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成果名称：改善焊接结构疲劳性能新技术
申请单位：天津大学
成果编号：鉴字[教NF2005]第019号
鉴定日期：2005 年 8 月 27 日
学 科： 机械
成果简介：
1 研究工作背景、目的和意义
统计资料表明，80-90%焊接结构断裂事故是由疲劳失效引起，由于焊接接头疲劳强度大幅度地低于基本金属，虽然结构按疲劳规范设计，仍然发生一些整体结构过早疲劳失效，造成巨大经济损失和伤亡事故。本项目得到国家自然科学基金资助，从超声冲击、相变应力、等离子喷涂三方面提出改善焊接结构疲劳性能新技术，研制发明了相应装置、焊接材料和喷涂技术，这些方法可以应用到桥梁、采油平台、船舶、飞机、机车车辆、压力容器等场合，其应用前景是十分乐观。
2 基本工作原理
（1）超声冲击：以超声波为动力在接头焊趾表面产生足够厚度塑性变形层，从而达到降低应力集中程度、调节应力场，改善疲劳强度目的；2）相变应力：相变材料使焊缝金属冷却中产生相变应力，抵消焊接残余拉伸应力并获得压缩应力来达到改善疲劳强度目的；3）等离子喷涂：利用等离子在焊趾部位喷上结合性能良好涂层材料来降低接头应力集中状态来达到改善疲劳强度目的。
3 主要研究内容
（1) 研制压电式超声冲击装置，并验证其改善接头疲劳性能效果；研究超声冲击改善接头疲劳性能机理并与TIG熔修进行比较；探讨变幅载荷下超声冲击接头疲劳行为及焊接残余应力及外载平均应力的影响。
（2) 开发含稀土元素低相变点焊条、实芯与药芯焊丝；提出相变材料焊趾熔修技术；验证相变材料改善钢制接头疲劳性能效果；进行相变材料熔敷金属强韧性及 LTTW添丝TIG熔修技术研究。
（3）进行等离子喷涂改善焊接接头疲劳性能机理研究并验证其改善效果；分析喷涂层对应力集中及微裂纹应力强度因子作用；探讨等离子喷涂层性能对其改善接头疲劳性能影响。
4 与国内外同类研究综合比较
1）最早研制成功压电式超声冲击装置；2）探索超声冲击钛合金焊接接头改善其疲劳性能研究具有特色； 3）使用相变材料作为填充金属进行TIG熔修研究国外尚未涉猎；4）在模拟实际复杂工作环境和条件下超声冲击实际效果上进行了开创性工作；5）超声冲击和相变焊条施焊接头疲劳准则研究国外尚未涉猎；6）目前国内外尚未进行使用等离子喷涂进行接头疲劳性能改善研究。
5 成果应用情况和推动科技进步作用
该项目已获国家发明专利3项。使用超声波冲击、相变应力及等离子喷涂这些新技术可大幅度改善焊接结构疲劳寿命，显著降低其破坏事故发生几率, 进而节约用钢量和资金，增加安全裕度，防止因发生意外疲劳破坏而给国家和人民财产造成损失，具有广阔应用前景及巨大社会和经济效益，目前这些技术已在多个单位成功应用。
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