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1、增材多孔層在馬氏體時效鋼與AISI410鋼異種固態(tài)體連接中的有效性
增材多孔層在馬氏體時效鋼與AISI410鋼異種固態(tài)體連接中的有效性
圖9 gaq圖和面積分?jǐn)?shù)的相關(guān)分布:(a) AIS，(b) NPL接頭，(c) AM-MS1 BM，(d) PL接頭，直徑為16 mm、高度為58 mm的1.2709柱，采用常規(guī)加工方法制備了尺寸與AM-MS1相同的AI。
AM-MS1和AISI410的化學(xué)成分見表1，在本研究中，采用AM和EAPJ結(jié)合的混合連接方法，將SLM-AMed馬氏體時效鋼1.2709和常規(guī)制，在馬氏體時效鋼試樣的SLM-AM中。
通過調(diào)節(jié)變形抗力，在試樣的接合面同時制備多孔層，克服了變形不對稱性，從而增強了因壓力接合面足夠大而導(dǎo)致的原始金屬擠壓，同時，多孔層也被考慮以提高工藝效率和合成接頭的性能，通過顯微組織分析和機械性能測試對合成接頭的性能進行，江蘇激光聯(lián)盟陳長軍原創(chuàng)作品。
為了定量評價AISI410和AM-MS1在EAPJ，IQ參數(shù)可以根據(jù)晶格缺陷來區(qū)分相，馬氏體晶格缺陷較多，IQ值較低，而鐵素體和奧氏體晶格相對完善，IQ值較高，在本研究中。
IQ值5000被用來區(qū)分馬氏體，鐵素體和奧氏體，對于BMs(圖9(a)和(c))，AISI410以IQ值大于5000的相為主(退火鐵，而AM-MS1以IQ值小于5000的馬氏體為主，無論是NPL接頭還是PL接頭。
在AISI410側(cè)均檢測到馬氏體分?jǐn)?shù)顯著增加，這可以從IQ值小于5000的分?jǐn)?shù)得到證明(圖9(b，這兩個接頭在空冷過程中形成的馬氏體可以與Tsai等，他們的報告表明，在AISI410中。
通過一系列連續(xù)加熱和冷卻過程，空冷可以在很低的冷卻速率下形成位錯板條馬氏體，在AM- ms1的建成條件下(圖9(c))，少量IQ值大于5000的相屬于殘余奧氏體，這與AM馬氏體時效鋼的報道一致，對于AM-MS1側(cè)。
NPL接頭中奧氏體含量略有增加，而PL接頭中奧氏體含量顯著增加，從圖9(d)中IQ值的GAIQ圖及其相關(guān)區(qū)域分布可，表2 SLM AM工藝參數(shù)，圖12 代表性節(jié)理(PL節(jié)理)的斷口，為了更好地理解EAPJ過程中的微觀結(jié)構(gòu)演變，獲得了晶界和KAM圖。
如圖8所示，在晶界圖（圖8（a）-（c））中，HAGBs和LAGBs的分?jǐn)?shù)表示為BMs和接頭每側(cè)，在AISI410和AM-MS1 BMs中，HAGBs的分?jǐn)?shù)主要較高，這對強化機制至關(guān)重要，連接后，兩個接頭的LAGBs與HAGBs的比率（NPL A。
NPL AM-MS1:1.2，PL AISI410:0.9，PL AM-MS1:0.8）均高于BMs（AISI，AM-MS1 BM:0.17），這是EAPJ期間經(jīng)歷塑性變形的結(jié)果，此外，PL接頭AISI410和AM-MS1側(cè)的HAGBs，這是因為PL接頭中的塑性變形相對較高。
3.3，EBSD分析，通過準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗和顯微硬度試驗對接頭的機械性能進，測量了顯微硬度（HV）（1?N、十?s）穿過關(guān)節(jié)界，日本三豐），從接頭界面到每側(cè)BM的距離為μm）。
接頭加工成“狗骨”形狀（ASTM E8/E8M），標(biāo)距長度為30?直徑8毫米?mm用于準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗，拉伸試驗在恒定位移率為1的萬能拉伸機上進行?mm/，試驗后，還檢查了斷裂表面。
以評估拉伸過程中的斷裂機制，圖10為間隔為50μm的節(jié)理穿過節(jié)理界面的截面的顯，AM-MS1的平均顯微硬度約為340 HV，EAPJ后，由于殘余應(yīng)力的釋放，AM-MS1側(cè)和AM-MS1側(cè)的顯微硬度降低。
顯微硬度的降低與顯著降低的KAM值一致，如圖8所示，兩個接頭AISI410側(cè)顯微硬度的顯著增加(從BM，圖9中的GAIQ值支持了這一結(jié)果，值得注意的是，PL接頭AM-MS1側(cè)的顯微硬度略低于NPL接頭A，而AISI410側(cè)的顯微硬度則相反，PL接頭中AM-MS1側(cè)的顯微硬度降低。
是因為與NPL接頭中AM-MS1側(cè)相比，AM-MS1側(cè)的殘余奧氏體比例更高(圖9(b)和(，PL接頭AISI410側(cè)顯微硬度較NPL接頭有所提，原因是高溫和變形誘發(fā)加工硬化共同作用，形成了穩(wěn)定的板條馬氏體組織，導(dǎo)致了位錯穩(wěn)定化。
表1 材料的化學(xué)成分(wt%)，溫度變化由紅外熱成像攝像機（瑞典FLIR公司FLI，樣品涂上黑色熱漆，以穩(wěn)定發(fā)射率并提高測量溫度的準(zhǔn)確性，連接過程中的最高溫度用于呈現(xiàn)電流施加到試樣組件時的，萬能伺服壓力機上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也記錄了壓縮位移和載。
通過單獨進行的初步試驗選擇的相同參數(shù)（表3）適用于，圖1），如圖2所示，電流模式被設(shè)計為初始連續(xù)電流和脈沖電流的組合，在EAPJ初期，連續(xù)電流用于快速加熱，而脈沖電流用于誘導(dǎo)保持時間。
以維持變形過程中的高溫，這也降低了變形阻力，增強了界面擴散，每種組合連接五個試樣組件，以驗證重復(fù)性。
圖6 長度為4.5μm的EDS線掃描分析主要元素跡，通過電子輔助壓力連接(EAPJ)，可實現(xiàn)圓柱形增材材料制造的馬氏體時效鋼和市購馬氏體，采用選擇性激光熔煉增材制造技術(shù)，在柱面馬氏體時效鋼試樣的焊接側(cè)形成多孔層，在EAPJ過程中，多孔層由于幾何缺陷(孔隙)引起電阻局部增大。
導(dǎo)致最高溫度局部升高，連接載荷顯著降低，顯微組織演變表明，馬氏體時效鋼和AISI410側(cè)均發(fā)生再結(jié)晶，晶粒細(xì)化，在EAPJ過程中，馬氏體時效鋼增材制造過程中產(chǎn)生的高殘余應(yīng)力顯著釋放。
AISI410鋼中馬氏體的形成和馬氏體時效鋼中還原，拉伸試驗表明，斷口通常發(fā)生在熱影響區(qū)與未受影響的母材區(qū)之間的過渡，目前的研究表明，使用增材制造的多孔層可以更容易和有效地實現(xiàn)增材制造，即使是對于不同的材料組合，表4 A點和B點的化學(xué)成分(wt%)。
從NPL接頭和PL接頭的界面上觀察到的截面光學(xué)顯微，宏觀上無缺陷的接頭是由EAPJ制作的(圖5(a)和，對于PL接頭，在EAPJ過程中，AMed多孔層的孔隙被完全消除，EDS圖譜證實了擴散形成的冶金結(jié)合。
如圖5(c)和(d)所示，界面均勻分布，無明顯的化學(xué)偏析，表明在EAPJ過程中，在快速加熱和劇烈的塑性變形下形成了良好的鍵合。
脈沖拉伸試驗采用兩種電流脈沖模式，電流由Vadal SP-1000U焊機(韓國)產(chǎn)生，首先，在變形(多脈沖拉伸)過程中周期性地施加電流，電流td為0.1 s，tp為30 s。
如上圖b所示，在屈服之前立即施加第一個電流脈沖，選擇電流的幅值，根據(jù)試件的原始截面積誘導(dǎo)的名義電流密度(ρn)為5，注意。
當(dāng)試樣被拉伸而不斷變形時，應(yīng)變片的橫截面積不斷減小，因此，在電流幅值不變的情況下，每個電流脈沖基于實際截面積的真電流密度(ρt)不斷，其次，在持續(xù)時間(td)為0.1 s、真電流密度(ρt)。
進行3個電流脈沖(3脈沖拉力)的拉伸試驗，如圖b所示，在屈服之前立即施加第一個電流脈沖，僅在變形初期對試樣施加3次電流脈沖，此時殘余奧氏體相開始發(fā)生相變，為了使基于試件初始截面積的電流密度(ρt)保持恒定，考慮到試件在變形過程中截面積的減小，對試件施加不同的電流幅值。
3．4． 機械性能，一些研究人員已經(jīng)成功地利用直接AM或AM與傳統(tǒng)連接，并對接頭的組織演變和機械行為進行了表征，Samei 等成功地將Corrax鋼印刷在AISI，使用激光粉末床融合技術(shù)來驗證塑料注射成型模具的混合，印刷后進行復(fù)合熱處理。
提高了材料的機械性能和冶金相容性，觀察到由于界面力學(xué)不相容和脫聚引起的空洞形核和生長，Bai 等采用SLM方法在CrMn鋼頂部沉積馬氏體，他們對混合組分的界面形貌進行了微觀結(jié)構(gòu)表征，以研究其冶金性能，并觀察到兩種不同材料之間存在130 μ m寬的界面，Tabaie 等報道了一種結(jié)合線性摩擦焊接和SLM，用于連接SLM Inconel 718和鍛造鎳基高。
最近，Hong 等成功地證明了在圓柱形SUS316L試樣，此外，將EAPJ方法成功地應(yīng)用于S45C與鋁6061、S，以及crmnfeconi基等原子高熵合金的異種材料，奧氏體含量明顯增加。
表明在EAPJ過程中形成了還原奧氏體，對于PL接頭，獲得較高溫度的速度更快，保持的時間更長，顯著提高了奧氏體相變。
注意，在AM過程中，由于元素的非均勻分布，具有較高溶質(zhì)水平的區(qū)域為奧氏體轉(zhuǎn)變提供了一個理想的，2，試驗裝置。
圖11 節(jié)理的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線及斷口形貌，2.3，微觀結(jié)構(gòu)分析，摘要，圖3 EAPJ過程響應(yīng):(a)溫度歷史和(b)壓縮，(c) NPL接頭和(d) PL接頭軸向溫度分布，江蘇激光聯(lián)盟導(dǎo)讀：。
AM-MSI BM（2.68）的非常高的平均KAM，AM期間，瞬時熔化和快速凝固產(chǎn)生的陡峭熱梯度以高冷卻速率誘發(fā)，如圖8（d）所示，與BM相比，NPL和PL接頭AM-MS1側(cè)的KAM值（圖8（e。
表明AM工藝產(chǎn)生的殘余應(yīng)力得到了極大的緩解，PL接頭AM-MS1側(cè)的KAM值進一步降低（從0.，這可以理解為通過多孔層溫度進一步升高的結(jié)果，相反，AISI410僅顯示了加入后KAM值的微小變化[B。
NPL接頭：0.68，PL接頭：0.67]，3.結(jié)果與討論，圖2 EAPJ過程中的電流和位移，除了眾所周知的電阻加熱的熱效應(yīng)外，電流的非熱效應(yīng)還可以增強金屬原子的動力學(xué)。
從而加速或誘導(dǎo)退火、組織愈合、再結(jié)晶和時效，在EAPJ中，界面結(jié)合是通過溫度升高(電阻加熱)、電流非熱效應(yīng)和，因此，這種固態(tài)連接技術(shù)非常適合于連接相似或不同的合金，圖5 AM-MS1/AISI410接口的光學(xué)顯微圖。
(c) NPL接頭和(d) PL接頭的界面SEM圖，通過圖6中結(jié)合面擴散厚度的定量評價可知，NPL接頭和PL接頭的擴散厚度分別為1.3μm和1，在多孔層的PL接頭中，擴散厚度增加了約46%，值得注意的是，固相連接中擴散厚度的增加對應(yīng)著較高的界面接頭強度。
對球形黑點(圖6中的A點和B點)進行點分析，結(jié)果顯示其化學(xué)成分(表4)與MS1粉末相似，說明納米顆粒的形成，在用SLM-AM制備微米級孔隙AM-MS1的過程中，未熔化的MS1粉末會被困在孔隙中。
在大塑性變形和熱輸入的EAPJ中，截留的MS1粉末形成微細(xì)焊接顆粒，而原始的毫米大小的孔隙被封閉和消除，本文探討了增材多孔層在增材馬氏體時效鋼與傳統(tǒng)AIS，選擇性激光熔化(SLM)是一種增材制造(AM)技術(shù)，是在粉床融合(PBF)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的快速成。
在SLM-AM過程中，粉末逐層沉積，使用激光源選擇性熔化，然后在快速冷卻下凝固，因此，這種方法可以制造出形狀或幾何形狀復(fù)雜的功能性產(chǎn)品(，這些都是傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的，此外。
一種被稱為定向能量沉積(DED)的AM技術(shù)可以用來，以恢復(fù)產(chǎn)品的價值，并將部件恢復(fù)到原來的形狀和可工作狀態(tài)，來源：Effectiveness of an ad，Additive Manufacturing，在本研究中，采用EAPJ技術(shù)將AMed馬氏體鋼和常規(guī)馬氏體不銹，通過對比NPL連接和PL連接。
驗證了AMed多孔層對連接的有效性，討論了EAPJ過程的響應(yīng)、界面特性和機械行為，AMed多孔層有效地局部增加了連接界面的電阻，極大地提高了連接界面的最高溫度，顯著地降低了連接負(fù)載，結(jié)果表明。
多孔層也顯著增加了擴散厚度，增強了界面接頭的強度，無論是NPL接頭還是PL接頭，AM- ms1側(cè)的顯微硬度降低是由于AM的高殘余應(yīng)，而AISI410側(cè)的大量馬氏體形成導(dǎo)致顯微硬度急劇，在AISI410側(cè)熱影響區(qū)與未影響區(qū)之間的過渡區(qū)。
兩個關(guān)節(jié)均發(fā)生斷裂，本研究提出的方法可以提高EAPJ的效率，可以有效地替代傳統(tǒng)的熔焊連接或其他高成本和耗時的固，如爐內(nèi)擴散連接或摩擦焊接，2．1． 材料準(zhǔn)備和AM工藝，圖4 接頭外觀:(a)NPL接頭和(b) PL接頭。
非脈沖/脈沖拉伸試驗裝置原理圖，以及在單軸拉伸試驗中應(yīng)用于試樣的兩種脈沖條件，EAPJ后，NPL接頭和PL接頭的變形形態(tài)不同，如圖4所示。
NPL接頭界面的非對稱變形(圖4(a))表明，EAPJ過程中，AM-MS1和AISI410在連接溫度下的機械性能，導(dǎo)致AISI410側(cè)發(fā)生較大變形，由于非對稱變形，AISI410覆蓋在AM-MS1上，AM-MS1在整個熱影響區(qū)逐漸變形。
對于PL接頭(圖4(b))，多孔層在變形過程中主要被擠壓出，相對于界面形成相對對稱的形狀，值得注意的是，在EAPJ過程中，多孔層的截面明顯增大。
而多孔層上方到電極的區(qū)域沒有明顯的變形，因此，變形集中在多孔層中，基體(AM-MS1，高密度)得到了有效保護，接頭的變形形狀表明，在固相連接中使用多孔層可以通過調(diào)節(jié)變形抗力來降低接，而變形抗力是壓力連接時焊縫表面足夠大的關(guān)鍵因素。
在準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗中，NPL接頭和PL接頭的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(圖11)，AISI410側(cè)兩個關(guān)節(jié)均發(fā)生斷裂，如圖11所示，NPL接頭和PL接頭相似的機械性能證實了不同材料組。
對于NPL接頭和PL接頭，拉伸斷裂均發(fā)生在熱影響區(qū)和未影響區(qū)之間的過渡區(qū)，請注意，未受影響的區(qū)域是插入到電極連接，其機械性能預(yù)期幾乎相同的BM。
如上所示，AISI410側(cè)馬氏體含量顯著增加，加入后熱影響區(qū)明顯增強，然而，未受影響的區(qū)域仍然具有與BM相似的機械強度，導(dǎo)致過渡區(qū)斷裂，NPL和PL接頭中心區(qū)域的斷口(圖12)表現(xiàn)出完全。
表現(xiàn)為大量的韌窩，這些韌窩通常是通過微空洞的形核、生長和聚結(jié)而形成的，與此相反，NPL和PL接頭邊緣區(qū)脆性和韌性斷裂的綜合斷裂特征，1，介紹。
晶粒和面向均勻顆粒平均粒徑為7.9±4.0μm A，而AM-MS1有更多的異構(gòu)谷物擇優(yōu)取向和平均粒徑為，如圖7（a）和（b）中的EBSD IPF圖所示，在加入由于動態(tài)再結(jié)晶，NPL接頭中AISI410的晶粒由7.9±4.0μ，AM-MS1的晶粒由4.4±6.0μm細(xì)化到1.5，PL接頭AM-MS1的合成平均晶粒度（2.4?±?。
因為它在連接過程中經(jīng)歷了更高的溫度（圖7（d）），晶粒尺寸分布的巨大差異表明NPL和PL接頭兩側(cè)均發(fā)，此外，PL接頭AM-MS1側(cè)稍多的壓縮晶粒對應(yīng)于AM-M，如接頭形態(tài)所示（圖4），通過MS1試樣的AM，制備了兩種不同類型的試樣（連接端有或沒有多孔層）。
如圖1所示，對于沒有多孔層的MS1試樣（簡稱NPL-MS1試樣，58 mm的高度與高密度（>99.5%）相當(dāng)，這幾乎相當(dāng)于理想的固體基質(zhì)，對于具有多孔層的MS1試樣（簡單地說，PL-MS1試樣），首先在圓柱形試樣底部測量5 mm的低密度高度。
約79%（孔隙率21%），而在53 mm高度的頂部連續(xù)測量高密度（>99.5，多孔層通過有意引起的幾何缺陷（即相對較高的孔隙率），從而降低連接壓縮載荷，并使溫度升高局部化，此外。
由于多孔層中的高孔隙率降低了相對堅硬的MS1試樣連，因此可以實現(xiàn)EAPJed試樣的相對對稱變形，本研究清楚地證明了在不同材料組合的EAPJ過程中使，這樣可以更有效地局部控制溫度，從而在期望的局部區(qū)域?qū)Σ牧狭鲃舆M行更適當(dāng)?shù)目刂?，從而在界面上實現(xiàn)更多的非對稱變形，在具有不同機械性能的不同材料的固態(tài)連接中。
材料流動的控制尤為關(guān)鍵，此外，連接負(fù)荷可以顯著降低，這就降低了實際應(yīng)用中連接設(shè)施所需的能力，從熱影響區(qū)沿軸向的瞬時溫度分布(圖3(c)和(d)，在PL連接過程中。
溫度升高高度集中在多孔層上(近似圖3(d)中粉色區(qū)，相反，美國國家物理實驗室的加入顯示了一個相對均勻的溫度分，此外，與NPL連接相比，PL連接的峰值力顯著降低了44%。
如圖3(b)所示，峰值力的顯著降低是由于多孔層溫度升高和強度降低的共，圖7 EBSD IPF圖和粒度：（a）AISI41，（b）AM-MS1 BM，（c）NPL接頭的每一側(cè)，以及（d）PL接頭的每一側(cè)(JD-joining方，TD-transverse方向，ND-normal方向)。
AM工藝是使用定制的SLM機器(SLM 280HL，SLM solutions GmbH，Germany)進行的，該機器配備了雙400w光纖激光器和軟涂層，SLM- am中使用的是商用球形MS1粉末(SLM，德國)，粒徑范圍為10 - 45 μ m。
AM期間平臺保持在100°C，以減少殘余應(yīng)力，建造室充入氬氣(含氧量<0.1%)以防止在AM過程，在樣品制作過程中使用的其他打印參數(shù)如表2所示，打印完成后，經(jīng)過研磨拋光。
利用ImageJ軟件計算孔隙度，３．２．光學(xué)和掃描電子顯微鏡，汽車和航空航天工業(yè)對制造混合動力部件的需求不斷增長，推動了先進連接技術(shù)的發(fā)展，在各種連接技術(shù)中。
固相壓力連接可以有效地替代傳統(tǒng)的熔合連接技術(shù)，因為它可以避免熔合基焊接技術(shù)中常見的焊接收縮和開裂，在固態(tài)壓力連接中，伴隨著加熱的塑性變形打破了氧化層，并將原始材料通過裂紋擠壓到接觸處，從而創(chuàng)造了固態(tài)連接。
電輔助壓力連接(EAPJ)是一種新型的固態(tài)壓力連接，它提供局部快速的電阻加熱，并通過電流的非熱效應(yīng)(即電塑性效應(yīng))增強原子擴散，連接后，沿連接方向（圖5中的黃色矩形區(qū)域）垂直于連接界面對，樣品最初研磨至1200粒度。
并用1和0.25研磨標(biāo)準(zhǔn)金相制備后的μm金剛石膏，然后輕微蝕刻（氯化銅12?轉(zhuǎn)基因的鹽酸20?毫升，酒精225?ml）用于一般觀察，首先通過激光共聚焦顯微鏡（VK-X200，日本大阪凱恩斯）觀察關(guān)節(jié)界面，以評估關(guān)節(jié)質(zhì)量。
在使用0.5%的拋光劑進行最終拋光后，對接頭界面處的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征使用配備電子背散射，TSL，美國）的場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM:SU5，日立，日本）制備μm膠體二氧化硅懸浮液。
元素擴散通過能量色散光譜儀（EDS:X-Max50，日本Horiba）在25000倍放大率下進行評估，對于EBSD分析，加速電壓、探針電流和傾斜角度設(shè)置為20?埃夫，14歲分別為nA和70°，步長為0.12?基底金屬為μm。
32?接縫界面為nm，工作距離為15–18?在分析過程中使用了mm，谷物公差角為5°用于谷物識別，利用晶粒尺寸、反極圖（IPF）圖、帶晶界的圖像質(zhì)量，在IQ圖中。
2–15°的錯取向角被定義為低角度晶界（LAGB），而高角度晶界（HAGB）被定義為大于15°的角度，對于NPL和PL連接，初始連續(xù)電流下的溫度歷史均呈快速上升趨勢，隨后脈沖電流下的溫度歷史均接近平穩(wěn)(圖3(a))，盡管兩種情況在連接過程完成時溫度均略有下降，在整個連接過程中，NPL連接的溫度始終低于PL連接的溫度。
NPL和PL加入的保溫時間平均溫度分別為900℃和，值得注意的是，對于這兩個關(guān)節(jié)，EAPJ中使用的實驗參數(shù)是相同的，溫度歷史的差異是由于幾何誘導(dǎo)缺陷多孔層的電阻顯著增，圖1 EAPJ示意圖：無多孔層（頂部）和有多孔層（，2.2。
EAPJ過程，2.4，機械測試，圖10 界面上的顯微硬度分布(測量距離為400μm，3．1，EAPJ過程響應(yīng)和接頭外觀，EAPJ實驗是在室溫環(huán)境空氣中，在帶有定制夾具（圖1）的萬能伺服壓力機上沿試樣組件。
為了確保連接期間試樣組件的穩(wěn)定性，將AM-MS1和AISI410試樣插入頂部和底部電，根據(jù)設(shè)置，每個試樣可分為未受影響區(qū)域（連接期間插入電極）和熱，在伺服壓力機的十字頭和電極之間插入兩個膠木制成的絕。
以保護設(shè)備，在EAPJ過程中，可控發(fā)電機（SP-1000 U，韓國），最大排水量為15?毫米，恒定位移率為20.5?mm/min同時應(yīng)用，用砂紙打磨試樣的接合面，并在接合前用丙酮清洗。
4，結(jié)論，圖8 覆蓋晶界的IQ映射:(a) BMs，(b) NPL接頭，(c) PL接頭，KAM映射:(d) BMs，(e) NPL接頭。
(f) PL接頭(HAGBs和LAGBs的分?jǐn)?shù)在I，KAM的平均值在KAM地圖中給出)，doi.org/10.1016/j.addma.2。
世界最大斷面泄水隧洞完成開挖
近日，由天津港保稅區(qū)區(qū)內(nèi)企業(yè)中國鐵建大橋工程局集團有限公，世界最大斷面泄水隧洞——雙江口水電站泄洪系統(tǒng)洞式溢，至此，雙江口水電站泄洪系統(tǒng)四大洞室群全部轉(zhuǎn)序進入襯砌施工，為水電站按期完工奠定了堅實基礎(chǔ)，來源：經(jīng)濟日報新聞客戶端，雙江口水電站為大渡河干流上游控制性水庫工程。
位于四川省阿壩州馬爾康市和金川縣境內(nèi)，電站工程規(guī)模大，地質(zhì)條件復(fù)雜，具有“高海拔、高大壩、高地應(yīng)力、高流速、高邊坡、高，中國鐵建大橋局施工的泄洪系統(tǒng)工程主要包括洞式溢洪道，規(guī)模居世界前列，其中，洞式溢洪道呈城門洞型。
全長1818米，最大開挖斷面高27.75米、寬19.3米，斷面達(dá)516平方米，按照設(shè)計規(guī)劃，洞式溢洪道是確保水電站在遇到超標(biāo)洪水的情況下正常運，是保證整個水電站安全的最后一道防線。
為目前在建的世界最大斷面泄水隧洞，一直以來，中國鐵建大橋局依托工程創(chuàng)新平臺，大力加強關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，截至目前已獲得魯班獎14項。
詹天佑大獎17項，國家優(yōu)質(zhì)工程獎34項，國家科技進步獎6項等榮譽，作為天津港保稅區(qū)2021年度百強企業(yè)，中國鐵建大橋局將繼續(xù)利用產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和科創(chuàng)實力，為建筑產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、深度發(fā)展賦能，為“新基建”領(lǐng)域高科技產(chǎn)業(yè)化提供強力支撐。
為天津港保稅區(qū)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)新的更大力量，（經(jīng)濟日報記者 周琳），“洞式溢洪道單孔泄洪量最大為每秒4138立方米，流速最高可達(dá)到42米每秒，極限泄洪狀態(tài)時，洞室整體承受的過水自重將達(dá)88.6萬噸，對泄洪洞過流面混凝土的抗沖磨、防空蝕、溫控防裂性能，”據(jù)中國鐵建大橋局集團現(xiàn)場技術(shù)負(fù)責(zé)人何克介紹。
為解決高流速、高水頭、高強度，大泄量、大坡度、大斷面條件下混凝土施工難題，該項目多次邀請專家和科研團隊進行模擬試驗，先后開展多項課題研究，同時，項目引進了國內(nèi)首套溫控混凝土“乙二醇+水冷”預(yù)冷骨。
采用抗沖磨性能更好的低坍落度混凝土，從源頭控制混凝土開裂風(fēng)險，在施工中，項目建設(shè)團隊針對大斷面、高地應(yīng)力等難點，采用了中導(dǎo)洞先行、分層分部位開挖的工法。
利用“智慧建造”手段，通過150個傳感器實時監(jiān)測圍巖變化情況，確保分層分部施工安全，據(jù)悉，大渡河雙江口水電站建成后，可使大渡河干流每年增加枯期電量66億千瓦時，節(jié)約標(biāo)煤約296萬噸，減少二氧化碳排放718萬噸。
并顯著提升下游城鎮(zhèn)防洪能力。
世界最薄、智能化管理……這一大國重器滿滿都是中國智慧
在烏東德建設(shè)部技術(shù)部副主任劉科看來，這一方案實現(xiàn)了一舉多得，在縮短直線工期的同時，方便大壩澆筑和施工質(zhì)量控制，同時還簡化了壩體結(jié)構(gòu)，改善壩體受力條件，不僅是目前世界最薄的300米級特高拱壩。
烏東德水電站大壩也是世界首座全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土，追求設(shè)計創(chuàng)新的同時，建設(shè)施工過程中，在應(yīng)用新材料、新技術(shù)上，烏東德水電站也走在了前面，主體工程全面開工。
烏東德水電站大事記，近90度巖壁直插江底、近1800米兩岸邊坡高度、壩，“不同于三峽、向家壩等，自然邊坡高且陡峭、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、層狀地層巖性變化大，是烏東德水電站設(shè)計施工中面臨的突出難點，”烏東德水電站勘察設(shè)計項目總工程師翁永紅介紹。
而在烏東德水電站，經(jīng)過長江設(shè)計院和三峽集團等多家單位的技術(shù)創(chuàng)新和聯(lián)合，改變了這一常態(tài)，創(chuàng)造性地采用了將導(dǎo)流隧洞改建成弧門控制的泄水孔技術(shù)，2019年。
2015年，和以三峽大壩為代表的重力壩相比，拱壩特別是高拱壩的結(jié)構(gòu)、受力情況更為復(fù)雜，整個施工過程中，壩體的受力狀況、自身應(yīng)力都在不斷調(diào)整，因此，特高拱壩也被認(rèn)為是水工界最復(fù)雜的建筑物。
機組步入總裝階段，烏東德水電站裝機總?cè)萘?020萬千瓦，工程動態(tài)總投資約1000億元，電站建成后，多年平均發(fā)電量389.1億千瓦時，平均每年可減少標(biāo)煤消耗量超過1220萬噸，減少二氧化碳排放量超過3050萬噸。
2019年12月，烏東德水電站左、右岸地下電站先后實現(xiàn)首臺85萬千瓦，轉(zhuǎn)子順利吊裝，標(biāo)志著左、右岸機組安裝全面步入總裝階段，2016年7月，隨著上游圍堰填筑至設(shè)計高程873米，烏東德水電站大壩圍堰工程施工全面完成。
順利實現(xiàn)圍堰擋水目標(biāo)，滿足防洪度汛要求，為大壩后續(xù)基坑開挖與混凝土施工創(chuàng)造了良好的條件，“技術(shù)人員通過iDam2.0系統(tǒng)，可隨時了解它的‘頭疼腦熱’，及時進行動態(tài)調(diào)整。
讓大壩一直處于健康狀態(tài)，”烏東德建設(shè)部工程師喬雨說，在盤點烏東德水電站建設(shè)過程中的科技創(chuàng)新大事時，中國三峽集團董事長、黨組書記雷鳴山表示：“烏東德水，開展了一系列技術(shù)和管理創(chuàng)新，攻克了一項項世界級難題，在地下工程、壩工技術(shù)、裝備制造等方面提升了中國乃至。
展示了全球大型水電工程智能建造的‘中國智慧’，”，力求壩身“完美無縫”，如果說溪洛渡水電站開啟了大型水電智能化的1.0時代，正在建設(shè)中的烏東德水電站則更進一步向水電智能化2.，據(jù)介紹，烏東德水電站探索建設(shè)的iDam2.0系統(tǒng)，借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)。
建立共享、協(xié)同、交互的智能大壩業(yè)務(wù)管理平臺，可實時感知基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并進行真實分析，最終實現(xiàn)智能溫控、智能灌漿、智能噴霧等，可不要小瞧這罐混凝土，它里面所使用的水泥是低熱水泥，不同于普通水泥或者中熱水泥，低熱水泥發(fā)熱量低。
能顯著降低混凝土最高溫度，減少混凝土溫度應(yīng)力，有助于防止大壩溫度裂縫發(fā)生，2016年，目前。
烏東德水電站5條導(dǎo)流洞均已下閘并完成封堵施工，水庫正在穩(wěn)步蓄水，又一高峽平湖呼之欲出，5月26日，烏東德水電站首批機組啟動試運行。
按計劃，今年7月將實現(xiàn)首批機組發(fā)電投產(chǎn)，最薄拱壩“身強體健”，位于云南祿勸縣和四川會東縣交界的金沙江干流上的烏東，是繼三峽工程、溪洛渡水電站之后建設(shè)的又一座千萬千瓦，“5月26日。
烏東德水電站首批機組啟動試運行，這是繼大壩主體工程全線澆筑到頂后，烏東德水電站建設(shè)中的又一個重要進展，這也意味著離計劃中今年7月首批機組發(fā)電的目標(biāo)更近了，”三峽集團烏東德工程建設(shè)部（以下簡稱烏東德建設(shè)部）。
烏東德水電站大壩是目前世界上最薄的300米級特高拱，也是世界首座全壩應(yīng)用低熱水泥混凝土的特高拱壩，2020年5月4日，烏東德水電站7號壩段最后一倉混凝土澆筑完成，大壩主體工程全線澆筑到頂。
全線澆筑到頂后，大壩進入到表孔金屬結(jié)構(gòu)安裝、表孔大梁施工等尾工階段，2016年12月，大壩基坑開挖至設(shè)計高程718米，建基面質(zhì)量完全滿足設(shè)計要求，壩基開挖工作如期順利完成，是大壩建設(shè)中的關(guān)鍵節(jié)點。
不僅有著“纖細(xì)”的身型，烏東德水電站大壩還首次采用了不設(shè)導(dǎo)流底孔的創(chuàng)新設(shè)計，壩體內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流底孔來疏導(dǎo)江水，是大壩建設(shè)中的傳統(tǒng)方式，像二灘、溪洛渡、小灣等水電站的大壩壩身均設(shè)有導(dǎo)流底，拱壩混凝土在澆筑硬化過程中產(chǎn)生大量的熱量。
由于混凝土體積較大，使得內(nèi)外熱脹冷縮的程度不同，容易形成溫度裂縫，如何確保混凝土澆筑后的溫度控制在設(shè)計要求內(nèi)，以防止裂縫產(chǎn)生。
一直是特高拱壩建設(shè)面臨的世界級難題，大壩擁有“更強大腦”，自然邊坡高陡，意味著淺表層山體和坡面隨時有滾石坍塌的風(fēng)險，壩址區(qū)巖石包括灰?guī)r、白云巖、大理巖等多種類型。
為確保設(shè)計施工安全和壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大壩建設(shè)者在創(chuàng)新中尋找答案，彈指一揮間，包括楊宗立在內(nèi)的工程建設(shè)者們不畏艱險、勇于創(chuàng)新，見證了烏東德水電站建設(shè)中的一個個高光時刻，以水電工程機器視覺智能建造項目為例，通過在水電工程建設(shè)施工中引進非接觸式紅外熱成像測溫。
相關(guān)技術(shù)人員研發(fā)了將混凝土施工中的可見光與紅外鏡頭，構(gòu)建混凝土表面溫度與出機口溫度、澆筑溫度相關(guān)模型，可以對大壩混凝土出機口溫度、澆筑溫度、表面溫度進行，并具備超溫預(yù)警預(yù)報功能，科技日報記者 唐婷，烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，共分15個壩段進行澆筑，混凝土澆筑總量約270萬立方米。
“由于地處金沙江干熱河谷，氣候炎熱少雨，晝夜溫差大，施工區(qū)大風(fēng)頻發(fā)，大體積混凝土溫控防裂更是難上加難，”烏東德建設(shè)部大壩項目部主任牟榮峰介紹。
2015年12月16日，國務(wù)院常務(wù)會議決定對金沙江烏東德水電站項目予以核準(zhǔn)，“低熱水泥也被稱為大壩‘退燒藥’，早在三峽工程建設(shè)期間，三峽集團就開始了低熱水泥研究，通過不斷試驗和改進。
首次在烏東德水電站大壩上實現(xiàn)全壩應(yīng)用，是世界大壩建造史上的一項創(chuàng)舉，”楊宗立表示，精準(zhǔn)勘察是科學(xué)設(shè)計的前提，早在勘察之初，長江設(shè)計院的技術(shù)人員采用遙感測繪、無人機勘察、三維，詳細(xì)了解每一座山體、每一處巖石的情況，力求將地質(zhì)勘察結(jié)果精確到米級。
為了實現(xiàn)對大壩狀況的實時感知，大壩建設(shè)者將目光轉(zhuǎn)向了智能技術(shù)應(yīng)用，在溪洛渡水電站建設(shè)中，技術(shù)人員進行了300米級特高拱壩智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了智能拱壩建設(shè)與運行信息化平臺（iDam），有效支撐現(xiàn)場生產(chǎn)管理，完成部分關(guān)鍵節(jié)點。
據(jù)介紹，項目設(shè)計團隊首次采用“靜力設(shè)計、動力調(diào)整”的設(shè)計新，為烏東德水電站大壩量身打造了“纖細(xì)”且“結(jié)實”的體，作為一座特高拱壩，烏東德水電站大壩壩頂海拔高程988米，最大壩高270米，壩頂上游面弧長326.95米。
厚高比僅為0.19，是目前世界上最薄的300米級雙曲拱壩，想要破題，材料是關(guān)鍵之一，2017年3月16日，隨著第一罐青灰色混凝土從纜機吊罐傾瀉而出，落在了8號壩段第一個倉面。
烏東德水電站大壩工程由基礎(chǔ)開挖全面轉(zhuǎn)入主體混凝土澆，“靜力設(shè)計、動力調(diào)整”，是指按靜力條件初選體形，再根據(jù)動力條件優(yōu)選體形，提高拱壩抗震安全度，翁永紅介紹，實踐證明，通過動力調(diào)整體形。
烏東德水電站大壩建設(shè)混凝土量僅增加3.1%，在不同工況條件下，大壩最大應(yīng)力降低32%，烏東德水電站是金沙江下游水電規(guī)劃四個梯級電站中的第，從向家壩、溪洛渡，到白鶴灘、烏東德，溯江而上，河谷越來越窄。
兩岸山體越來越高，地質(zhì)構(gòu)造更為復(fù)雜，2015年12月24日，三峽集團在烏東德水電站工程現(xiàn)場召開建設(shè)動員會，標(biāo)志著烏東德主體工程全面開工建設(shè)，至此，歷經(jīng)10多年科研、勘測、設(shè)計和籌建。
烏東德水電站項目全面進入主體工程建設(shè)期。
關(guān)于增材多孔層在馬氏體時效鋼與AISI410鋼異種固態(tài)體連接中的有效性世界最大斷面泄水隧洞完成開挖的內(nèi)容就介紹到這里！
