要借助特制的夹具进行，构件之间还需要临时置入垫片，留出焊线空间。点焊会按照如下顺序进行：

·底板和底盘侧甲结合部内侧

·侧撑板和底盘侧甲结合部内侧

·侧撑板和上层结构侧甲结合部内侧（只焊一道）

·底板、首下装甲、车体尾甲结合部内侧

·侧撑板和首上装甲、尾甲结合部内侧

·首上装甲、底盘侧甲、上层结构侧甲结合部外侧（工人以立姿焊接）

·首上、首下装甲结合部外侧

·底盘侧甲、首下装甲和尾甲结合部内侧（工人以立姿焊接）

虎王车体各部位的焊线位置示意图

虎王车底加强结构的安装（DHHV）

箭头所指位置就是进行过点焊的地方

正在利用钳台进行拼合的虎王车体装甲构件（克虏伯）

DHHV的车体生产车间

在1945年1月工厂被苏军占领之前，班克钢铁一共组装了188个车体壳体，140个炮塔壳体。

武器局的代表们会在车体和炮塔装甲壳体完工之后进行质检，生产厂家自身也会有一套质检流程。以克虏伯为例，每班会有12-14名武器局代表在该公司各个车间同时开展工作。

克虏伯备有4条虎式/虎王坦克装甲壳体生产线，每条生产线配备了6个转台。装甲壳体在焊接完成后，就会被推走进行质检，与此同时，完成装配工序的装甲壳体会马上跟上来。克虏伯使用直流电焊机进行焊接作业，4条生产线每月能加工完成70-120个车体或炮塔装甲壳体。

在DHHV，占地面积为300x25m的生产车间有一半被虎王装甲壳体生产工段占据，剩下一半留给黑豹装甲壳体生产工段，两个工段之间被宽度为3m的过道分隔开来。用于焊接虎王装甲壳体的转台有20个，而用来生产黑豹G型装甲壳体的转台则有34个之多，转台前部支架一律朝向过道，以便工人操作电机。该车间的电焊机有两种，一种为单人操作，另一种可以支持两人同时作业。DHHV每月可以生产虎王车体装甲壳体45具，黑豹G型车体装甲壳体120具。

黑豹车体装甲壳体的组装（班克钢铁

在班克钢铁厂里，一套完整的黑豹坦克装甲壳体构件已经装车完毕，等待运走。在1945年1月工厂被苏军占领之前，班克钢铁一共组装了188个车体壳体，140个炮塔壳体。

武器局的代表们会在车体和炮塔装甲壳体完工之后进行质检，生产厂家自身也会有一套质检流程。以克虏伯为例，每班会有12-14名武器局代表在该公司各个车间同时开展工作。

克虏伯备有4条虎式/虎王坦克装甲壳体生产线，每条生产线配备了6个转台。装甲壳体在焊接完成后，就会被推走进行质检，与此同时，完成装配工序的装甲壳体会马上跟上来。克虏伯使用直流电焊机进行焊接作业，4条生产线每月能加工完成70-120个车体或炮塔装甲壳体。

在DHHV，占地面积为300x25m的生产车间有一半被虎王装甲壳体生产工段占据，剩下一半留给黑豹装甲壳体生产工段，两个工段之间被宽度为3m的过道分隔开来。用于焊接虎王装甲壳体的转台有20个，而用来生产黑豹G型装甲壳体的转台则有34个之多，转台前部支架一律朝向过道，以便工人操作电机。该车间的电焊机有两种，一种为单人操作，另一种可以支持两人同时作业。DHHV每月可以生产虎王车体装甲壳体45具，黑豹G型车体装甲壳体120具。

最后，二战中后期德国坦克装甲生产特点可以归结如下：

·大量使用互锁结构与气割成型技术。

·在焊接工序使用方便作业的转台。

·纯手工焊接。

·品控不力导致质量不达标的情况频繁发生，坦克车体与炮塔的抗弹性能受到影响。