焊接学报模板

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钢结构的焊接技术的好坏，在一定程度上会影响到建筑本身的质量。下面我整理了钢结构焊接技术论文，欢迎大家阅读!钢结构焊接技术论文篇一：《钢结构安装焊接施工技术》 摘要：某工程塔楼为全钢结构，焊接工作量大，且大部分为全熔透焊缝，质量要求高，构件板厚最大达到85mm，焊接难度大。工程开始前进行了工艺评定。 关键词：钢结构;焊接;全熔透焊;工艺评定 1工程概况 某工程位于湖南长沙，为全钢结构，地上35层,钢柱锚入地下一层，高150m.南北立面为双曲面，外围钢柱以每4层为一折线点。核心筒共31根钢柱，外围钢框架柱共23根。钢柱主要为箱形柱，钢梁为轧制、焊接H形梁。钢结构总重量约14000t。 钢材 本工程钢柱使用的钢材为高层建筑结构用钢板Q345GJC，大于40mm厚钢板为Q345GJC-Z15，产地为舞阳钢铁厂，主梁使用钢材为Q345C，钢支撑采用Q235C，产地为武汉钢铁厂。 构件 钢柱长12m，构件单件最重，钢柱板厚28、34、40、55、70、85mm，典型截面600×600×70，钢梁翼缘板厚16、24、28、40mm，典型截面700×240×14×28。由于钢板厚度大，因此焊接难度大，焊接质量要求高。 节点形式与焊缝检测 按照设计，现场安装柱与柱之间的对接为全熔透焊，钢梁与钢柱牛腿上、下翼缘为全熔透焊，钢梁腹板大部分为高强螺栓连接，双剪连接板与钢柱为角焊缝。 由于钢板厚度大，焊缝又多数是全熔透焊缝，所以对本工程的全熔透焊缝实施B级超声波检测，100%超声波探伤。现场探伤工作中，由现场焊接员填写检测委托单，检测单位按照填写的检测部位进行探伤。如发现焊接缺陷，检测单位填写质量返修单，通知焊接负责人，进行返修重焊后，再进行超声波探伤。本工程委托单位为冶金院检测所，采用的仪器为CTS-2000，选用斜探头进行超声波探伤。探伤 报告 必须明确探伤部位、缺陷的位置和大小、评定级别，并判定合格或不合格;返修部位严格按照焊接工艺评定的参数进行焊接，返修不得超过二次。 2典型焊接节点概况 钢柱对接焊缝。 3焊接准备 焊接吊篮与平台 焊接设备和焊接材料 4焊接施工劳动力安排 高层钢结构焊接工程专业性很强，劳动强度大，专业管理人员和焊工都要求有较好的技术素质。本工程现场焊工均持有钢结构焊接CO2气体保护焊合格证，在正式施工前，在业主、监理等各单位的监督下进行了现场附加考试。 5焊接施工顺序和工艺 焊接顺序 根据本工程平面和立面形状，结构形式等，塔楼分东西两区组织施工。当钢结构安装完成三个及以上单元的校正和高强螺栓的终拧后，从平面中心选择四面都有焊接梁的柱子作为基准柱，并以此作为垂偏测量基准，并首先安排其四侧都有抗弯焊接的梁、然后向四周扩展施焊。随安装滞后跟进。采取结构对称、节点对称和全方位对称焊接的原则。 栓-焊混合节点中，设计要求梁的腹板上的高强度螺栓先初拧70%后→焊接梁的下、上翼缘板→终拧梁腹板上的高强度螺栓至100%施工扭矩值。 竖向上的焊接顺序： (1)地下一柱一层梁的焊接顺序： 上层框架梁→柱脚板部位的焊接→支撑→焊接检验。 (2)地上及以上一柱二层梁的焊接顺序： 上层框架梁→压型金属板支托→下层框架梁→压型金属板支托→上柱与下柱焊接→焊接检验(也可先焊柱—柱节点→上层框架梁→下层框架梁→焊接检验)。 (3)地上及以上一柱三层的焊接顺序： 上层框架梁→压型金属板支托→下层框架梁→压型金属板支托→中层框架梁→压型金属板支托→上柱与下柱焊接→焊接检验，(但也可先焊柱—柱节点→上层框架梁→下层框架梁→中层框架梁→焊接检验)。 柱—梁节点上对称的两根梁应同时施焊，而一根梁的两端不得同时施焊作业。 柱—柱节点焊接时，箱形柱的对称两面应由两名焊工相对依次逆时针焊接。 梁的焊接应先焊下翼缘，后焊上翼缘，以减少角变形。 安装焊接工艺 安装焊接前的准备工作 本工程使用的高层建筑结构用钢板在国内应用并不多，针对其中数量较多且具有代表性的接头形式进行了相应焊接 方法 的工艺评定试验。试验钢材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼缘厚28mm)，焊接位置为柱—柱横焊、柱—梁平焊(包括桁架梁上下翼缘平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按设计要求。焊后外观及超声波检查合格后取样进行了力学和物理试验。试验结果接头的抗拉强度达到母材抗拉强度标准值，接头弯曲180°无裂纹。采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准，性能优良。清渣、气刨、焊条烘干保温等装置应齐全有效。 手工电弧焊及CO2气保焊焊材和设备 (1)焊条应在高温烘干箱中150℃烘干2小时，且焊条烘干次数不得超过两次。 (2)焊丝包装应完好，如有破损而导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。 (3)CO2气体纯度应不低于(体积比)，含水量应低于(重量比)，瓶内高压低于1MPa时应停止使用。 (4)焊机电压应正常，地线压紧牢固，接触可靠，电缆及焊钳无破损，送丝机应能均匀送丝，气管应无漏气或堵塞。 安装焊接程序及一般规定 焊接的一般顺序为：焊前(装配)检查→装焊垫板和引弧板→除锈预热→焊接→检验(返修，不得超过二次)， 焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错边量(小于规范要求)，坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。 装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表 面相 同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。 预热。焊前用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止温度不符合要求或表面局部氧化，预热温度。 钢结构焊接技术论文篇二：《钢结构的安装焊接施工技术》 摘要：本文简要分析了厂房钢结构焊接施工的主要工艺及保障焊接质量的主要方法，并提出了控制焊接质量的主要对策，以供与大家交流学习。 关键词：厂房;钢结构;焊接技术 1、工程概述 某装焊厂房位于某工程有限公司内，建筑面积为22000平方米，为单层工业厂房，主体钢结构为门式钢架结构，轴线位置编号见图纸，为三跨结构，单跨跨度为32米，柱距为8米，共有116根主钢柱，203根主钢梁，336根吊车梁。门式钢架梁、柱及吊车梁钢材均采用Q345B，钢梁钢柱连接用高强螺栓均采用大六角级，摩擦面做喷砂处理。钢结构主构件采用抛丸除锈。该工程设计使用年限50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度。焊接部位包括有：(1)上节柱与下节柱的对接接头;(2)钢梁与钢柱的对接接头。(3)钢梁上的栓钉焊接。 2、钢结构安装焊接前的准备 本工程使用的钢板在国内应用并不多，针对其中数量较多且具有代表性的接头形式进行了相应焊接方法的工艺评定试验。试验钢材包括Q345GJC-Z15(壁厚70mm)、Q345GJC-Z15(壁厚40mm)、Q345C(翼缘厚28mm)，焊接位置为柱—柱横焊、柱—梁平焊(包括桁架梁上下翼缘平焊)、T型角立焊。坡口形式及尺寸按设计要求。焊后外观及超声波检查合格后取样进行了力学和物理试验。试验结果接头的抗拉强度达到母材抗拉强度标准值，接头弯曲180°无裂纹。采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准，性能优良。清渣、气刨、焊条烘干保温等装置应齐全有效。 手工电弧焊及CO2气保焊焊材和设备：(1)焊条应在高温烘干箱中烘干，焊条烘干次数不得超过两次。 (2)焊丝包装应完好，如有破损而导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。(3)CO2气体纯度应不低于(体积比)，含水量应低于(重量比)，瓶内高压低于1MPa时应停止使用。(4)焊机电压应正常，地线压紧牢固，接触可靠，电缆及焊钳无破损，送丝机应能均匀送丝，气管应无漏气或堵塞。 3、安装焊接程序及注意的规定要点 焊接的一般顺序为：焊前检查 →预热除锈 → 装焊垫板和引弧板→ 焊接 → 检验 具体来说：(1)同一节柱上的梁，先焊上层梁，后焊下层梁。(2)柱两侧对称的梁应同时焊接，同一根梁的两端不能同时焊接。(3)同一根梁的上下翼板应先焊下翼板，后焊上翼板。(4)从中部柱开始焊接，对称向外围焊接。(5)上下节柱的对接接头采用对称焊接，施焊时，应两人同时对称焊接一个接头，防止焊接变形引起柱弯曲。对称的两面先焊至1—3层，然后将另外对称的两个面焊满，再将未焊满的焊缝焊满。 规定与注意：(1)焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量，坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。(2)预热。焊前用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热，并用表面测温计测量温度，防止温度不符合要求或表面局部氧化，预热温度。(3)重新检查预热温度，如温度不够应重新加热，使之符合要求。(4)装焊垫板及引弧板，其表面清洁程度要求与坡口表面相同，垫板与母材应贴紧，引弧板与母材焊接应牢固。(5)焊接：第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板的连接处，然后逐道逐层累焊至填满坡口，每道焊缝焊完后，都必须清除焊渣及飞溅物，出现焊接缺陷应及时磨去并修补。(6)一个接口必须连续焊完，如不得已而中途停焊时，应进行保温缓冷处理，再焊前，应重新按规定加热。(7)遇雨、雪天时应停焊，构件焊口周围及上方应有挡风、雨棚，风速大于5m/s时应停焊。环境温度低于零度时，应按规定采取预热和后热 措施 施工。(8)碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金结构钢应在完成24h以后，进行焊缝探伤检验。(9)焊工和检验人员要认真填写作业记录表。 4、焊接施工中的重要工艺参数 4、1典形节点的焊接顺序和工艺参数 主要是：(1)上下柱无耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处时，切去耳板。(2)然后在切去耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处。(3)再由两名焊工分别承担相邻两面的焊接。(4)每两层之间焊道的接头应相互错开，两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开，焊接过程中要注意检测层间温度。(5)焊接工艺参数，如下： 1)CO2气保焊：焊丝直径Φ，电流280～320A，焊速350～450mm/min 2)焊丝伸出长度：约20mm，气体流量25～80L/min， 3)电压：29～34V，层间温度120～150℃ 4、2柱—梁、梁—梁节点的处理 主要是：(1)先焊梁的下翼缘，梁腹板两侧的翼缘焊道要保持对称焊接。(2)待下翼缘焊完，然后焊接上翼缘。(3)如翼缘板厚大于30mm时，宜上下翼缘轮换施焊。(4)焊接工艺参数，如下： 1)CO2气保焊：焊丝直径φ，电流280～360A，焊速300～500mm/min 2)焊丝伸出长度：约20 mm，气体流量20～80L/mm 3)电压：30～38V，层间温度120～150℃ 5、结束语 钢结构安装焊接质量控制是一项综合技术，焊接质量受材料性能、工艺方法、设备、工艺参数、气候和焊工技术及情绪的影响。施工前根据工艺评定编制操作指导书，便于每个焊接人员明确操作要领、材料的使用和质量要求。施工过程中焊工做好焊前和焊接的记录，焊接工程师检查时逐条焊缝检查验收、做好记录，确保实体工程的安全使用。在该厂房主体工程竣工后，根据国家、行业相关要求对该工程进行了钢结构主体工程的鉴定，鉴定依据：(1)《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001;(2)《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-200;(3)《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001;(4)《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002;(5)《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-1989;(6)某装焊车间厂房设计图纸。实际证明，该钢结构主体工程的施工安装质量符合GB50205-2001技术标准及设计要求，可以交付使用。 参考文献 1、陈海波。某装焊厂房钢结构工程鉴定[J]，建筑科技与管理，2009年第11期 2、杨凌川，杨文柱。高层建筑钢结构安装焊接施工质量控制，重庆建筑大学学报[J]，增刊2000，22:208-211 钢结构焊接技术论文篇三：《试谈建筑钢结构低温焊接施工技术》 摘 要：通过对低温环境条件下管道焊接施工措施的研究，并经工程实验，得出在低温环境条件下，影响焊接质量的因素更多的在于施工机具、焊接设备的适应性、焊工劳动防护措施的保暖性和轻便性等因素。 关键词：低温焊接;预热温度;焊后保温 随着焊接环境温度的降低，焊缝金属的硬度值增大。采取有效的预热、层间温度和焊后缓冷措施以降低焊缝金属的冷却速度，从而改善焊缝金属的硬度值。热温度不足的情况下，根焊缝产生裂纹的倾向性增加，但增加预热温度和改进预热方式，可明显提高焊缝质量。创造适合的施工环境和焊接条件，保证焊工劳动防护措施的保暖性和轻便性，焊接过程中使用自制的可移动式保温防风棚和管端封堵器等。 1.低温焊接时的施工工艺 由于是在低温环境中进行焊接作业，所以为了更好的完成焊接任务，应该尽量选取氢含量较低的焊接材料，并且对焊接材料进行必要的 烘焙 以及保温措施。为了达到尽量减少热量的损失，可以在进行焊接作业的地方构建相应的保护房，从而形成相对密闭的空间。如果条件不允许构建防护房，也可以采取其他一些措施来起到防护热量损失的作用。在进行一些气体保护焊接操作时，气瓶也要进行必要的保温措施。预热和层间温度。相比较于常温条件下的焊接预热，低温焊接时的预热温度要稍高，并且需要预热的区域范围较大，通常情况下是焊接点周围大于等于两倍钢厚度的范围，并且这一范围不小于100mm。焊接层的温度通常要高于预热温度，或者是不低于相应规定中的最低温度20℃，二者之间取较高温度者;采用合理的焊接方法。尽量使用窄摆幅，多层多道焊，严格控制层间温度;焊接后热及保温。焊接后及时对焊接接头进行后热保温处理。利于扩散氢气的逸出，防止因冷速过快而引起的冷裂纹，同时适当的后热温度还可以适当降低预热温度。 2.钢结构的焊接施工技术 焊接施工流程 施焊人员必须要熟悉图纸，做好焊接工艺技术交底，确保施焊人员执证上岗，明确焊工的焊接任务，然后进行现场验电，预热，后热温度试验确定等作业准备。然后选择合适的焊接工艺以及合适的焊接参数，并通过焊接实验验证。焊接工作开始，对焊口进行清理，检查坡口等是否符合要求，检查定位焊是否牢固，焊缝周围是否有油污和锈污。对焊材进行预热和保温，然后按照既定的焊接参数进行焊接，焊接完成后，对焊缝周围进行清渣处理，做好焊后保温工作，焊接完成。 焊材的选择和与钢材的匹配 与钢材的规定最低标准相比，焊材的金属强度，坚韧性，可塑性都要明显高于钢材本身，而且，在焊接接头的地方，各种基本性能指标都要与钢材规定的最低标准等同或比之更高;要保证焊缝的可塑性，钢材较厚时，要根据厚度选择合的焊材;选择合适韧性的焊材，韧性好的焊材可以提高焊缝和热影响区的韧性，使之能够满足钢结构的受力要求。 焊接质量控制 对输入的热和焊接冷却速度进行控制：通过控制焊接电压，焊接电流，接速度以及熔融金属的冷却速度等来对焊接质量进行控制。控制焊缝内元素组成进行控制：选择高质量的焊材，操作人员高超的操作手法和技巧，保证焊缝外观质量。选择能量密度高的，输入热量低的焊接方法，对焊接应力与变形进行控制。从钢材料的出发，考量各项技能的标准要求，选择合适的焊材以及评估焊接质量的试验方法，得出适合生产的焊接工艺，在焊接时，注意层间温度的控制，防止出现焊接接头弱化的现象。总之，尽量在最低成本的原则下，完成高质量的焊接任务。焊工须持双证上岗，即安全上岗证、焊工合格证。且具有相应的施焊资历。 3.高强钢焊接的施工工艺 焊接材料的选择及匹配 强节点弱杆件，即与母材规定的最低标准相比，焊接材料熔敷金属在强度、韧性、塑性等方面要明显高于标准;并且焊接接头位置的各种基本的性能指标至少要与母材料规定的最低标准相匹配;在进行厚板焊接时，应该根据厚度效应后的强度来选择适当的焊材，通常当节点的拘束度比较大的时候，可以在1/4 板厚以后选择强度稍低的焊材;对焊材韧性的选择是一项非常重要的工作，好韧性的焊材能够使焊缝以及热影响区的韧性满足钢结构的规定标准。比如在焊接无裂纹钢种的时候，可以选取低H 或者超低H 的焊接材料，同时，在钢板厚度低于50mm 或者温度在0℃以上的时候，可以不对钢结构进行预热。这一方法的明显优势就是它的力学指标突出，尤其是在区强比的冲击性能方面更显优越。 确定最低预热温度的常用方法 通过裂纹实验来进行控制，即通过进行斜Y 坡口试样抗裂方面的试验对最低的预热温度进行确认;通过硬度控制预热温度，通常采用的方法是根据一定碳含量的钢材，其不同板厚T 形接头角焊缝热影响区硬度达到350HV 对应的冷却速度(540℃时)，查表确定焊接线能量;根据裂纹敏感指数、板厚范围、拘束度等级、熔敷金属扩散氢含量确定最低预热温度;根据接头热输入、冷却时间和钢材的特定曲线□确定最低预热温度。 对焊接质量的控制方法 对热输入以及冷却速度进行控制。此方法主要是通过对焊接时的电压、电流以及焊接时的焊接速度和熔敷金属在800℃～500℃区间内的冷却时间的控制，进而完成焊接质量的控制;对焊缝中各种元素的质量百分比进行必要的控制，主要是指碳、硫、磷、氢、氧等。为了达到这一目的，除了要选择质量优越的低氢焊接材料外，还要求操作人员拥有较好的操作手法，从而对熔池金属进行很好的保护;应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法。 4.结束语 最后得到适合于生产的焊接工艺，起到相应的指导生产的要求。在进行这一钢材的焊接时，为了避免其产生冷裂现象，应该注意采取相应的措施。同时为了出现接头弱化的现象，焊接时应该对层间温度以及焊接线能量进行较为严格的筛选和控制。总的原则还是应该在较低的成本下，尽可能完成高质量的焊接任务。 参考文献： [1]姚晋勇.论钢结构焊接现场施工工艺[J].科技情报，2012 [2]徐鹏毅.钢结构焊接现场施工工艺探讨[J].中国地产，2013 猜你喜欢： 1. 电焊工个人简历模板 2. 钢结构安全管理论文 3. 钢结构施工管理论文范文 4. 钢结构职称论文 5. 锅炉焊接技术论文

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势摘要：综述了铝基复合材料的发展历史及国内外研究现状，重点阐述了碳化硅颗粒增强铝基复合材料制备工艺的发展现状。同时说明了碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究中仍存在的问题，在此基础上展望了该复合材料的发展前景。关键词：SiCp /Al 复合材料； 制备方法中图分类号：TB333 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2011)12-0092-05Research Status and Development Trend of SiCP/Al CompositeZHENG Xijun, MI Guofa(College of Material Science and Engineer, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)Abstract：The development history, domestic and foreign research present situation of SiCP /Al composite wasintroduced, the research progress of preparation process for SiCP /Al composite were elaborated, the research on SiCP /Alcomposite was analyzed and the development prospect of the composite was put words：SiCp /Al composite; preparation methods收稿日期:2010-11-20作者简介:郑喜军(1982- ),男,河南西平人,硕士研究生,研究方向为材料加工工程;电话:;E-mail:《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术应用进行了广泛的关注和研究，从材料的制备工艺、组织结构、力学行为及断裂韧性等方面做了许多基础性的工作， 取得了显著的成绩。在美国和日本等国，该类材料的制备工艺和性能研究已日趋成熟，在电子、军事领域开始得到实际应用。SiC 来源于工业磨料，可成百吨的生产，价格便宜，SiC 颗粒强化铝基复合材料被美国视为有突破性进展的材料， 其性能可与钛合金媲美，而价格还不到钛合金的1/10。碳化硅颗粒增强铝基复合材料是最近20 年来在世界范围内发展最快、应用前景最广的一类不连续增强金属基复合材料，被认为是一种理想的轻质结构材料，尤其在机动车辆发动机活塞、缸头(缸盖)、缸体等关键产品和航空工业中具有广阔的应用前景[5-7]。在1986 年，美国DuralAluminumComposites 公司发明了碳化硅颗粒增强铝硅合金的新技术， 实现了铸造铝基复合材料的大规模生产， 以铸锭的形式供给多家铸造厂制造各种零件[8-9]。美国Duralcan 公司在加拿大己建成年产11340 t 的SiC/Al 复合材料型材、棒材、铸锭以及复合材料零件的专业工厂。目前，Duralcan 公司生产的20%SiCp /A356Al 复合材料的屈服强度比基体铝合金提高75%、弹性模量提高30%、热膨胀系数减小29%、耐磨性提高3～4倍。美国DWA 公司生产的碳化硅增强复合材料随碳化硅含量的增加，只有伸长率下降的，其他性能都得到了很大提高。到目前为止，SiCp/Al 复合材料被成功用于航空航天、电子工业、先进武器系统、光学精密仪器、汽车工业和体育用品等领域，并取得巨大经济效益。表1 列举了一些SiCp/Al 复合材料的力学性能。目前国内从事研制与开发碳化硅颗粒增强铝复合材料工作的科研院所与高校主要有北京航空材料研究院、上海交通大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、国防科技大学等。哈尔滨工业大学研制的SiCw/Al 用于某卫星天线丝杆，北京航空材料研究院研制的SiCp/Al 用于某卫星遥感器定标装置[10-11]。国内到目前为止还没有出现高质量高性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料， 虽然部分性能已达到国外产品的指标， 但在产品的尺寸精度上还存在不小的差距，另外制造成本太高，离工业化生产还有一段距离要走。2 铝基复合材料的性能特征(1)高比强度、比模量由于在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量， 特别是高性能连续纤维，如硼纤维、碳(石墨)纤维、碳化硅纤维等增强物，他们具有很高的强度和模量[1]。(2)良好的高温性能，使用温度范围大增强纤维、晶须、颗粒主要是无机物，在高温下具有很好的高温强度和模量， 因此金属基复合材料比基体金属有更高的高温性能。特别是连续纤维增强金属基基复合材料，其高温性能可保持到接近金属熔点，并比金属基体的高温性能高许多。(3)良好的导热、导电性能金属基复合材料中金属基体占有很高的体积百分数， 一般在60%以上，因此仍保持金属的良好的导热、导电性能。(4)良好的耐磨性金属基复合材料，特别是陶瓷纤维、晶须、颗粒增强金属基复合材料具有很好的耐磨性。这是由于在基体中加入了大量细小的陶瓷颗粒增强物，陶瓷颗粒硬度高、耐磨、化学性能稳定，用它们来增强金属不仅提高了材料的强度和刚度，也提高了复合材料的硬度和耐磨性。(5)热膨胀系数小，尺寸稳定性好金属基复合材料中所用的增强相碳纤维、碳化硅纤维、晶须、颗粒、硼纤维等均具有很小的热膨胀系数，特别是超高模量的石墨纤维具有负热膨胀系数， 加入相当含量的此类增强物可降低材料膨胀系数， 从而得到热膨胀系数小于基体金属、尺寸稳定性好的金属基复合材料。(6)良好的抗疲劳性和断裂韧性影响金属基复合材料抗疲劳性和断裂韧性的因素主要有增强物与复合体系制备工艺增强体含量(vol,%)拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiCP /2009Al 粉末冶金20 572 109 粉末冶金20 552 103 粉末冶金20 496 103 粉末冶金20 724 103 粉末冶金40 441 125 粉末冶金15 689 97 搅拌铸造20 350 98 无压浸渗30 382 125 表1 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能[1] Mechanical properties of aluminum matrixcomposite reinforced by SiC particle93Hot Working Technology 2011, , 材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月金属基体的界面结合状态、金属基体与增强物本身的特性以及增强物在基体中的分布等。特别是界面结合强度适中，可以有效传递载荷，又能阻止裂纹扩展，从而提高材料的断裂韧性。(7)不吸潮、不老化、气密性好与聚合物相比，金属性质稳定、组织致密，不存在老化、分解、吸潮等问题，也不会发生性能的自然退化，在空间使用不会分解出低分子物质而污染仪器和环境，有明显的优势。(8)较好的二次加工性能可利用传统的热挤压、锻压等加工工艺及设备实现金属基复合材料的二次加工。由于铝基复合材料不但具有金属的塑性和韧性，而且还具有高比强度、比模量、对疲劳和蠕变的抗力大、耐热性好等优异的综合性能。尤其在最近20 年以来， 铝基复合材料获得了惊人的发展速度，表2 列举了一些铝基复合材料的力学性能。3 主要应用领域 在航空航天及军事领域的应用美国ACMC 公司和亚利桑那大学光学研究中心合作，研制成超轻量化空间望远镜和反射镜，该望远镜的主镜直径为，仅重。ACMC 公司用粉末冶金法制造的碳化硅颗粒增强铝基复合材料还用于激光反射镜、卫星太阳反射镜、空间遥感器中扫描用高速摆镜等；美国用高体积分数的SiCp/Al代替铍材，用于惯性环形激光陀螺仪制导系统、三叉戟导弹的惯性导向球及管型测量单元的检查口盖，成本比铍材降低2/3；20 世纪80 年代美国洛克希德.马丁公司将DWA 公司生产的25%SiCp /6061Al 用作飞机上承载电子设备的支架，其比刚度比7075 铝合金约高65%；美国将SiCp/6092Al 用于F-16 战斗机的腹鳍， 代替原有的2214 铝合金蒙皮， 刚度提高50%，寿命从几百小时提高到8000 小时左右，寿命提高17 倍，可大幅度降低检修次数，提高飞机的机动性，还可用于F-16 的导弹发射轨道；英国航天金属及复合材料公司(AMC)采用高能球磨粉末冶金法研制出高刚度﹑ 耐疲劳的SiCp/2009Al， 成功用于Eurocopter 公司生产的N4 及EC-120 新型直升机[12]；采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al 作为印刷电路板芯板用于F-22“猛禽”战斗机的遥控自动驾驶仪、发电元件、飞行员头部上方显示器、电子计数测量阵列等关键电子系统上， 以代替包铜的钼及包铜的锻钢，可使质量减轻70%，同时降低了电子模板的工作温度；SiCp/Al 印刷电路板芯板已用于地轨道全球移动卫星通信系统； 作为电子封装材料，还可用于火星“探路者”和“卡西尼”土星探测器等航天器上。美国采用高体积分数SiCp /Al 代替Cu-W 封装合金作为电源模块散热器，已用于EV1 型电动轿车和S10 轻型卡车上；美国将氧化反应浸渗法制备的SiC-Al2O3/Al 作为附加装甲，用于“沙漠风暴”地面进攻的装甲车；美国GardenGrove 光学器材公司用SiCp/Al 制备Leopardl 坦克火控系统瞄准镜。 在汽车工业中的应用由山东大学与曲阜金皇活塞有限公司联合研制的SiCp /Al 活塞已用于摩托车及小型汽车发动机；自20 世纪90 年代以来， 福特和丰田汽车公司开始采用Alcan 公司的20%SiC/Al-Si 来制作刹车盘；美国Lanxide 公司生产的SiCp/Al 汽车刹车片于1996年投入批量生产[13]；德国已将该材料制作的刹车盘成功应用于时速为160km/h 的高速列车上。整体采用锻造的SiCp/Al 活塞已成功用于法拉利生产的一级方程式赛车。 在运动器械上的应用BP 公司研制的20%SiCp/2124Al 自行车框架已在Raleigh 赛车上使用；SiCp /Al 复合材料可应用于自行车链轮、高尔夫球头和网球拍等高级体育用品；在医疗上用于假体的制造。4 制备及成型方法一般来说， 根据铝基体状态的不同，SiCp/Al 的制备方法大致可分为固态法和液态法两类。目前主要有粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和挤压铸造法。 粉末冶金法粉末冶金法又称固态金属扩散法，该方法由于克增强相/ 基体增强相含量拉伸强度/MPa弹性模量/GPa伸长率(%)SiC/Al-4Cu 15 476 92 /ZL101 20 375 101 /ZL101A 20 330 100 /6061 25 517 114 /2124 25 565 114 / 20 226 95 /Al 26 387 112 -表2 金属基复合材料的力学性能[1] Mechanical properties of metal matrix composite[1]94《热加工工艺》2011 年第40 卷第12 期下半月出版Material & Heat Treatment 材料热处理技术服了碳化硅颗粒与铝合金熔液润湿困难的缺点，因而是最先得到发展并用于SiCp/Al 的制备方法之一。具体制备SiCp/Al 的粉末冶金工艺路线有多种，目前最为流行和典型的工艺流程为：碳化硅粉末与铝合金粉末混合一冷模压(或冷等静压)一真空除气一热压烧结(或热等静压)一热机械加工(热挤、轧、锻)。粉末冶金法的优点在于碳化硅粉末和铝合金粉末可以按任何比例混合，而且配比控制准确、方便。粉末冶金法工艺成熟，成型温度较低，基本上不存在界面反应、质量稳定，增强体体积分数可较高，可选用细小增强体颗粒。缺点是设备成本高，颗粒不容易均匀混合，容易出现较多孔隙，要进行二次加工，以提高机械性能，但往往在后续处理过程中不易消除；所制零件的结构、形状和尺寸都受到一定的限制，粉末冶金技术工艺程序复杂，烧结须在在密封、真空或保护气氛下进行， 制备周期长， 降低成本的可能性小，因此制约了粉末冶金法的大规模应用。 喷射沉积法喷射沉积法是1969 年由Swansea 大学Singer教授首先提出[14]，并由Ospray 金属有限公司发展成工业生产规模的制造技术。该方法的基本原理是：对铝合金基体进行雾化的同时，加入SiC 增强体颗粒，使二者共同沉积在水冷衬板上， 凝固得到铝基复合材料。该工艺的优点是增强体与基体熔液接触时间短，二者反应易于控制；对界面的润湿性要求不高，可消除颗粒偏析等不良组织， 组织具有快速凝固特征；工艺流程短、工序简单、效率高，有利于实现工业化生产。缺点是设备昂贵，所制备的材料由于孔隙率高而质量差必须进行二次加工， 一般仅能制成铸锭或平板； 大量增强颗粒在喷射过程中未能与雾化的合金液滴复合， 造成原材料损失大， 工艺控制较复杂，增强体颗粒利用率低、沉积速度较慢、成本较高。 搅拌铸造法搅拌铸造法的基本原理[15-17]：依靠强烈搅拌在合金液中形成涡漩的负压抽吸作用， 将增强体颗粒吸入基体合金液体中。具体工艺路线：将颗粒增强体加入到基体金属熔液中， 通过一定方式的搅拌与一定的搅拌速度使增强体颗粒均匀地分散在金属熔体中，以达到相互混合均匀与浸润的目的，复合成颗粒增强金属基复合材料熔体。然后可浇铸成锭坯、铸件等使用。该方法的优点是：工艺简单、设备投资少、生产效率高、制造成本低、可规模化生产。缺点是：加入的增强体颗粒粒度不能太小， 否则与基体金属液的浸润性差， 不易进入金属液或在金属液中容易团聚和聚集；普遍存在界面反应，强烈的搅拌容易造成金属液氧化，大量吸气及夹杂物混入，颗粒加入量也受到一定限制，只能制成铸锭，需要二次加工。 挤压铸造法挤压铸造法是首先把SiC 颗粒用适当的粘结剂粘结，制成预制块放入浇注模型中，预热到一定的温度，然后浇入基体金属液，立即加压，使熔融的金属熔液浸渗到预制块中，最后去压、冷却凝固形成SiCp/Al。该方法的优点是：设备较简单且投资少，工艺简单且稳定性较好，生产周期短，易于工业化生产，能实现近无余量成型，增强体体积分数较高，基本无界面反应。缺点是容易出现气体或夹杂物，缺陷比较多，需增强颗粒需预先制成预成型体， 预成型体对产品质量影响大，模具造价高，而且复杂零件的生产比较困难。5 SiCp /Al 复合材料发展的建议与对策SiCp /Al 复合材料作为一种新的结构材料有着广阔的发展前景, 但要实现产业化还需做大量的研究工作。除了要对SiCp/Al 复合材料的制备工艺、界面结合状态、增强机制等方面的内容做进一步研究，其相关领域的研究及发展也应给予重视。 现有制备工艺进一步完善和新工艺的开发现有工艺制备方法虽然已经成功制造了复合材料，但很难用于工业化生产且尚处于实验室研究阶段[18]。SiC 颗粒存在于铝液中，使金属液粘度提高，流动性降低，铸造时充填性变差，当颗粒含量增加至20%或在较低温度(<730℃)时，流动性急剧降低以致于无法正常浇注。另外，SiC颗粒具有较大的表面积， 表面能较大，易吸附气体并带入金属液中，而金属液粘度大也易卷入气体并难以排出，产生气孔缺陷。因此，对现有工艺的进一步完善和新工艺的开发成为下一步研究工作的主要任务。 后续加工工艺的研究金属基复合材料的切削加工、焊接、热处理等后续加工工艺的研究较少，成为限制其应用的瓶颈。高强度、高硬度增强体的加入使金属基复合材料成为难加工材料[18-19]，而由于增强体与基体合金的热膨胀系数差异大引起位错密度的提高， 也使金属基复合95Hot Working Technology 2011, , 材料热处理技术Material & Heat Treatment 2011 年6 月材料的时效行为与基体合金有所不同[20]。另外，增强体影响焊接熔池的粘度和流动性， 并与基体金属发生化学反应限制了焊接速度， 给金属基复合材料的焊接造成了极大困难。因此， 解决可焊性差的问题也成为进一步研究的主要方向。 环境性能方面的改善金属基复合材料的环境性能方面的研究， 即如何解决金属基复合材料与环境的适应性， 实现其废料的再生循环利用也引起了一些学者的重视， 这个问题关系到有效利用资源，实现社会可持续发展，因此， 关于环境性能方面的研究将是该领域今后研究的热点。由于铝基复合材料是由两种或两种以上组织结构、物理及化学性质不同的物质结合在一起形成一类新的多相材料， 其回收再利用的技术难度要比传统的单一材料大得多。随着铝基复合材料的批量应用，必然面临废料回收的问题，通过对复合材料的回收再利用， 不但可减少废料对环境的污染还可减低铝基复合材料的制备成本、降低价格，增加与其他材料的竞争力，有利于促进自身的发展。文献[21]配制了混合盐溶剂， 采用熔融盐法成功地分离出颗粒增强铝基复合材料中的增强材料，研究结果表明，利用该技术处理颗粒增强铝基复合材料， 其回收利用率可达85%。6 结语与铝合金基体相比， 铝基复合材料具有更高的使用温度、模量和强度，热稳定性增加及更好的耐磨损性能，它的应用将越来越广泛。然而，在目前的研究中仍然存在许多疑问和有待解决的问题， 例如怎样去克服铝基复合材料突出的界面问题， 并且力求研究结果有助于改善生产应用问题； 在制备过程前后， 怎样通过热处理手段来改善成品的各方面性能；如何利用由于热失配造成的内、外应力使材料服役于各种环境。此外，原位反应中仍不免其他副反应夹杂物存在， 同时对增强体的体积分数也难以精确控制，这些都是亟待研究解决的问题。参考文献：[1] 于化顺．金属基复合材料及其制备技术[M]．北京：化学工业出版社，2006．241．[2] 吴人洁．复合材料[M]．天津：天津大学出版社，2000．[3] 沃丁柱．复合材料大全[M]．北京：化学工业出版社，2000．[4] 毛天祥．复合材料的现状与发展[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2000．[5] 赫尔(Hull， D)．复合材料导论[M]．北京：中国建设工业出版社，1989．[6] 尹洪峰，任耘，罗发．复合材料及其应用[M]．陕西：陕西科学技术出版社，2003．[7] 汤佩钊．复合材料及其应用技术[M]．重庆：重庆大学出版社，1998．[8] 张守魁，王丹虹．搅拌铸造制备颗粒增强复合材料[J]．兵器材料科学与工程，1997，20(6)：35-391．[9] 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