Aplicación de material sándwich de espuma de aluminio en edificios a prueba de explosiones-

La espuma de aluminio tiene muchas aplicaciones en edificios, y los materiales a prueba de explosiones- para edificios son uno de sus usos importantes. Por ejemplo, la capa a prueba de explosiones de compuesto de aluminio y espuma de placa de acero puede proteger la columna de la estructura del marco del edificio, el panel sándwich hecho de aluminio de espuma y placa de acero se puede utilizar como puerta protectora del edificio, y el La viga sándwich de espuma de aluminio se puede usar para proteger el edificio de ingeniería, etc. Debido a que la espuma de aluminio es un nuevo tipo de material funcional, el tiempo de desarrollo no es largo, pero su excelente absorción de energía y resistencia al impacto determina que tendrá un mayor uso en edificio a prueba de explosiones-.

1. Tecnología de preparación de material sándwich de espuma de aluminio.

Aunque la espuma de aluminio tiene muchas ventajas, su baja resistencia limita su aplicación. El material sándwich de aluminio espumado es un compuesto de material de núcleo de aluminio espumado y materiales de panel de alta-resistencia, como placa de acero y placa de aluminio, para que ambos puedan complementarse entre sí en estructura y función. La espuma de aluminio utilizada en la construcción a prueba de explosiones-es principalmente este material. Hay muchos métodos de preparación para materiales sándwich de aluminio espumado, y hay dos categorías principales: una es conectar la espuma de aluminio prefabricada al material del panel, como pegado y soldadura; el otro es para conectar el material del panel a la base de aluminio. El polvo espumado se convierte en una preforma, luego se calienta y se espuma y, después de enfriarse, se obtiene el panel sándwich de aluminio espumado. Además de estos dos tipos, se están explorando otros métodos.

1.1 Método de conexión

El método de pegado consiste en pegar el aluminio espumado y el panel con adhesivo, que pertenece al método de conexión física, el proceso es simple y la precisión del producto también es alta. Sin embargo, el proceso de limpieza del aluminio espumado y la superficie del panel antes del pegado es complicado, y la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la corrosión del adhesivo son deficientes, y la fuerza de unión también es relativamente baja. Estas deficiencias limitan el desarrollo de este método. En comparación con el método de unión, la fuerza de unión del método de soldadura se ha mejorado de manera efectiva. En la actualidad, hay más investigaciones sobre el método de soldadura fuerte y el método de soldadura por láser.

El método de soldadura fuerte es el método de soldadura de material sándwich de aluminio espumado que se ha investigado más en la actualidad. La clave de este método radica en la selección de la soldadura y la eliminación de la película de óxido en la superficie del aluminio espumado. Debido a la diferencia de potencial del electrodo entre la soldadura a base de Sn-y el material base de aluminio espumado, es probable que se produzca corrosión electroquímica en la unión soldada, y la unión tiene poca resistencia al calor y baja resistencia. WangHui et al. usó protección de nitrógeno para mejorar la resistencia de las uniones soldadas. Los resultados de la investigación muestran que la interfaz no forma una capa de película continua, sino que está compuesta por intersecciones de contacto de costillas de -poros-finales. Yu Chongchong et al. usó aleación de Zn-Al-Cu como soldadura. Dado que la soldadura tiene una cierta función de eliminación de película-, no es necesario usar fundente durante la soldadura, lo que puede evitar el problema de corrosión causado por el uso de fundente; Se utiliza raspado mecánico. Limpie 1 propagación; aplique vibración ultrasónica durante la soldadura para hacer que la soldadura fluya y llene los poros de manera uniforme; finalmente se obtiene un panel sándwich en el que se combinan metalúrgicamente la soldadura y la placa de aluminio, la soldadura y el aluminio espumado. Chen Nannan et al. utilizó la lámina de cobre-lámina de aluminio-capa compuesta de lámina de cobre como capa intermedia, lo que hizo que la resistencia de la unión fuera mayor que la del metal base y optimizó parámetros como la temperatura de soldadura y el tiempo de mantenimiento. Song Yufeng et al. utilizó una aleación a base de Al-Si- como material de soldadura fuerte y una placa de aluminio puro como placa frontal, y obtuvo un panel sándwich de aluminio espumado mediante el método de soldadura fuerte. Los efectos de la temperatura de soldadura, el tiempo y el proceso de recocido en el rendimiento del panel sándwich se investigaron mediante una prueba ortogonal. Los parámetros óptimos del proceso se obtienen de la siguiente manera: la temperatura de soldadura es de 640 grados, el tiempo es de 15 min y el recocido de alivio de tensión a 400 grados es de 30 min; La estabilidad del panel sándwich preparado por el método a alta temperatura es mejor que por el método adhesivo.

La soldadura láser es un método de irradiar un rayo láser de alta-intensidad y alta-energía sobre la superficie del metal para fundirlo y conectarlo. Las ventajas de este método son que la deformación de la pieza de trabajo después de la soldadura es pequeña, la eficiencia de producción es alta y se puede realizar una producción continua. Zhang Di et al. Agregó aleación de aluminio 6061 entre la espuma de aluminio y el panel con una porosidad del 70 por ciento, fundió la aleación de aluminio 6061 con el calor del rayo láser y penetró en los orificios de la espuma de aluminio para lograr una mejor soldadura y resistencia a la tracción de la unión soldada. Es 2.97MPa, que está cerca de la fuerza del aluminio espumado. Sin embargo, durante la soldadura por láser, la absorción de energía láser por parte del material base de espuma de aluminio está limitada debido al reflejo de las paredes de las celdas de los poros en la espuma de aluminio y la limitación del espacio poroso. Bajo la acción de una fuente de calor de alta-temperatura, los poros dentro de la espuma de aluminio pueden colapsar debido a la fusión endotérmica, formando así un área de soldadura amplia con una estructura densa. La soldadura láser aún se encuentra en la etapa inicial de exploración y aún queda un largo camino por recorrer antes de la producción industrial. ir.

1.2 Método de formación de espuma

Liang Xiaojun et al. mezcla de polvo de aleación de aluminio con agente espumante TiH2, y luego hierro prensado, paneles de titanio y polvo en un molde, primero hizo una preforma espumable y luego se calentó a cierta temperatura para descomponer TiH2 en hidrógeno, de modo que la espuma Melt produzca paneles sándwich unidos metalúrgicamente . Dado que este método requiere presionar en un molde, el tamaño del producto terminado es limitado. Zhang Min et al. colocó el polvo de aleación de aluminio mezclado con el agente espumante entre los paneles, y luego hizo la preforma por el método compuesto rodante, evitando así la limitación del tamaño del molde, y luego lo colocó en un horno de resistencia para calentar y espumar. Los pasos del proceso son simples y la producción continua es más fácil. El principal problema del método compuesto de laminación es que la preforma es propensa a la pérdida de polvo durante el proceso de laminación, lo que resulta en un bajo rendimiento y bajo espesor y precisión de la placa. Para mejorar la calidad de la preforma, Song Binna et al. usó el método de enrollado envolvente para hacer la preforma, y ​​puso el polvo de aleación de aluminio para espumar en un tubo de aluminio, sellado y enrollado, y luego espumado. Este método resuelve los problemas de pérdida de polvo y grietas en los bordes de la preforma y produce un panel sándwich con una buena unión de interfaz; Song Binna et al. estudió el efecto de la relación de reducción sobre la preforma y la estructura del panel sándwich. La investigación muestra que cuando la tasa de reducción es del 70 por ciento, la superficie de la preforma es plana y completa, el polvo es uniforme y denso, y la calidad del panel sándwich final también es la mejor. Liu Jia et al. estudió más a fondo el efecto de los parámetros de formación de espuma en el comportamiento de evolución de las células en la capa central del panel sándwich en el proceso de preparación del laminado de la cubierta. Todas las investigaciones anteriores se basan en la investigación del polvo de aleación de aluminio, mientras que Wang Yaoqi et al. utilizó una placa de aluminio como matriz espumante y utilizó el método de apilamiento acumulativo para preparar la preforma espumada. El método específico consiste en esparcir el polvo del agente espumante TiH2 uniformemente entre las cuatro capas de placas de aluminio, y luego superponer y enrollar las placas de aluminio a 350 grados durante 2 pasadas para hacer una preforma de aluminio espumado y luego un panel de aleación de titanio TC4 o 1Cr18Ni9Ti Los paneles de acero inoxidable se apilan en ambos lados de la preforma de aluminio espumado y luego se laminan y laminan a 450 grados C para obtener un panel sándwich y luego se espuman en un horno de resistencia para obtener un panel sándwich de aluminio espumado.

1.3 Otros métodos Zhang Taikang et al. utilizó esferas huecas de Al2O3 con alta resistencia y baja densidad como agente formador de poros insolubles-, aleación de aluminio 6063 como matriz de aluminio espumado y placa de aleación de aluminio como material de superficie de la placa compuesta, preparada por fundición por filtración por gravedad inversa método En panel sándwich de espuma de aluminio. Los resultados muestran que el material del núcleo y el panel de aleación de aluminio logran una buena unión metalúrgica.

2. Aplicación de panel sándwich de espuma de aluminio en edificios a prueba de explosiones-

El panel sándwich de espuma de aluminio puede absorber energía a través de la deformación plástica bajo una explosión o una fuerte carga de impacto. En comparación con las placas de una-capa, tiene una mayor resistencia cuasi-estática y un mayor rendimiento anti-explosión. En los últimos años, debido al aumento de explosiones y ataques terroristas, los paneles sándwich de espuma de aluminio han atraído gradualmente la atención de la comunidad académica como material a prueba de explosiones-para la construcción. , su rendimiento anti-detonantes también se ha convertido en un punto de acceso para la investigación.

2.1 Investigación de aplicaciones en edificios a prueba de explosiones-

Shi Shaoqing y otros creen que la estructura compuesta de múltiples-capas de espuma de acero y aluminio tiene un mejor efecto-a prueba de explosiones que la espuma de aluminio simple, y se puede aplicar al diseño-a prueba de explosiones. de edificios militares. Kang Jiangong et al. usó el mismo material de núcleo de espuma de aluminio para comparar los efectos de los paneles industriales de aluminio puro y los paneles de acero inoxidable 304 en el rendimiento anti-explosión de las vigas sándwich de espuma de aluminio mediante simulación numérica. Los resultados muestran que la viga sándwich de espuma de aluminio hecha de paneles industriales de aluminio puro tiene un mejor rendimiento a prueba de explosión-bajo impacto de explosión. Sobre esta base, Sui Shunbin et al. investigó el rendimiento anti-explosión de vigas sándwich de espuma de aluminio fabricadas con placas de acero HRB335. En comparación con las placas de aluminio puro y las placas de acero inoxidable 304, el desplazamiento de medio-tramo y la tensión de compresión del material del núcleo son los tres. el mas pequeño. Fu Xueran y otros estudiaron el rendimiento anti-golpes de la capa protectora de tela de fibra de carbono y espuma de aluminio ampliamente utilizada en la protección de edificios. Los resultados muestran que el efecto-a prueba de explosiones de la capa protectora de espuma de aluminio es mucho mayor que el de la tela de fibra de carbono, y el material de espuma de aluminio debe preferirse en el diseño-a prueba de explosiones. De acuerdo con el efecto anti-explosión del panel sándwich de espuma de aluminio, Zhang Dongxin propuso llenar el centro de la placa de acero exterior con espuma de aluminio antes y después de la puerta para hacer un nuevo tipo de puerta protectora, y usó ANSYS /LS-DYNA para verificar el efecto-a prueba de explosiones de la puerta protectora.

Los resultados muestran que el nuevo tipo de puerta protectora tiene un buen rendimiento de atenuación de la onda expansiva y puede desempeñar un papel protector.

2.2 Problemas en la aplicación

El panel sándwich de espuma de aluminio tiene una excelente función-a prueba de explosiones, pero aún se usa menos en la construcción a prueba-de explosiones. Las razones principales son los siguientes dos aspectos: primero, el material actual del panel sándwich de espuma de aluminio aún se encuentra en la etapa de investigación y no existe un método de producción industrial más económico. El costo de producción de la espuma de aluminio en sí es relativamente alto, y el panel sándwich tiene que aumentar el costo sobre esta base, lo que limita el alcance de la aplicación del panel sándwich; además, el mecanismo a prueba de explosiones-del panel sándwich de espuma de aluminio no está completamente claro. No se ha establecido la relación cuantitativa entre la microestructura del material de la placa y la morfología macroscópica, y la respuesta de la placa sándwich bajo carga dinámica aún no está clara. En vista de las razones anteriores, la aplicación de paneles sándwich en la práctica de la construcción de ingeniería a prueba de explosiones -todavía tiene un largo camino por recorrer.

3. Resumen y perspectiva

(1) Los métodos de conexión comunes basados ​​en productos de aluminio espumado incluyen pegado y soldadura. El método de unión tiene un proceso simple, pero tiene poca fuerza de unión y resistencia a altas temperaturas; el método de soldadura puede realizar la combinación metalúrgica del aluminio espumado y el panel, y mejorar efectivamente la fuerza de la interfaz y la resistencia a altas temperaturas. Entre ellos, el problema clave del método de soldadura fuerte es la selección del material de soldadura fuerte y el método de eliminación de la película de óxido en la superficie del aluminio espumado. En la actualidad, muchas investigaciones domésticas se han llevado a cabo en esta área. La soldadura láser también se ha estudiado en Francia, pero aún se encuentra en etapa exploratoria.

(2) El método de formación de espuma es un método de preparación en el que el panel y el material de espuma se transforman en preformas y luego se someten a un tratamiento de formación de espuma; basado en la aleación de aluminio y el polvo del agente espumante, se denomina método compuesto rodante y luego se lleva a cabo el tratamiento de espuma. Sobre la base del método de pulvimetalurgia para envolver el laminado, el método de laminado acumulativo se basa en placas de aluminio; además, algunos estudiosos utilizan el método de fundición por filtración para preparar paneles sándwich. Con el -estudio en profundidad de varios métodos de preparación, aparecerán métodos adecuados para la producción industrial-a gran escala.

(3) El panel sándwich de espuma de aluminio es un posible material a prueba de explosiones-para edificios, que se puede usar para proteger piezas clave como columnas de soporte, vigas y puertas en edificios. Debido al alto costo de producción de los materiales del panel sándwich de espuma de aluminio y al mecanismo a prueba de explosiones-a estudiar, la aplicación actual de los paneles sándwich en la construcción a prueba de explosiones-se encuentra todavía en la etapa de investigación. En el futuro, con el desarrollo de la tecnología de preparación de paneles sándwich de espuma de aluminio y la-investigación profunda sobre el mecanismo a prueba de explosiones-, tendrá amplias perspectivas en la aplicación de la construcción de explosiones{{ 6}}prueba.