Применение вспененного алюминиевого сэндвич-материала во взрывобезопасных зданиях-

Алюминиевая пена имеет множество применений в зданиях, и взрывобезопасные-строительные материалы являются одним из важных ее применений. Например, взрывозащищенный слой из пеноалюминиевого композитного материала из стальной пластины- может защитить колонну рамной конструкции здания, сэндвич-панели из вспененного алюминия и стального листа могут использоваться в качестве защитной двери здания, а сэндвич-балка из вспененного алюминия может использоваться для защиты инженерного здания и т. д. Поскольку алюминиевая пена является новым типом функционального материала, время разработки невелико, но его превосходное поглощение энергии и ударопрочность определяют, что он будет более широко использоваться в здание взрывобезопасно-.

1. Технология приготовления пеноалюминиевого сэндвич-материала

Хотя алюминиевая пена имеет много преимуществ, ее низкая прочность ограничивает ее применение. Вспененный алюминиевый сэндвич-материал представляет собой композит из вспененного алюминиевого сердечника и высокопрочных-панельных материалов, таких как стальной лист и алюминиевый лист, так что они могут дополнять друг друга по структуре и функциям. Вспененный алюминий, используемый во взрыво-защищенных зданиях, в основном состоит из этого материала. Существует множество методов подготовки сэндвич-материалов из вспененного алюминия, и есть две основные категории: первый заключается в соединении предварительно изготовленного вспененного алюминия с материалом панели, например, склеиванием и сваркой; другой - соединить материал панели с алюминиевой основой. Вспененный порошок превращается в заготовку, затем нагревается и вспенивается, и после охлаждения получается сэндвич-панель из вспененного алюминия. Помимо этих двух типов, исследуются и другие методы.

1.1 Способ подключения

Метод склеивания заключается в склеивании вспененного алюминия и панели с помощью клея, который относится к методу физического соединения, процесс прост, а точность продукта также высока. Однако процесс очистки пеноалюминия и поверхности панели перед склеиванием сложен, а термостойкость и коррозионная стойкость клея плохие, а прочность склеивания также относительно низкая. Эти недостатки ограничивают развитие этого метода. По сравнению с методом склеивания, прочность соединения метода сварки была значительно улучшена. В настоящее время проводится больше исследований по методу пайки и методу лазерной сварки.

Метод пайки - это метод сварки сэндвич-материала из вспененного алюминия, который в настоящее время более изучен. Суть этого метода заключается в подборе припоя и удалении оксидной пленки с поверхности вспененного алюминия. Из-за разности электродных потенциалов между припоем на основе Sn- и основным материалом из вспененного алюминия в паяном соединении может возникнуть электрохимическая коррозия, а соединение имеет низкую термостойкость и низкую прочность. Ван Хуэй и др. использовали азотную защиту для повышения прочности паяных соединений. Результаты исследований показывают, что граница раздела не образует непрерывный слой пленки, а состоит из торцевых -пор-контактных пересечений ребер. Ю Чонгчун и др. в качестве припоя использовался сплав Zn-Al-Cu. Поскольку припой имеет определенную функцию -удаления пленки, нет необходимости использовать флюс во время сварки, что позволяет избежать проблемы коррозии, вызванной использованием флюса; используется механическое выскабливания. Сотрите 1 спред; применять ультразвуковую вибрацию во время сварки, чтобы припой растекался и заполнял поры равномерно; наконец, получается сэндвич-панель, в которой металлургически объединены припой и алюминиевая пластина, припой и вспененный алюминий. Чен Наннан и др. использовали медную фольгу-алюминиевый лист-композитный слой медной фольги в качестве промежуточного слоя, что сделало прочность соединения выше, чем у основного металла, и оптимизировало такие параметры, как температура сварки и время выдержки. Сун Юфэн и др. использовали сплав на основе Al-Si- в качестве припоя и пластину из чистого алюминия в качестве лицевой панели, а также получили сэндвич-панели из вспененного алюминия методом пайки. Влияние температуры сварки, времени и процесса отжига на характеристики сэндвич-панелей было исследовано с помощью ортогонального испытания. Оптимальные параметры процесса получены следующие: температура сварки 640 град, время 15 мин, отжиг для снятия напряжений при 400 град 30 мин; Стойкость сэндвич-панели, изготовленной данным способом, при высокой температуре выше, чем у клеевого способа.

Лазерная сварка – это метод облучения -высокоинтенсивным и высокоэнергетическим лазерным лучом-металлической поверхности с целью его расплавления и соединения друг с другом. Преимущества этого метода заключаются в том, что деформация заготовки после сварки невелика, эффективность производства высока и может быть реализовано непрерывное производство. Чжан Ди и др. добавил алюминиевый сплав 6061 между пеноалюминием и панелью с пористостью 70 процентов, расплавил алюминиевый сплав 6061 с помощью тепла лазерного луча и проник в отверстия пеноалюминия, чтобы добиться лучшей сварки и прочности на растяжение сварное соединение. Оно составляет 2,97 МПа, что близко к прочности пеноалюминия. Однако во время лазерной сварки поглощение лазерной энергии базовым материалом из пеноалюминия ограничено из-за отражения стенок пор в пеноалюминии и ограничения порового пространства. Под действием высокотемпературного источника тепла поры внутри пеноалюминия могут схлопываться из-за эндотермического плавления, в результате чего образуется широкий участок сварного шва с плотной структурой. Лазерная сварка все еще находится на ранней стадии исследований, и до промышленного производства еще далеко. идти.

1.2 Метод вспенивания

Лян Сяоцзюнь и др. смешанный порошок алюминиевого сплава с пенообразователем TiH2, а затем прессованные железо, титановые панели и порошок в форме, сначала изготовили вспениваемую заготовку, а затем нагрели при определенной температуре для разложения TiH2 на водород, так что вспенивание расплава дает металлургически связанные сэндвич-панели . Поскольку этот метод требует прессования в форме, размер готового изделия ограничен. Чжан Минь и др. поместили порошок алюминиевого сплава, смешанный с пенообразователем, между панелями, а затем изготовили заготовку методом прокатки композита, что позволило избежать ограничения размера формы, а затем поместили ее в печь сопротивления для нагрева и вспенивания. Этапы процесса просты, а непрерывное производство проще. Основная проблема метода прокатки композита заключается в том, что заготовка склонна к потере порошка в процессе прокатки, что приводит к низкому выходу, низкой толщине и точности листа. Чтобы улучшить качество преформы, Song Binna et al. использовали метод обертывания для изготовления преформы и помещали порошок из алюминиевого сплава для вспенивания в алюминиевую трубку, запечатывали и скручивали, а затем вспенивали. Этот метод решает проблемы потери порошка и краевых трещин на краях преформы и позволяет получать сэндвич-панели с хорошим сцеплением на границе раздела фаз; Сонг Бинна и др. изучали влияние коэффициента обжатия на преформу и структуру сэндвич-панели. Исследования показывают, что при коэффициенте обжатия 70 процентов поверхность преформы плоская и цельная, порошок однородный и плотный, а качество готовой сэндвич-панели также самое лучшее. Лю Цзя и др. дополнительно изучали влияние параметров вспенивания на поведение клеток в среднем слое сэндвич-панели в процессе подготовки к прокатке оболочки. Вышеупомянутые исследования основаны на исследованиях порошка алюминиевого сплава, в то время как Wang Yaoqi et al. использовали алюминиевую пластину в качестве вспенивающей матрицы и использовали метод кумулятивной укладки для изготовления вспененной заготовки. Конкретный метод заключается в равномерном распределении порошка пенообразователя TiH2 между четырьмя слоями алюминиевых пластин, а затем наложении и прокатке алюминиевых пластин под углом 350 градусов в течение 2 проходов, чтобы сделать заготовку из вспененного алюминия, а затем панели из титанового сплава TC4 или 1Cr18Ni9Ti. Панели из нержавеющей стали укладываются по обеим сторонам преформы из вспененного алюминия, а затем прокатываются и ламинируются при 450℃ для получения сэндвич-панели, а затем вспениваются в печи сопротивления для получения сэндвич-панели из вспененного алюминия.

1.3 Другие методы Zhang Taikang et al. использовались полые сферы Al2O3 с высокой прочностью и низкой плотностью в качестве нерастворимого порообразователя-, алюминиевый сплав 6063 в качестве пеноалюминиевой матрицы и пластина из алюминиевого сплава в качестве поверхностного материала композитной пластины, приготовленной методом обратного гравитационного просачивания. метод Из пеноалюминиевых сэндвич-панелей. Результаты показывают, что материал сердцевины и панель из алюминиевого сплава обеспечивают хорошую металлургическую связь.

2. Применение пеноалюминиевых сэндвич-панелей во взрыво-защищенных зданиях.

Сэндвич-панель из вспененного алюминия может поглощать энергию за счет пластической деформации при взрыве или сильной ударной нагрузке. По сравнению с однослойными-платами, он обладает более высокой квази-статической прочностью и более высокой устойчивостью к-взрыву. В последние годы из-за увеличения количества взрывов и террористических атак сэндвич-панели из пеноалюминия постепенно привлекали внимание научного сообщества как взрывобезопасный строительный материал. , его антидетонационные характеристики также стали объектом исследований.

2.1 Исследования по применению во взрыво-защищенных зданиях

Ши Шаоцин и другие считают, что многослойная композитная структура из вспененной стали и алюминия обеспечивает лучшую защиту от взрыва-, чем одиночная пена из алюминия, и может быть применена во взрыво-защищенных конструкциях. военных зданий. Кан Цзянгун и др. использовали один и тот же материал сердцевины из пеноалюминия, чтобы сравнить влияние промышленных панелей из чистого алюминия и панелей из нержавеющей стали 304 на противовзрывные характеристики многослойных балок из пеноалюминия с помощью численного моделирования. Результаты показывают, что сэндвич-балка из пеноалюминия, изготовленная из промышленных панелей из чистого алюминия, обладает лучшими взрыво-защищенными характеристиками при воздействии взрыва. На этом основании Sui Shunbin et al. исследовали противовзрывные характеристики многослойных балок из алюминиевой пены, изготовленных из стальных пластин HRB335. По сравнению с пластинами из чистого алюминия и пластинами из нержавеющей стали 304, смещение в середине-пролета и деформация сжатия материала сердечника равны всем трем параметрам. самый маленький. Fu Xueran и другие изучили антидетонационные свойства ткани из углеродного волокна и защитного слоя из вспененного алюминия, широко используемых для защиты зданий. Результаты показывают, что взрывозащитный эффект защитного слоя из вспененного алюминия намного выше, чем у ткани из углеродного волокна, поэтому во взрывозащищенной конструкции следует отдавать предпочтение материалу из вспененного алюминия. В соответствии с противовзрывным эффектом сэндвич-панелей из пеноалюминия Чжан Дунсинь предложил заполнить середину внешней стальной пластины пеноалюминием до и после двери, чтобы сделать защитную дверь нового типа, и использовал ANSYS. /LS-DYNA для проверки -взрывобезопасности защитной двери.

Результаты показывают, что новый тип защитной двери обладает хорошими характеристиками ослабления взрывной ударной волны и может играть защитную роль.

2.2 Проблемы в применении

Сэндвич-панели из пеноалюминия обладают превосходными-взрывозащищенными свойствами, но все еще реже используются во-взрывозащищенных зданиях. Основными причинами являются следующие два аспекта: во-первых, текущий материал сэндвич-панелей из пеноалюминия все еще находится на стадии исследований, и нет более экономичного метода промышленного производства. Себестоимость производства самого пеноалюминия относительно высока, а сэндвич-панели приходится удорожать на его основе, что ограничивает область применения сэндвич-панелей; кроме того, механизм взрывозащиты сэндвич-панелей из пеноалюминия не совсем ясен. Количественная связь между микроструктурой материала пластины и макроскопической морфологией не установлена, а реакция многослойной пластины на динамическое нагружение до сих пор не ясна. Ввиду вышеперечисленных причин до применения сэндвич-панелей в практике взрывобезопасного-строительства еще далеко.

3. Резюме и перспективы

(1) Общие методы соединения на основе изделий из пеноалюминия включают склеивание и сварку. Метод склеивания имеет простой процесс, но имеет низкую прочность склеивания и высокую термостойкость; метод сварки может реализовать металлургическую комбинацию пеноалюминия и панели, а также эффективно улучшить прочность интерфейса и устойчивость к высоким температурам. Среди них ключевой проблемой метода пайки является выбор припоя и способа удаления оксидной пленки с поверхности пеноалюминия. В настоящее время в этой области проведено много отечественных исследований. Лазерная сварка также изучалась во Франции, но она все еще находится на исследовательской стадии.

(2) Метод вспенивания представляет собой метод подготовки, при котором панель и вспененный материал превращаются в заготовки, а затем подвергаются обработке вспениванием; основанный на алюминиевом сплаве и порошке пенообразователя, он называется прокатным композитным методом, после чего проводится обработка вспениванием. На основе метода порошковой металлургии обертки прокатки, метода кумулятивной прокатки на основе алюминиевых пластин; кроме того, некоторые ученые используют метод просачивающегося литья для изготовления сэндвич-панелей. По мере -глубокого изучения различных методов подготовки появятся методы, пригодные для крупномасштабного -промышленного производства.

(3) Сэндвич-панели из вспененного алюминия представляют собой потенциально взрывобезопасный-материал здания, который можно использовать для защиты ключевых частей, таких как опорные колонны, балки и двери в зданиях. Из-за высокой себестоимости сэндвич-панелей из вспененного алюминия и необходимости изучения механизма защиты от взрыва -текущее применение сэндвич-панелей во взрывозащищенных зданиях- все еще находится на стадии исследований. В будущем, с развитием технологии изготовления сэндвич-панелей из пеноалюминия и углубленным-исследованием механизма защиты от взрыва-, он будет иметь широкие перспективы в применении взрывозащиты зданий{{ 6}}доказательство.