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航母上的铆钉,不止贵还……

  众所周知,航空母舰一直被认为是大国象征的奢侈品,有着“吸金巨兽”的称呼。美国福特号航母的造价约为129亿美元,其全寿命周期成本有可能突破500亿美元,也被称为史上最贵航母。

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  像航母这样的庞然大物,浑身上下都是宝。军事专家张召忠曾在一档军事节目中说,航母(应该指明斯克号)上的一颗铆钉抠下来能换一辆奥迪车。奥迪在国内也算是不错的车了,一辆最便宜的都值二十几万,那么航母上的一个铆钉真的有那么贵吗?
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▲局座的现场估价

  其实,相同的话局座不止说过一次。局座曾说:“苏联强盛的时候太奢侈了,被中国买回来的“明斯克”号航母甲板上的铆钉都是钛合金的,一个铆钉就能买一辆小轿车。

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▲这次变成一个铆钉换一辆小轿车了

  而新华社也曾发文谈过明斯克号天价铆钉的文章,不过价格则又被降低了一些,直接变成了一万元,即使如此,这个铆钉仍不便宜。
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  以上不同的说辞反应出两个信息,首先这个铆钉确实很贵,其次,到底有多贵,并没有统一的说法。

  那么,航母甲板上的铆钉为何这么贵?

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▲明斯克号航母甲板并排的铆钉

  航母上的飞行甲板是为舰载机起降以及停放所设计的由特殊钢制成的舰板。

  美国航母的甲板是一块一块焊接而成,然后在表面涂上防滑涂层,该图层耐盐、耐高温、高湿,并且具备一定的弹性。

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▲正在上涂层的美国航母甲板
可以看到甲板是由大块钢板焊接而成

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▲美国航母甲板上坑坑洼洼的防滑图层
近处的那个五角星是系留穴,用以固定飞机

  而俄罗斯明斯克号航母由于要起降雅克-38垂直/短距起降战斗机,雅克-38的高温尾流会让航母甲板的焊接口受热断裂。因此,当时明斯克号航母的起降甲板是用铆钉进行拼接的,并非美国航母的焊接甲板。

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▲明斯克号航母甲板上的铆钉和快状甲板
目前应该只有毛子航母的甲板这么干过

  这时的铆钉作用就非同一般,质量要求相当高,制造材料也就比较特殊,全是用钛合金打造,自然就产生了天价的铆钉。

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▲战机垂直降落时
甲板要承受发动机近千度的高温尾流

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▲F35B装备的F135发动机正在进行测试
可以看到火焰尾流

  钛合金是以钛为基础,加入其他元素组成的合金。钛合金重量轻、强度高、有良好的抗腐蚀能力(包括海水、王水及氯气)。所以,钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件,火箭、导弹和高速飞机的结构件。

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▲铆钉深入材料后
必须使用专用铆接机双面敲击

  其实,钛在中国产量相对过剩,价格不是很高。2018年9月国内海绵钛价格66000元/吨,也就66元一公斤。但不同种类的钛合金价格悬殊就很大了,这是因为钛合金加工起来相当困难,在加热成型时,也容易吸收碳氢氧氮等杂质,废品率极高,需要特殊的工艺和设备。

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▲TA9钛钯合金金属棒

  所谓物以稀为贵。这些航母甲板铆钉因采用特殊材料、特殊工艺,并且小批量制造,因此价格自然也很贵。

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▲滑越和弹射起飞的舰载机
对甲板造成的伤害要小的多

  有人要问了,美英航母也装备了F35B,为什么他们不用钛合金铆钉拼接甲板?

  其实早在F35B设计之初,就已经对发动机的排气口进行了扩张,以降低甲板承受的高温气流。但是这样做后,甲板还是可能因高温融化或变形。因此,美国研究出了防热垫。而英国则和俄罗斯一样,研究出了钛合金甲板,可承受1500摄氏度的高温尾流。

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▲英国开发的钛合金甲板

  而局座说航母甲板上的铆钉能换一辆小汽车,其根本意思是:没钱玩什么航母啊!

  最后,金妹子再给大家分享一下铆钉的一些基础知识,希望对大家有所帮助。

  一、外形和结构

  铆钉,是一种永久的机械紧固件。在安装之前,铆钉由光滑的圆柱形轴组成,一端带有头部。与头部相对的一端称为尾部。在安装时,将铆钉放置在冲孔或钻孔中,并使尾部镦粗或弯曲(即变形),使其膨胀至原始轴直径约1.5倍,将铆钉固定在适当位置。换句话说,通过粉碎“尾巴”,在另一端通过冲击创造了一个新的“头部”,从而形成一个大致呈哑铃状的新产物。

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  铆钉类型众多,可满足不同的成本、场景及强度要求,其分为实心/圆头螺钉、半管状铆钉、盲铆钉、驱动铆钉、摩擦锁紧铆钉等等,其表面可镀锌、镍、黄铜、锡等镀层。

  铆钉可用铝、钛、镍基合金(如,蒙乃尔合金)、高强度结构钢等材料制作。对于高强度结构钢,美国ASTM A502-3(结构钢铆钉标准规范)中按化学成分划分3个等级,按硬度划分为3个等级。

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  二、工作原理及应用

  铆钉每个端部有一个头部,固定在设备上后可以支撑拉伸载荷,与螺栓和螺钉适合张力载荷不同,铆钉更能够支撑剪切载荷(垂直于轴的载荷)。

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  在开发焊接技术和螺栓连接之前,金属框架建筑物结构如埃菲尔铁塔、金门大桥、悉尼海港大桥等都通过铆接连接在一起,汽车底盘也是如此。

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  在第二次世界大战期间,许多国家使用铆钉建造装甲坦克,包括在美国制造的M3坦克。然而,许多国家很快就认识到铆钉是坦克设计中的一大弱点,因为如果坦克被大型弹丸击中,即使是没有穿透能力的弹丸,它会使铆钉脱臼,铆钉会绕着坦克内部飞行并伤害或杀死机组人员。

  一些国家,如意大利、日本和英国,在整个战争期间,由于各种原因,例如缺乏焊接设备或无法有效地焊接非常厚的装甲板,在其部分或全部坦克设计中使用了铆钉。

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  在现代,铆钉通常和其它紧固件联合使用(如螺栓和螺钉),以期建立非常紧密的配合(通常称为过盈配合)。在实际应用中,与松散紧固件相同的接头中的铆钉承载更多的负载,然后,铆钉再将负载重新分配到其他松配合紧固件(如螺栓和螺钉)之前失效(当紧固件失效时,经常会导致灾难性故障),从而在其它紧固件失效前做预警启示。这在飞机上的应用意义非常明显。

  到目前为止,铆钉仍广泛用于重量轻且强度高的应用中,例如在飞机中,许多金属板合金优选不焊接变形并且可以发生性能改变的材料,内部和外部锁定的结构型盲铆钉可用于飞机应用中,因为其锁定的心轴不会脱落。
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  飞机上常用的铆钉可分为两大类实心铆钉和专用铆钉。

  实心铆钉按铆钉钉头分主要有四种:


  埋头铆钉AN426、普通头铆钉AN470、半圆头铆钉AN430和平头铆钉AN442。

  这么多种铆钉,你都认识吗?

  按材料主要可分为:

  A铆钉:纯铝制成,强度低,防腐蚀性能好。

  AD铆钉:2117铝合金制成,强度低于D铆钉和DD铆钉。这种铆钉的抗蚀能力较好,使用前无需再进行热处理。因此,这种铆钉在飞机结构上得到广泛应用。

  B铆钉:5056镁合金制成,可以在室温下储存。主要用来铆接镁合金防止电化学腐蚀。

  D、DD铆钉:2017和2024铝合金制成,强度比AD要高,DD的强度最高。但是这两种铆钉使用前需要淬火,并在孕育期内完成铆打。使用后需放入冰盒里,故这两种铆钉也成为冰盒铆钉。

  M铆钉:镍铜合金制成,也成蒙乃尔铆钉,可以在室温下储存和使用。

  KE铆钉:7050铝锌镁铜合金制成,可以在室温下储存和使用。

  专用铆钉主要有盲铆钉(拉塞式摩擦锁定铆钉、拉塞式机械锁定铆钉)、高强度销式铆钉及Hi-Locks紧固件。

  凡是上飞机的部件,都是要经过标准认证的。有的是行业协会的标准,比如 AN(Army/Navy,陆军海军)标准;MS(Military Standard),NAS(National Aerospace Standard)等等,也有飞机公司自己的标准,比如波音公司的标准,以 BAC 开头,铆钉标准是 BACR(Rivet);垫圈标准是 BACW(Washer);螺母标准是 BACN(Nut)等等。

  单说这铆钉的标准件号里,包含的信息就不少。制造实心铆钉,要依据美国联邦规范 QQ-A-430。接下来,按照 MS 或 NAS 系统来标识铆钉。我们至少需要知道一颗铆钉的如下信息:

  1)铆钉头的形状
  2)铆钉的材质
  3)铆钉杆的直径
  4)铆钉的长度

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铆钉头部都有材质识别标志

  牛仔裤中也有铆钉的应用,用于加固口袋的铜铆钉是蓝色牛仔裤的特征。

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  三、本体原料的制造及质量检验

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  在过去,通常用“锤子”敲击已安装的铆钉,作为检验密封性和缺陷的一种非破坏性测试。检查员通常用锤子敲击铆钉的头部,同时用另一只手轻轻地接触铆钉和底板,并判断返回的声音来判断质量,松散的铆钉产生可识别的不同声音。

  在现代,铆钉和其他钢材一样,要检验剪切、拉伸强度等力学性质,有时还会对其他关键特征进行进一步测试,如断裂载荷、耐盐雾性等,剪切试验包括将铆钉安装到具有特定硬度和厚度的两个板中,并测量剪切板所需的力。

  很多国家标准里规定了对此类破坏性测试试验的具体强制要求,比如美制IFI-135标准(美国螺栓、螺母和铆钉制造商学会) 等。

  (来源:军武次位面,知钢,金蜘蛛紧固件网整理)

2019/1/22 11:09:00

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