焊接工艺规程编制的科学合理、焊工技术到位,自然就能“焊的又结实又平整”了,话虽如此,真做起来却没那么简单,里面的学问大了去了,目测要想说明白,又得写一篇“又臭又长”的科普干货,由于水平有限、篇幅也不能过长,我只能就我所知的大概说一下,不足之处还望各位看官多包涵。

(上图)看舰岛上的标志能看出来这是英国“伊丽莎白女王”号航母吧,作业焊工也看得清楚,基本上“焊接机器人”什么的是不存在的,对于航母甲板焊接来说,人工还是第一位的。首先,航母甲板面积很大,但是实际装焊尺寸又没你想象的那么大,大约16000平米的甲板区域随着“分段模块化”建造工艺的流行,先被划分为N个小分段,然后在把小段在生产车间里“拼焊组装”成尺寸更大的“大型起吊分段”,然后再把大型起吊分段,吊装运输到船坞里装焊在一起。这样以来看似巨大的航母甲板,其实随着划分成小段、装焊成大段,再把大段装焊成舰体这样一步一步完成的。(伊丽莎白女王级航母的大型起吊分段如下)

整个飞行甲板区域划分了多少大分段一目了然,每个大分段又会分成不少小段来组焊,所以真正的甲板上焊缝使不少的,至少要比一般人想象的要多的多。再举个例子,后期的美国尼米兹级航母,光是超大起吊分段就划分了161个,其中飞行甲板划分成14个分段进行焊制,说到这里意思就是“航母飞行甲板”依然是由许多小分段组焊在一起形成的,每个分段虽然不小,但也大的有限。(下图女王级航母,遥看焊缝近却无):

航母飞行甲板的材料

说焊接,当然要先说说钢材了,包括材料成分、力学性能、长宽厚度和最终装焊平整度等,都影响着焊接工艺的制定。现代航空母舰飞行甲板的厚度一般在35-50mm的范围内(自己查材料,不想抬杠),虽然不薄但也绝不谈不上厚的离谱,我接触过的比他厚、比他强度高的钢材焊接也不少,但是确实没遇到过总体组焊面积这么大、平整度要求还要小于千分之三的情况。所以飞行甲板的焊接材料特性至一方面、焊装精度又是一方面。

美国目前常用的航母飞行甲板钢一般是HSLA80/100,以前基本基本上用的是HY100,后来在尼米兹后期型上开始用HSLA100替代,近来福特号航母上又开始逐渐用HSLA115替代HSLA100,这么做的目的:一方面是HSLA系列“高强度低合金钢”可以用更“轻薄”的量来保持结构强度,这方面可以减重;另一方面是为了改善高强度钢的“可焊接性”。所以,别天天看那些“研发成功2000MPa高强钢,航母钢材世界领先”的鬼文章,就弱弱的问一句“那玩意儿能焊么”?

想研究的,给篇文章如上图,回头可以研究一下,看题目就很好理解“HSLA-115用于CVN78(福特级航母)的建造,将减少顶部结构重量和降低船体重心”。所以,现阶段来说,各国研发的航母用钢的各种性能基本都够用,而可焊性与焊接效率的提高,则成为主要研发方向:

过于使用HY-80/100系列钢材建造航母大厚度甲板时,比较容易出现焊接冷裂纹,那么就得为这些钢材制定更为苛刻的焊接工艺,要么开发新型焊材,要么控制焊接接头的冷却速度,这两种办法不是提高了整个研制工作的成本,就是降低了焊接效率。新开发的HSLA-80/100系列钢材,由于含碳量比较低,不会在焊接热影响区形成淬硬马氏体组织,抗冷裂性能比较强,即使使用6℃/秒的接头冷却速度或者更高一些,也能在所有条件下使用一般焊接方法而不会产生冷裂纹,而且焊接一般厚度工件时不需要预热,厚度超过30mm的板件或者大拘束接头工件焊制时,也只要约90℃的预热/层间温度,这么一来焊接工艺的复杂性、成本和效率都得到了有效改善。其他诸如焊接热裂纹、应力腐蚀裂纹、消除应力热处理裂纹等的处理就不再赘述了,一时半会说不完。

航母甲板到底怎么焊

关于针对航母甲板钢材焊接开发的焊丝/焊剂情况我们不再多说,就说说怎么焊: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,但是这种焊法效率很低,只适用于薄板的焊接,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),这种工艺在焊接厚板时无需打坡口,总热输入也比普通焊法少,所以焊接航母甲板的效率很高,但是无论如何都要制定严格的工艺,来控制焊接接头中的H含量和接头冷却速度,以保障焊缝的抗裂性能和机械性能,类似焊接工艺的还可以选择NG-SAW窄间隙埋弧焊。

总之,这个问题没法细说,想要说明白差不得一柜子焊接工艺规程,就先写这么多吧,各国航母的钢材多多少少都有些不同,焊材及焊接工艺规程的选择也不尽相同,各部分都抽出来说一点内容都太多了。