航母的甲板既厚實又大又平整,是如何焊接或拼接到一塊的,而且保證焊縫能夠結實?

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焊接工藝規程編制的科學合理、焊工技術到位,自然就能“焊的又結實又平整”了,話雖如此,真做起來卻沒那麼簡單,裡面的學問大了去了,目測要想說明白,又得寫一篇“又臭又長”的科普乾貨,由於水平有限、篇幅也不能過長,我只能就我所知的大概說一下,不足之處還望各位看官多包涵。

(上圖)看艦島上的標誌能看出來這是英國“伊麗莎白女王”號航母吧,作業焊工也看得清楚,基本上“焊接機器人”什麼的是不存在的,對於航母甲板焊接來說,人工還是第一位的。首先,航母甲板面積很大,但是實際裝焊尺寸又沒你想象的那麼大,大約16000平米的甲板區域隨著“分段模塊化”建造工藝的流行,先被劃分為N個小分段,然後在把小段在生產車間裡“拼焊組裝”成尺寸更大的“大型起吊分段”,然後再把大型起吊分段,吊裝運輸到船塢裡裝焊在一起。這樣以來看似巨大的航母甲板,其實隨著劃分成小段、裝焊成大段,再把大段裝焊成艦體這樣一步一步完成的。(伊麗莎白女王級航母的大型起吊分段如下)

整個飛行甲板區域劃分了多少大分段一目瞭然,每個大分段又會分成不少小段來組焊,所以真正的甲板上焊縫使不少的,至少要比一般人想象的要多的多。再舉個例子,後期的美國尼米茲級航母,光是超大起吊分段就劃分了161個,其中飛行甲板劃分成14個分段進行焊制,說到這裡意思就是“航母飛行甲板”依然是由許多小分段組焊在一起形成的,每個分段雖然不小,但也大的有限。(下圖女王級航母,遙看焊縫近卻無):

航母飛行甲板的材料

說焊接,當然要先說說鋼材了,包括材料成分、力學性能、長寬厚度和最終裝焊平整度等,都影響著焊接工藝的制定。現代航空母艦飛行甲板的厚度一般在35-50mm的範圍內(自己查材料,不想抬槓),雖然不薄但也絕不談不上厚的離譜,我接觸過的比他厚、比他強度高的鋼材焊接也不少,但是確實沒遇到過總體組焊面積這麼大、平整度要求還要小於千分之三的情況。所以飛行甲板的焊接材料特性至一方面、焊裝精度又是一方面。

美國目前常用的航母飛行甲板鋼一般是HSLA80/100,以前基本基本上用的是HY100,後來在尼米茲後期型上開始用HSLA100替代,近來福特號航母上又開始逐漸用HSLA115替代HSLA100,這麼做的目的:一方面是HSLA系列“高強度低合金鋼”可以用更“輕薄”的量來保持結構強度,這方面可以減重;另一方面是為了改善高強度鋼的“可焊接性”。所以,別天天看那些“研發成功2000MPa高強鋼,航母鋼材世界領先”的鬼文章,就弱弱的問一句“那玩意兒能焊麼”?

想研究的,給篇文章如上圖,回頭可以研究一下,看題目就很好理解“HSLA-115用於CVN78(福特級航母)的建造,將減少頂部結構重量和降低船體重心”。所以,現階段來說,各國研發的航母用鋼的各種性能基本都夠用,而可焊性與焊接效率的提高,則成為主要研發方向:

過於使用HY-80/100系列鋼材建造航母大厚度甲板時,比較容易出現焊接冷裂紋,那麼就得為這些鋼材制定更為苛刻的焊接工藝,要麼開發新型焊材,要麼控制焊接接頭的冷卻速度,這兩種辦法不是提高了整個研製工作的成本,就是降低了焊接效率。新開發的HSLA-80/100系列鋼材,由於含碳量比較低,不會在焊接熱影響區形成淬硬馬氏體組織,抗冷裂性能比較強,即使使用6℃/秒的接頭冷卻速度或者更高一些,也能在所有條件下使用一般焊接方法而不會產生冷裂紋,而且焊接一般厚度工件時不需要預熱,厚度超過30mm的板件或者大拘束接頭工件焊制時,也只要約90℃的預熱/層間溫度,這麼一來焊接工藝的複雜性、成本和效率都得到了有效改善。其他諸如焊接熱裂紋、應力腐蝕裂紋、消除應力熱處理裂紋等的處理就不再贅述了,一時半會說不完。

航母甲板到底怎麼焊

關於針對航母甲板鋼材焊接開發的焊絲/焊劑情況我們不再多說,就說說怎麼焊:在所有的航母甲板(類似於HSLA-100鋼材)適用的電弧焊方法中,GTAW(鎢極惰性氣體保護焊)焊縫的夾雜物最少,但是這種焊法效率很低,只適用於薄板的焊接,因此為了應對厚度超過30mm的甲板鋼,可以使用BGTAW(潛弧鎢極氣體保護焊),這種工藝在焊接厚板時無需打坡口,總熱輸入也比普通焊法少,所以焊接航母甲板的效率很高,但是無論如何都要制定嚴格的工藝,來控制焊接接頭中的H含量和接頭冷卻速度,以保障焊縫的抗裂性能和機械性能,類似焊接工藝的還可以選擇NG-SAW窄間隙埋弧焊。


總之,這個問題沒法細說,想要說明白差不得一櫃子焊接工藝規程,就先寫這麼多吧,各國航母的鋼材多多少少都有些不同,焊材及焊接工藝規程的選擇也不盡相同,各部分都抽出來說一點內容都太多了。


衛青點兵


兔哥回答,航母艦載機的起降甲板是整個航母戰鬥力表現的核心因素,航母甲板的作業效率決定了一艘航母的作戰能力。航母起降甲板也是航母技術最重要的展示,不但能夠抗衝擊,還要具備耐海水鹽度腐蝕,艦載機起降尾焰炙烤的功能,同時還要具備防滑的表面處理,因此航母的飛行甲板屬於特殊的結構,採用多道工藝,而且是多層結構。

(一)航母甲板的結構;航母甲板並非是一塊整體的鋼板,沒有這麼大的製造設備,而是按照要求由一塊塊的專用鋼板進行拼接,有很多不規則的鋼板拼接而成。航母的飛行甲板的厚度達到幾十毫米,但這是整體的厚度,航母甲板並不是一層就這麼厚。航母甲板的最底層背面要做隔熱處理,艦載機產生的尾焰不能把熱量傳導進甲板的下面,底層甲板還必須具備防水滲透功能,採用焊接工藝。飛行甲板層是以底層為基礎進行拼接的,採用焊接和鉚接工藝,其技術都是各國的保密範圍,其焊接工藝要求極高,採用機器焊接和人工焊接方式。


航母甲板上有許多的開口,包括彈藥輸送升降口,洗消作業管道,噴淋管道及噴口,艦載機尾焰擋板的灑水降溫系統,阻攔索系統,阻攔網系統等等。因此,航母的飛行甲板不可能做到是一塊厚幾十毫米的整塊甲板,以上的這些管線就需要佈置在底層基礎甲板和飛行甲板層之間。飛行甲板上面要作防腐防滑處理,這也是我們所知道的航母的甲板都非常的粗糙原因,而且還有各種管道的噴口,艦載機的繫留裝置,排水裝置等等,因此,整個甲板的所用材料每一項都是高科技的,而且也是保密的。

(二)關於航母甲板的焊接問題,這個可是重中之重,也是一個國家造船技術的展示,總體而言,航母所用的鋼材決定了其焊接的難度。航母甲板的焊接並不是拿過來就用,而是要經過鋼板的整形,打磨,使一塊鋼板平整度符合要求,還要對焊口做坡口處理,並對坡口打磨,航母用的鋼板都是具有很強屈服強度的特殊鋼材,普通的電氣焊是無法做到的,甲板的厚度也比較厚,而且需要上下焊接。

目前的焊接工藝例如熔化極氬弧焊如果加大電流,能夠焊接厚度2釐米以上的鋼板,但這個厚度顯然對航母甲板有些牽強。二氧化碳氣體保護焊能夠焊接的厚度據說可以達到3釐米的厚度。這些技術是否能否用於航母甲板的焊接我們並不得而知,而且使用稀有氣體的成本也會很高。目前的電渣壓力焊的厚度能夠焊接的鋼板厚度達到了數十釐米的厚度。但這些技術能否對航母甲板的焊接有用,我們就不知道了,但有一點可以肯定,就是航母即然造出來了,技術自然是成熟了。



(三)從航母甲板的功能及結構來看,焊接技術並非是一個特性難題,目前的焊接技術完全可以支持焊接工藝的要求。而航母甲板的拼接焊接是整個甲板工藝的一部分,鉚接也是一項重要的工藝要求。甲板通常採用兩者結合的方法,這主要是甲板功能決定的。而塗在甲板表面的最後的工藝是防滑層以及特殊的塗料,這些塗料具備防腐、耐用、耐火焰炙烤的特點,即是航母甲板的使用層也是保護層。


總之,航母甲板的製造是一個國家軍工製造的能力展示,也是屬於需要保密的工藝。兔哥做為一個軍迷也只能是抒發個人的一些觀點而已。也希望大家各抒己見,發表自己的看法。同時歡送你對兔哥的關注。圖片來源網絡。


兔哥42928


航母甲板就是我們通常所說的飛行甲板,它除了供艦載機停放外,還需要承受飛機著艦時帶來的巨大沖擊力,因此飛行甲板的質量有著非常高的要求。儘管在很早以前,人們也曾使用過木製飛行甲板,但是隨著艦載機機動性能的提高,飛行甲板的質量要求也隨之“水漲船高”。

飛行甲板所用鋼材的質量標準甚至要超過核潛艇,它對材料的屈服度有著極高的要求。一般軍艦用鋼材的屈服度只有300MPa左右,而飛行甲板所用鋼材的屈服度則需要達到850MPa以上。如今,世界上能夠生產航母用特種鋼材的國家只有美日俄等少數幾個國家,其中以美俄兩國生產的特種鋼材質量最佳。鋼材質量的提升往往意味著加工難度的增加,而過高的甲板厚度又進一步增大了切割焊接的難度,因此飛行甲板的焊接技術也是航母建造的一大難題。

船體焊接技術有多種,而我國選用的焊接技術是窄間隙埋弧焊。這一技術是目前應用範圍最廣的焊接方法之一,也是一種非常成熟可靠的焊接方式,而且焊接頭的機械性能也優於其它焊接方式。簡單來說,航母甲板的焊接方法與普通厚壁鋼材的焊接並沒有太大的不同,只不過飛行甲板焊接所用的焊劑性能要比普通焊接高出很多。同時,為了保證焊縫結實牢固,通常會採用多層焊接的方式,並及時做好清渣工作。事後,還會有專人對焊縫進行仔細的檢查,直至確認每一塊鋼板都達到焊接標準。


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航母的飛行甲板是巨大的不規則形狀,還要切出大面積的不規則開口。這裡就需要到相當高精尖的特殊材料焊接和切割技術了。精度要求很高。國際上常常使用的激光切割在這裡根本還不行,因為這個並不是普通的船用鋼材,厚度和材料的堅硬度要高上一個數量級了。而材料的無縫隙爆破焊接也是航母建造中不可缺少的。但上面兩樣技術卻是我們缺少的。

焊接在船體建造中應用很廣,各種技術已趨於完善和成熟,焊接工作量佔船體建造總工作量的30%~40%,焊接成本佔船體建造成本的30%~50%。同時,焊接技術能擴大,造船總量、縮短造船週期、穩定焊接質量、提高經濟效益、減輕勞動強度等。造船焊接技術起步於50年代手工電弧焊;50年代中期引進埋弧自動、半自動焊;50年代末期~70年代末,試驗半自動CO焊、重力焊、下行焊、襯墊單面焊獲得成功;80年代初,船總大力發展高效焊技術,成立高效焊接技術指導組,推廣應用各種高效焊。船舶焊接具有工件龐大、形狀複雜、施工環境差等特點。主要有以下三種焊接方法:①埋弧自動焊:普通單、雙絲埋弧焊、FCB法、RF法、FAB法;②CO氣體保護焊:常規CO半自動焊、雙絲自動焊(MAG)、自動角焊、CO氣保護單面焊、CO氣電垂直自動焊;③手工焊條焊:鐵粉焊條焊、下行焊條焊、深熔焊條焊、重力焊、普通焊條焊。


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