A study of the Browning M2 Quick Change Barrel and problems experienced in the Norwegian Armed Forces

Abstract

Norway has used the Browning M2 heavy machine gun for decades. The first guns were US weapons given to us through the Mutual Defence Assistance Program. They were M2 Heavy Barrel (HB) versions. All weapons were converted to a so-called Quick Change Barrel (QCB) in the early 1990s. Around year 2000 some weapons were rebuilt from a closed-bolt to an open-bolt action. The openbolt weapons were named NM218 and the closed-bolt weapons were named NM214. Severe weapon failures have occurred in recent years with the QCB-weapons, and a lot of weapons show cracks in the threaded area on both barrel and barrel extension. Much work has previously been done to investigate these failures, but no clear answers have been found. The Norwegian Defence Research Establishment (FFI) have been tasked to do a kinematic analysis of the weapon system together with chamber pressure measurements, and an analysis of non destructive crack detection methods. From the kinematic analysis it was found that the barrel, barrel extension and bolt do not behave as one piece in the milliseconds after shot initiation; this is due to backlash in the system and gives rise to high forces on the parts. It was also found a very good correlation between maximum chamber pressure (Pmax) and forces acting in the coupling between the barrel and barrel extension. The crack analysis shows almost all cracks are situated in only two of the three threaded segments. This indicates that the forces between barrel and barrel extension are mainly transferred through two of the segments. This results in an highly asymmetric and increased load on the barrel and barrel extension compared to if the load was evenly distributed over all segments. The best and easiest way to reduce the forces acting on the barrel and barrel extension would be to use ammunition with temperature-insensitive powder, like the NM241F2 when available. Reduced backlash/smaller tolerances in the threaded area of the barrel and barrel extension and small design and material improvements should also greatly reduce the risk of fatigue failures in the barrel and barrel extension. Crack analysis shows that neither Magnetic Particle nor Dye Penetrant testing detects all cracks that are shown from microscopic examination of cross section cut. Due to the higher fail rate of the Penetrant testing, it is recommended to continue to use the Magnetic Particle testing for discarding barrels, but other test methods for non-destructive testing should be assessed and tested. Ultrasound is one possible alternative.

Norge har brukt Browning M2 maskingevær i flere tiår. De første våpnene var amerikanske og ble gitt gjennom USAs våpenhjelp til Norge. Dette var såkalte M2 Heavy Barrel (HB). Alle de norske våpnene ble konvertert til såkalt hurtig pipeskift (Quick change barrel, QCB) på begynnelsen av 1990-tallet. Rundt år 2000 ble en del våpen bygget om fra lukket til åpen bolt mekanisme. Våpnene med åpen bolt mekanisme ble kalt NM218, og våpnene med lukket bolt mekanisme ble kalt NM214. Alvorlige våpenbrekkasjer har forekommet med QCB-våpnene i de senere år, og veldig mange våpen viser seg å ha sprekker i innfestingen mellom løp og låseramme. Mye arbeid har tidligere blitt utført for å komme til bunns i årsakene til våpenbrekkasjene, men ingen klare og sikre svar er funnet. Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) har i denne sammenheng gjennomført en kinematisk studie av våpensystemet sammen med kammertrykksmålinger. En analyse av ikke-destruktiv sprekkanalyse er også utført. Fra den kinematiske studien ble det funnet at pipe, låseramme og sluttstykke ikke beveger seg som én solid del i de første millisekunder etter antenning av skuddet. Dette skyldes slark/toleranser mellom delene, og dette er med på å skape ekstra store krefter mellom løp og låseramme. Det ble også funnet en meget god korrelasjon mellom maksimalt kammertrykk (PMax) og kreftene som virker i koblingen mellom løp og låseramme. Sprekkanalyser av det gjengede partiet på pipen viser at nesten alle sprekker ligger i kun to av de tre gjengede segmentene. Dette indikerer at kreftene mellom pipe og låseramme i hovedsak blir overført kun via to gjengesegmenter. Dette gir en asymmetrisk belastning og en kraftig økt belasting på deler av pipen og låserammen, sammenliknet med om kreftene hadde vært jevnt fordelt over alle segmentene. Den enkleste måten å redusere kreftene som virker på pipe og låseramme, vil være å benytte ammunisjon med temperaturstabilt krutt, slik som NM241F2 når denne blir tilgjengelig. Redusert slark/mindre toleranser i det gjengede partiet på løpet og låserammen, sammen med små designog materialforbedringer, burde også kraftig redusere sannsynligheten for utmattelsesbrudd i pipe og låseramme. Sprekkanalysen viser at hverken Magnetic Particle- eller Dye Penetrant-testing detekterer alle sprekkene som ble avdekket med mikroskopi av tverrsnittskutt fra pipen. På grunn av den høye feilprosenten til Dye Penetrant-testen er det anbefalt å fortsette med Magnetic Particle-testing til dette formålet. Vi anbefaler også at man vurderer og tester andre typer ikke-destruktiv sprekkanalyse. Ultralyd er et mulig alternativ.