航母或军舰都是钢铁造的,会出现热胀冷缩现象

2022-05-29 21:26 点击:97 编辑:邮轮网

这张照片就是建造中的美国“福特级”

航母正在吊装一个模块。

钢铁确实有“热胀冷缩”这样的特性,这种特性在船舶、海洋工程建造当中是一个要克服的问题,造船的钢板或者其他型材(球扁钢)在一定的温度下的焊接至关重要,比如在零上30度高温条件可能出现0.0几㎜的热膨胀、在零下10度低温下会出现0.0几㎜的冷收缩。不论热膨胀或者冷收缩条件下焊接都会出现细小的误差,但是一艘船舶在建造过程中,根据船舶的大小会焊接十几万甚至几十万条焊缝,如果每条焊缝都超过了“误差值”,那么累积起来就是一个很大的误差!带有这样“大误差”的船舶出坞以后,进行系泊“应力释放”的时候,整条船会出现严重的变形!这种变形直接影响到了后续舾装,最严重的整条船体要回坞,重新切开模块进行重新焊接!这不但给船厂造成了经济损失,军方的计划也会受到影响。

那么,怎样改善由于“热胀冷缩”带来的不利影响呢?这就需要在“室内厂房”进行模块焊接工作,由于室内温度可以调节、基本不受气候的影响、焊接设备可以控制…等有利的工作条件使得焊接得以精确控制。

图片上就是“伊丽莎白女王级”航母的模块在室内厂房进行建造。室内建造“模块”的大概流程是:钢板进入船厂以后先要适应温度,也就是说到达室内厂房内的温度,然后进行“条形码编号”→激光切割机根据“条码信息”进行自动切割,铣边机对切割线进行“铣削”→计算机根据钢板的温度,调控焊接机的电流大小输出进行焊接……一直到一个模块搭建完毕。

精密三维测量仪,采用激光测距等手段控制焊接精度。

整个焊接过程中需要“三维精确测量”来控制焊接的精度,同时室内厂房的温度要控制在18–25度……只有这样才能保证钢板的“热涨冷缩”系数最小。船舶设计的时候已经考虑到了“热涨冷缩”这个问题,都会允许一定的焊接误差,只有这样才能消除应力的影响,高温或者高寒区钢板膨胀或者冷缩才不能使船舶由于此影响造成船身变形。

船舶生产是一个复杂的工程,特别军用舰船要求的生产标准、制造工艺非常高!这需要长期的工业积累与技术工人的长期技术培训,世界上拥有整个船舶生产链的国家没有几个,属于科技密集型、资金密集型、高技术人员密集型产业!只有工业非常强的国家才能拥有!

这个世界上大多数东西都会热胀冷缩,航母是钢铁制造的巨大金属物体,当然也会发生这种正常的物理现象。

其实不光是航母,大部分大型的舰船都会考虑这方面的问题。因为热胀冷缩的确会对船只造成影响,轻微的,破坏船身涂层;严重的,让船身直接报废。

船只越大型,这种热胀冷缩的现象就越发突出,不过船只往往考虑的是昼夜温差变化造成的影响,它又不是飞机,能几个小时内从撒哈拉飞到雪山顶。

但即使是这样,一些巨型船舶依然会因为昼夜温差而产生变化,比如当世最巨型的那类——油轮。最大只的有82万吨满载,相比十二万吨的超级航母真是小巫大巫了,它们的昼夜热胀冷缩有的能达到一米长度之差。

航母作为军舰里最大的,其实远没有巨轮那样夸张的热胀冷缩。大部分常规航母只是“巴拿马型”船舶的级别,美帝的超级航母则只是“阿芙拉型”的级别,离最大的“超巨型”还差了三个等级呢。全世界那么多船只都不怕,航母怕个啥?

呵呵,说笑了,航母当然怕了,所有的大型船舶都头疼热胀冷缩问题,航母尤其严重。

别的不说,就说飞行甲板问题。因为要直面烈日的暴晒,又要承受飞机的起降冲击以及海上盐蚀,航母的甲板受热胀冷缩影响很重,也最怕受影响。反复的热胀冷缩,会很快让航母甲板的涂层受损,让软质的缓冲层被拉伸开裂,甚至让硬质的基面产生轻微的凹凸不平。对飞机来说,这可都是颠屁股玩跳一跳的隐患。长时间如此下去,航母的飞行甲板就得进行维护。

船身也是一样,前面说了所有的大型船舶都得直面这个问题,航母也不例外,为了避免船身反复产生各种不同的形变,解决方法只有一个——让形变统一起来。

具体的方法就是——尽量整个船身使用同一块钢,最好是同一个炉子同一锅料同一时刻练出来的那批货那。其实这是没办法的办法,是材料学受限于物理效应的一次妥协。

所以现在大家明白我们的航母从瓦良格变成辽宁号是一个多么艰难的过程了吧?能拆的地方太少,要修的地方太多,要修这东西,还得去毛子那里搞回专用钢材,只是为了达到船体性能的最优化,而不是我们炼不出那炉钢。

所以相传辽宁号从02年停到了09年,就是在等待国家谈判,待抚顺特钢转化了乌克兰原技术后,航母才得以快速施工,完成接下来的部分。

但即使是这样,辽宁号依然会因为钢材的问题,使得船身性能不见得那么好,所以这也是它长期挂训练舰的一个原因。

最后就是船舶的建造上,我为此特别咨询了造船厂的熟人,得出的总结,除了上面说的材料性质一致性以外,就是:

1.多采用韧性好,扛拉力的连接材料和活连接方式,用空隙面对空隙,使得热胀冷缩无可奈何。

2.采取牺牲耗材的设计方法,对一些无所谓的,又容易受到影响的构件,进行专门设计。坏了也无所谓,反正也对付不了长时间的热胀冷缩,就不做的那么整体了,坏了就拆下来换呗。

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