航母上的鉚釘,不止貴還……

2021-03-01 金蜘蛛緊固件網

眾所周知,航空母艦一直被認為是大國象徵的奢侈品,有著「吸金巨獸」的稱呼。美國福特號航母的造價約為129億美元,其全壽命周期成本有可能突破500億美元,也被稱為史上最貴航母。

 

像航母這樣的龐然大物,渾身上下都是寶。軍事專家張召忠曾在一檔軍事節目中說,航母(應該指明斯克號)上的一顆鉚釘摳下來能換一輛奧迪車。奧迪在國內也算是不錯的車了,一輛最便宜的都值二十幾萬,那麼航母上的一個鉚釘真的有那麼貴嗎?

 

▲局座的現場估價

 

其實,相同的話局座不止說過一次。局座曾說:「蘇聯強盛的時候太奢侈了,被中國買回來的「明斯克」號航母甲板上的鉚釘都是鈦合金的,一個鉚釘就能買一輛小轎車。

▲這次變成一個鉚釘換一輛小轎車了

而新華社也曾發文談過明斯克號天價鉚釘的文章,不過價格則又被降低了一些,直接變成了一萬元,即使如此,這個鉚釘仍不便宜。

以上不同的說辭反應出兩個信息,首先這個鉚釘確實很貴,其次,到底有多貴,並沒有統一的說法。

那麼,航母甲板上的鉚釘為何這麼貴?

 

▲明斯克號航母甲板並排的鉚釘

航母上的飛行甲板是為艦載機起降以及停放所設計的由特殊鋼製成的艦板。

美國航母的甲板是一塊一塊焊接而成,然後在表面塗上防滑塗層,該圖層耐鹽、耐高溫、高溼,並且具備一定的彈性。

▲正在上塗層的美國航母甲板

可以看到甲板是由大塊鋼板焊接而成

▲美國航母甲板上坑坑窪窪的防滑圖層

近處的那個五角星是系留穴,用以固定飛機

而俄羅斯明斯克號航母由於要起降雅克-38垂直/短距起降戰鬥機,雅克-38的高溫尾流會讓航母甲板的焊接口受熱斷裂。因此,當時明斯克號航母的起降甲板是用鉚釘進行拼接的,並非美國航母的焊接甲板。

▲明斯克號航母甲板上的鉚釘和快狀甲板

目前應該只有毛子航母的甲板這麼幹過

這時的鉚釘作用就非同一般,質量要求相當高,製造材料也就比較特殊,全是用鈦合金打造,自然就產生了天價的鉚釘。

 

▲戰機垂直降落時

甲板要承受發動機近千度的高溫尾流

▲F35B裝備的F135發動機正在進行測試

可以看到火焰尾流

鈦合金是以鈦為基礎,加入其他元素組成的合金。鈦合金重量輕、強度高、有良好的抗腐蝕能力(包括海水、王水及氯氣)。所以,鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件,火箭、飛彈和高速飛機的結構件。

鉚釘深入材料後

必須使用專用鉚接機雙面敲擊

其實,鈦在中國產量相對過剩,價格不是很高。2018年9月國內海綿鈦價格66000元/噸,也就66元一公斤。但不同種類的鈦合金價格懸殊就很大了,這是因為鈦合金加工起來相當困難,在加熱成型時,也容易吸收碳氫氧氮等雜質,廢品率極高,需要特殊的工藝和設備。

 

▲TA9鈦鈀合金金屬棒

所謂物以稀為貴。這些航母甲板鉚釘因採用特殊材料、特殊工藝,並且小批量製造,因此價格自然也很貴。

▲滑越和彈射起飛的艦載機

對甲板造成的傷害要小的多

有人要問了,美英航母也裝備了F35B,為什麼他們不用鈦合金鉚釘拼接甲板?

其實早在F35B設計之初,就已經對發動機的排氣口進行了擴張,以降低甲板承受的高溫氣流。但是這樣做後,甲板還是可能因高溫融化或變形。因此,美國研究出了防熱墊。而英國則和俄羅斯一樣,研究出了鈦合金甲板,可承受1500攝氏度的高溫尾流。

▲英國開發的鈦合金甲板

而局座說航母甲板上的鉚釘能換一輛小汽車,其根本意思是:沒錢玩什麼航母啊!

最後,金妹子再給大家分享一下鉚釘的一些基礎知識,希望對大家有所幫助。

鉚釘,是一種永久的機械緊固件。在安裝之前,鉚釘由光滑的圓柱形軸組成,一端帶有頭部。與頭部相對的一端稱為尾部。在安裝時,將鉚釘放置在衝孔或鑽孔中,並使尾部鐓粗或彎曲(即變形),使其膨脹至原始軸直徑約1.5倍,將鉚釘固定在適當位置。換句話說,通過粉碎「尾巴」,在另一端通過衝擊創造了一個新的「頭部」,從而形成一個大致呈啞鈴狀的新產物。

鉚釘類型眾多,可滿足不同的成本、場景及強度要求,其分為實心/圓頭螺釘、半管狀鉚釘、盲鉚釘、驅動鉚釘、摩擦鎖緊鉚釘等等,其表面可鍍鋅、鎳、黃銅、錫等鍍層。

鉚釘可用鋁、鈦、鎳基合金(如,蒙乃爾合金)、高強度結構鋼等材料製作。對於高強度結構鋼,美國ASTM A502-3(結構鋼鉚釘標準規範)中按化學成分劃分3個等級,按硬度劃分為3個等級。

鉚釘每個端部有一個頭部,固定在設備上後可以支撐拉伸載荷,與螺栓和螺釘適合張力載荷不同,鉚釘更能夠支撐剪切載荷(垂直於軸的載荷)。


在開發焊接技術和螺栓連接之前,金屬框架建築物結構如艾菲爾鐵塔、金門大橋、雪梨海港大橋等都通過鉚接連接在一起,汽車底盤也是如此。

在第二次世界大戰期間,許多國家使用鉚釘建造裝甲坦克,包括在美國製造的M3坦克。然而,許多國家很快就認識到鉚釘是坦克設計中的一大弱點,因為如果坦克被大型彈丸擊中,即使是沒有穿透能力的彈丸,它會使鉚釘脫臼,鉚釘會繞著坦克內部飛行並傷害或殺死機組人員。

一些國家,如義大利、日本和英國,在整個戰爭期間,由於各種原因,例如缺乏焊接設備或無法有效地焊接非常厚的裝甲板,在其部分或全部坦克設計中使用了鉚釘。

在現代,鉚釘通常和其它緊固件聯合使用(如螺栓和螺釘),以期建立非常緊密的配合(通常稱為過盈配合)。在實際應用中,與鬆散緊固件相同的接頭中的鉚釘承載更多的負載,然後,鉚釘再將負載重新分配到其他松配合緊固件(如螺栓和螺釘)之前失效(當緊固件失效時,經常會導致災難性故障),從而在其它緊固件失效前做預警啟示。這在飛機上的應用意義非常明顯。

到目前為止,鉚釘仍廣泛用於重量輕且強度高的應用中,例如在飛機中,許多金屬板合金優選不焊接變形並且可以發生性能改變的材料,內部和外部鎖定的結構型盲鉚釘可用於飛機應用中,因為其鎖定的心軸不會脫落。

飛機上常用的鉚釘可分為兩大類實心鉚釘和專用鉚釘。

實心鉚釘按鉚釘釘頭分主要有四種:

埋頭鉚釘AN426、普通頭鉚釘AN470、半圓頭鉚釘AN430和平頭鉚釘AN442。

這麼多種鉚釘,你都認識嗎?

按材料主要可分為:

A鉚釘:純鋁製成,強度低,防腐蝕性能好。

AD鉚釘:2117鋁合金製成,強度低於D鉚釘和DD鉚釘。這種鉚釘的抗蝕能力較好,使用前無需再進行熱處理。因此,這種鉚釘在飛機結構上得到廣泛應用。

B鉚釘:5056鎂合金製成,可以在室溫下儲存。主要用來鉚接鎂合金防止電化學腐蝕。

D、DD鉚釘:2017和2024鋁合金製成,強度比AD要高,DD的強度最高。但是這兩種鉚釘使用前需要淬火,並在孕育期內完成鉚打。使用後需放入冰盒裡,故這兩種鉚釘也成為冰盒鉚釘。

M鉚釘:鎳銅合金製成,也成蒙乃爾鉚釘,可以在室溫下儲存和使用。

KE鉚釘:7050鋁鋅鎂銅合金製成,可以在室溫下儲存和使用。

專用鉚釘主要有盲鉚釘(拉塞式摩擦鎖定鉚釘、拉塞式機械鎖定鉚釘)、高強度銷式鉚釘及Hi-Locks緊固件。

凡是上飛機的部件,都是要經過標準認證的。有的是行業協會的標準,比如 AN(Army/Navy,陸軍海軍)標準;MS(Military Standard),NAS(National Aerospace Standard)等等,也有飛機公司自己的標準,比如波音公司的標準,以 BAC 開頭,鉚釘標準是 BACR(Rivet);墊圈標準是 BACW(Washer);螺母標準是 BACN(Nut)等等。

單說這鉚釘的標準件號裡,包含的信息就不少。製造實心鉚釘,要依據美國聯邦規範 QQ-A-430。接下來,按照 MS 或 NAS 系統來標識鉚釘。我們至少需要知道一顆鉚釘的如下信息:

1)鉚釘頭的形狀

2)鉚釘的材質

3)鉚釘杆的直徑

4)鉚釘的長度

鉚釘頭的外形

鉚釘頭部都有材質識別標誌

牛仔褲中也有鉚釘的應用,用於加固口袋的銅鉚釘是藍色牛仔褲的特徵。

鉚釘本體通常用三種原料製造:

在過去,通常用「錘子」敲擊已安裝的鉚釘,作為檢驗密封性和缺陷的一種非破壞性測試。檢查員通常用錘子敲擊鉚釘的頭部,同時用另一隻手輕輕地接觸鉚釘和底板,並判斷返回的聲音來判斷質量,鬆散的鉚釘產生可識別的不同聲音。

在現代,鉚釘和其他鋼材一樣,要檢驗剪切、拉伸強度等力學性質,有時還會對其他關鍵特徵進行進一步測試,如斷裂載荷、耐鹽霧性等,剪切試驗包括將鉚釘安裝到具有特定硬度和厚度的兩個板中,並測量剪切板所需的力。

很多國家標準裡規定了對此類破壞性測試試驗的具體強制要求,比如美制IFI-135標準(美國螺栓、螺母和鉚釘製造商學會) 等。


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