現在的大型軍艦都是分段建造,龍骨是怎麼連接的,能保證強度嗎?

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現在軍艦分段的連接方式是焊接,普遍的焊接方式是二氧化碳半自動焊,手工電弧焊,埋弧自動焊。在軍艦發展過程中,主要有三種連接方式:螺栓連接,鉚接,焊接。隨著技術的發展,前兩種連接方式已經被淘汰了。因為鉚接的速度過慢,螺栓連接不能保證氣密和水密性。所以說,焊接已經取代了鉚接和螺栓連接成為現代戰艦的連接方式。

既然整條船都是由分段模式建造的,那麼船的龍骨自然也是拼接而成的。如果還是一體化的,就無法使用分段建造技術了。艦船分段之間的連接方式為焊接,那麼龍骨與龍骨之間也是用焊接方式連接成整體的。


龍骨是連接軍艦艦首柱和艦尾柱的一個縱向部件,它主要承受艦船的縱向彎曲力矩。簡單來說,龍骨就是艦船底部最中間的一根大梁。現代所說的鋪設龍骨,其實就是個開工儀式。因為龍骨是隨著分段一段一段焊接在一起的,所以也就沒有了傳統意義上的鋪龍骨。

龍骨之間採用的焊接連接方式!為了保證焊接區有足夠的強度,使用焊材的強度要比艦船本身所用材料的強度高。一般來說,焊接材料的性能比母材高3%—5%。但是這樣也不能100%的保證焊接處的質量符合要求,因為在焊接處有材料從液態變為固態,會導致內部的應力集中。此外,母材與焊縫相連處,由於形狀的變化,也會導致應力的集中。所以說,在焊接完成後,還要進行無損檢測。主要方法有三個:一:通過力學計算;二:焊接工人的技術驗證以及焊接工藝的審批;三:無損檢測。其中無損檢測又分為好幾種方法,如超聲波探傷,X射線探傷,液體滲透檢測,磁粉檢測。



其實,我國的焊接技術也是十分先進的。在2004年,我國先後研製出了垂直自動焊接機,垂直自動立角焊機,雙絲單面MAG焊接技術等。垂直自動焊接機基本上可以保證100%的焊接質量;雙絲單面MAG技術具備無間隙裝配,自動切斷添加焊絲等,其焊接速度快,焊接質量好,焊接質量高;垂直自動立角焊機的焊接效率是原來的6倍。


在2006年,我國本土裝船率為40%,韓國為85%,日本則是98%。在2015年,我國本土裝船率達到了80%。這就說明,我國船舶相關的配套產業並不完善。隨著我國本土裝船率的不斷提高,與船舶相關的配套企業越來越多。此外,焊接質量,焊接工藝,焊接效率的提升。都促使了我國戰艦的大批量服役,尤其是近年來,055型萬噸驅逐艦,052C/05D驅逐艦,002型國產航母的亮相。都足以證明,我國船舶建造技術有了質的提高。所以說,我國海軍水面艦艇實力能夠達到世界第二,都是通過過去積累的,從量變轉為質變。(圖片來自網絡)


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龍骨是從船頭延伸到船尾的橫樑。當你登上一艘船時,你可以看到龍骨。你只能看到龍骨的一部分,因為大部分都在水下。 這使它成為船上最重要的部件之一。它也可以被稱為船的脊樑。像人的脊樑一樣,它支撐著船的整個結構。

鋪放龍骨這一天是造船過程中的重要一步。即使在今天,造船者也慶祝這一天。你可以想象這艘船像一個人的身體。船的龍骨是支柱,肋骨從龍骨中伸出來構成船的結構。 放置龍骨最常見的方法是平板龍骨。這是你會在大型海洋船隻上找到的龍骨。小船大多使用條形龍骨。平板龍骨支撐封閉的船隻。對於敞開式船,需要並使用條形龍骨,導管龍骨也用於一些船隻。



龍骨從前機艙延伸到防撞艙壁,它也用於雙底船底。當船隻進入波濤洶湧的水域時由於波浪不斷衝擊,船的龍骨可能會斷裂。如果這真的發生了,整艘船可能會分崩離析。惡劣天氣時,船的龍骨承受最大壓力。 非航行龍骨是幫助船前進的龍骨。帆船龍骨用來產生升力來抵消風力。自從第一艘船建造以來,船龍骨的概念就一直存在。隨著多年來船舶建造過程的演變,船舶龍骨也隨之演變。因為它是船不可分割的一部分。


船龍骨的建造並不容易,建造船龍骨需要專業技能和專業知識。今天,這些船很大,非常複雜。這就是為什麼有許多類型的船龍骨被用於船隻。 龍骨是船上最重要的部分,船龍骨的任何損壞都可能導致整艘船沉沒。 當我們說“船的龍骨”,我們指的是鋼板。雖然它也可以是鋼筋的形式,但現在很少見了。 現代船舶包括軍艦的龍骨是沿著船的整個長度放置的船的最底部的鋼板,其厚度略大於其側面的其他相鄰鋼板。這一區域需要加強,因為 在建造期間以及幹船塢期間,船隻都位於這 一區域上。


在第二次世界大戰開始時,為軍艦和商船隊快速生產船隻以提供戰爭物資的努力開始了,焊接技術再次得到推動。戰爭要求的快速和大規模的擴大意味著不熟練的工人和不充分的焊接實踐被使用。這種建造方法使每艘船的鋼重量減少了200噸。現代鋼質遠洋船舶的強度很大程度上歸功於焊接方法,這種焊接方法將它們的部件牢固地結合在一起。現代軍艦即便是分段建造,龍骨連接也採用的是焊接。


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分段建造法已經成為現代大型艦艇的主流建造方式之一,所謂的分段建造法,就是指造船廠先將艦艇不同部位的分段分別建造好,再運到船臺上進行焊接合攏。

目前還出現升級版的分段建造法——巨型分段建造法,它的特點是建造分段的體積、重量明顯更大,有些艦艇分段重量可達上萬噸。這樣一來,即使艦艇的噸位很大,它的艦艇分段建造數量也會比較少。分段建造法乃至巨型分段建造法的最大優點就是艦艇的建造總裝速度明顯更快,可以減少艦艇在船臺上的建造工期,降低費用成本。

當然,分段建造法也對造船廠的基礎設施、建造實力水平提出很高的要求。更為值得注意的是,採用分段建造法的艦艇對艦艇分段焊接處的質量要求更高,和傳統的搭積木建造法相比,採用分段建造法的艦艇必須採取更嚴格的要求才能保證艦艇的建造質量。

採用分段建造的艦艇可以在一定程度上認為是由各分段“縫”起來的,不少人都會對艦艇各分段的焊縫可靠性表示懷疑。為了避免採用分段建造法的艦艇的艦艇分段焊接處發生斷裂等問題,造船廠的技術人員們對焊接工作投入大量的精力,通過材料、工藝等多方面改進最終使得焊接接頭能夠更加的結實耐用。

在材料方面,軍艦要求擁有很強的負載能力和抗損能力,所以需要使用超高強度的鋼材來建造。對於這些鋼材來說,它們除了需要擁有很高的屈服強度、良好的韌性,還需要擁有很高的可焊性,在避免產生焊接缺陷的同時儘量擁有更高的焊接效率。

在工藝方面,目前現代焊接工藝通過控制焊接時的溫度、精微定位等手段顯著提升了焊接成功率和合格率。一般來說,現在造船廠的焊接工藝足以讓艦艇分段焊縫和母體之間的性能差距縮小到3%~5%之間,甚至可以讓焊縫的機械性能比母體還要高。可以說,讓艦艇分段的每一寸焊縫100%高強度聯結並沒有太大問題,至少不會讓艦艇分段焊縫存在安全隱患。

此外,在艦艇分段成功焊接後,造船廠還會對所有焊縫進行無損探傷等全方位的檢驗,發現問題就會推倒重來,重新焊接,確保分段建造的艦艇也能夠安全航行在海上。


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龍骨指的是在船底中央連接船首和船尾的一個大型縱向主構件,在龍骨上面會安裝橫向的船肋,形成船隻的主體基本結構。龍骨通常是由長而粗的樹幹製作而成,因其形似中國古代的龍,而得名龍骨。在木帆船時代,龍骨主要起的就是承重受力作用,龍骨的長度通常決定了船隻的長度,而現代軍艦全部使用高強度的鋼鐵結構打造而成,承力已經分散到整個船體,所以傳統意義上的龍骨基本上已經消失,而分段建造工藝的出現更是將龍骨打入了死牢。我們現在常常聽到一艘軍艦鋪設龍骨,其實不過是一個儀式而已。


分段建造雖然分為曲面、平面、立體等多種不同分段建造法,但是總體來說流程都差不多,都是事先造出不同的船體大小分段,然後再使用焊接的方法將這些分段在船臺上組合成一起,最後就成為一個完整的船身。船身建造完畢後,接下來就要進行艦橋或者艦島等上層建築分段的吊裝,直到船舶的舾裝,塗漆等作業全部完工,最後才算是真正完成了一艘軍艦的建造。傳統的龍骨在分段式建造中已經不復存在,唯一能夠稱之為龍骨的就是分段式船身焊接後連接船身的底部鋼樑結構。(福特級航母的分段拼接)(福特級航母艦島吊裝)

那麼在分段建造中分段船體是如何能保證焊接處的強度呢?遇到大風大浪,焊接處會不會有開縫斷裂的危險?其實對於這個我們完全不必擔心。目前各種氬弧焊、二氧化碳保護焊、電渣焊、分段對稱焊接等眼花繚亂的焊接手法以及各種切削填縫打磨工藝足以將各種厚度的板材焊接的嚴絲合縫。更重要的是軍艦焊接多采用金屬性能高於船體母材3%到5%的焊材,目的就是抵消由於焊接高溫所導致的焊接處材料的機械性能的降低。
(船體分段焊接)

而在焊接過後,還會經過各種應力試驗以及探傷檢測,如果有微小的裂縫形變,都會重新加固甚至是推倒重來,所以無論是外表的一體性還是內部金屬性能的一致性,焊接處都完全能夠達到甚至超過母材的本身強度和韌性!因此完全不必擔心焊接處的強度問題!


(英國伊麗莎白女王號航母的焊縫檢查)

也正是因為分段建造對於鋼材焊接性能有較高的要求,因此很多材料儘管絕對強度和屈服強度非常高,也不能用於軍艦建造。比如我國前陣子喧鬧一時的號稱屈服強度在2200Mpa的超級鋼,有些不負責的自媒體宣稱用它製造的潛艇可以下潛到一千米水深,各種秒殺美俄歐日。


實際上這也是扯犢子,因為這種超級鋼本身就是含碳量在0.6%以上的高碳鋼,焊接性能不佳,只能用於民用汽車等超薄鋼材的加工,如果要用於潛艇耐壓殼這種較厚的板材加工,最後的結果很可能就是即便經過預加熱過程也完全焊接不上。所以目前美俄等國家已經基本放棄了鈦合金這種焊接性能差、屈服強度高的板材,轉而使用屈服強度適中,但是焊接性能良好的低碳合金鋼用於軍艦建造。(弗吉尼亞級潛艇耐壓殼)

解決了焊接問題,分段式建造就完全不存在技術問題了,而且相比於傳統的整體式造船法,分段建造可以同時進行多個部位的建造,效率提升了至少三倍以上,目前已經成為大型民船、軍艦的標準建造模式!分段式建造法在二戰中由美國發明,五十年代在日本民船建造中得以發展,後來在七十年代經過蘇聯集大成式總結,成功的制定出分段建造的整個細分流程。我國也於80年代中期從國外引進了船舶分段建造的技術,目前包括052CD驅逐艦、055大驅、071兩棲攻擊艦、國產航母等等先進艦艇都是採用的分段建造法,大大提升了建造效率,這一工藝的大範圍推進也是我們的軍艦能夠高速下餃子的重要因素!


(國產航母的分段式建造)


軍武吐槽君


現代工藝已經做到了可以令人覺得匪夷所思的地步。電渣焊.端面整體碰焊,完全能夠做到,焊接處比材料本身還要堅固。







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