航母用钢及甲板焊接技术

2022-06-20 15:12:26 作者：直观学机械来源：直观学机械分享至：

是的，没错，这条消息你们都知道了。

6月17日，我国完全自主设计建造，采用平直通长飞行甲板，配置电磁弹射和阻拦装置，满载排水量8万余吨的第3艘航母、首艘弹射型航母福建舰下水。

续上昨天的内容，近日，看到《金属加工》杂志焊接君介绍了航母甲板的焊接技术：窄间隙埋弧焊。

航母甲板并非是一块整体的钢板，毕竟没有这么大的制造设备，而是按照要求由一块块的专用钢板进行拼接，有很多不规则的钢板拼接而成。

伊丽莎白女王级航母的大型起吊分段

航母的飞行甲板的厚度达到几十毫米，但这是整体的厚度，航母甲板并不是一层就这么厚。

航母甲板的最底层背面要做隔热处理，舰载机产生的尾焰不能把热量传导进甲板的下面，底层甲板还必须具备防水渗透功能，采用焊接工艺。

飞行甲板层是以底层为基础进行拼接的，采用焊接和铆接工艺，其技术都是各国的保密范围，其焊接工艺要求极高，采用机器焊接和人工焊接方式。

有专家说，航母焊接质量就是战斗力。在国产航母的建造过程中，焊接技术正是中国船舶制造工业的重大突破之一。

航母建造的过程中，所消耗工时的30%都是焊接工人的工作量。据介绍，每一条焊缝X光拍片一次，检验合格率达到97%以上，界面的平整度控制在3‰以下。

女王级航母，遥看焊缝近却无

大型航空母舰需要的钢板品种规格繁多，一般可分为船体板、装甲板及结构板三大类。下面让我们来分别看一看航母不同地方需要的钢材情况。

船体用钢板

要求比较低，基本上就是潜艇用的耐压板，屈服强度通常为450兆帕和550兆帕，钢板厚度为22～28毫米。船体的水下部分为了防止鱼雷与潜艇导弹的轰击，采用钢板厚度达150～203毫米。也有制成双层或三层船体，当外层钢板被击穿时，还有一层保护层，这样就增强了航母的抗打击能力。以前的航空母舰还在易受攻击的部分采用增挂装甲板的方式，以抵御各种意外的攻击。航母需要的另外一种钢材就是装甲钢板。

装甲钢板

一般用在最为关键的核心部位。航母上有两个地方最重要，一个是指挥中心，指挥中心是航空母舰钢板最厚的部分，最厚达330毫米，有点类似坦克用的装甲钢板；另外一个地方是航母的动力系统。如果航母的机舱被破坏，那么航母就变成了挨打的活靶子，因此，机舱也要重点保护。重点保护的方式就是用装甲钢板。此外，炮台等地方也要用防弹装甲板进行保护。航母用钢的最重要部分是结构用钢板。

结构板

主要用于飞机跑道、隔仓及船体结构等，尤其是飞机跑道，要求极高。首先，要求飞行甲板能够承载20～30吨舰载机起飞和降落的沉重冲击。其次，要承受喷气式飞机高达几千度的火舌的烘烤。所以，飞行甲板的屈服强度一般要达到800兆帕。还有，飞行甲板的厚度不能太厚，一般是40～50毫米，且要求不平度达5毫米/米以下，否则会影响飞机升降的质量。更重要的是，飞行甲板的板面越大越好，要尽量减少焊缝。总而言之，航用的结构钢板要求高强度、小厚度、大面积、能够在恶劣环境中使用。

目前，世界上能制造航母、潜艇用钢的只有美国、日本、法国、俄罗斯等少数几个国家。其中，质量最好的还得数美国。

“肯尼迪”号 (CVN 79)用钢

美国用来制造航母飞行甲板的钢的屈服强度一般在850兆帕左右。他们现在已经开发了两个系列的特种钢。一种是HY系列特种钢材。HY-80是一种镍铬和加入钛的合金钢，屈服强度在800兆帕左右，是制造航母或者造核潜艇最佳钢材。用这种钢制造的潜艇，能下潜2000米，而后美国又在HY-80钢的基础上，发展了屈服强度不低于686兆帕的HY-100钢，相比于HY-80提高了钢的耐蚀性、强度，改善焊接性、成型性与机加工性等，其也是当前美国海军航母重要部位的主要材料。

另外一种是HSLA型钢材。HSLA-80钢是美国20世纪80年代研制成功的新型高强度、高韧性结构钢。该型钢已部分或全部取代HY-80钢用于建造大型水面舰艇，如驱逐舰、巡洋舰和航空母舰等，其中尼米兹级核动力航母的某些结构采用此钢种。HSLA-100钢是美国为新建的航母壳体和先进的攻击型核潜艇（非耐压壳体）而研制的钢，HSLA -100是一种含碳量低，铜沉淀强化钢，合金元素含量比HSLA -80的要高，屈服强度约为690兆帕，其性能已达到HY-100钢的水平，板厚可达100毫米。

HSLA-100钢的第一批订货是用于核动力航母“斯坦尼斯”号（CVN-74）。这种型号钢板由于采用了尖端低合金技术，其硬度超强，重量非常小，因此建造构件非常轻便，并且成本还很低。用HSLA-100这种特殊用钢建造的福特级航母，其整体重量减轻了很多，建造成本也节省许多。如果在航母舰体外壳上使用这种特种钢，它能够在提供相同或者更长的使用寿命情况下，比采用传统高强度钢建造的舰体外壳更薄，重量更轻。

俄罗斯的AK系列镍铬加钛合金钢是世界上屈服强度最高的材料，可达1000MPa，除了用来制造航母，还用来制造需要深潜的核潜艇。

法国生产的“软钢”屈服强度是550MPa左右，英国的无敌级航母使用的就是法国软刚，但基于这样的材料屈服度比较底，一般仅仅用于制造小型垂直起降或者直升飞机航母，讽刺的是法国自己的“戴高乐号”航空母舰用的却是美国的HY-80钢。

日本制造的特种合金钢，屈服强度基本在450MPa左右，日本的潜艇和两硒攻击舰都使用了本国出产的特种钢材。

50mm厚度的航母甲板，是如何保证其焊接质量的呢？

由于航母甲板面积通常可达1.5万平方米以上，因此必须要将这些钢板焊接拼装在一起。那么，这个甲板的焊接到底用哪种焊接工艺呢？

大家都知道，其实各种焊接工艺都差不多，但是，咱需要的是高效高质的焊接，因此，在所有的航母甲板（类似于HSLA-100钢材）适用的电弧焊方法中，GTAW（钨极惰性气体保护焊）焊缝的夹杂物最少，但是这种焊接工艺效率很低，比较适用于薄板的焊接，因此为了应对厚度超过30mm的甲板钢，可以使用BGTAW（潜弧钨极气体保护焊）。