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焊接作為工程機械領域的關鍵技術，直接決定著國之重器的安全可靠性。目前，智能焊接與檢測嚴重依賴國外進口設備，價格昂貴、售后服務難以保障。對于大型、復雜焊接結構，焊后焊縫質量智能檢測在整條焊接產線上屬于空白。本團隊在國內首次開發了大型焊接結構內外一體化智能檢測裝備及軟件，部分高端裝備達到國際水平，建成了國內首條內外一體化焊接智能檢測與評估生產線，在徐工挖掘機上獲得應用，并在央視CCTV2制造中國節目中播出。 圖片 內外一體化焊縫智能檢測與評估生產線獲央視CCTV2報道

荷葉出淤泥而不染的自清潔性能、蛾翅膀表面的自清潔性能、水黽的腿在水面上自由行走而不下沉、魚體表面在油污污染的水中保持自身清潔等一系列自然界中的超疏水、超雙疏現象引起了許多學者的極大關注。近年來國內外關于超疏水、超雙疏的研究都有大量文獻報道。然而依照這些方法制備超疏水/超雙疏涂層的成本非常高且技術要求嚴格，進行大規模工業生產幾乎在短期內難以實現。2013年美國Ultra-ever Dry公司推出了世界首款，迄今為止也是唯一一家通過簡單噴涂即可實現超疏水界面的超疏水的涂層。    目前課題組已經成功開發了具有世界領先技術的超雙疏、自清潔涂層，此種納米涂層模擬荷葉表面結構，具有超疏水、超疏油自清潔性質，利用簡單噴涂可在布料、木材、紙張、金屬、建筑等材料表面，快速形成“荷葉效應”界面，并具有耐紫外線和一定的耐磨性質，具有自清潔、防水、防腐蝕、防凍、減阻、油水分離等作用，在建材、化工、石油、國防軍事、能源等領域具有廣闊的發展空間，是一種極具發展潛力的新材料。例如，直接噴涂在衣物、鞋帽、帳篷表面可實現自清潔、防雨功能，達到免清洗作用，并具有織物原有的透氣性；噴涂在高壓電網輸電支架以及風力發電扇葉上可防止結冰；噴涂木材表面可實現戶外的防潮、防霉；噴涂電路板上可實現防水、防潮；噴涂在高層建筑物表面可實現自清潔等等。 此外，此種材料的生產無排放、無污染。課題組已經實 現了小試生產制備，實驗室即可制備公斤級產品，已經能夠突破超雙疏涂層白色限制，得到各種顏色的超雙疏涂層；能夠對食用油、導熱油、甲苯、氯仿等實現超疏油；通過簡單調整可實現只超疏水但親油，噴涂后的織網可對油水兩相實現快速、簡便的油水分離。該技術已申請四項相關國家發明專利，目前正在積極與相關應用企業合作，推廣該產品的市場應用。

本發明公開了一種自復位金屬耗能拉索，包括復位耗能單元、通過連接單元與所述復位耗能單元連接的拉索筋材，復位耗能單元包括外槽、設置在所述外槽上端開口中的軸心管、并排設置并固定安裝在外槽中的兩個倒U形軟鋼、由所述兩個倒U形軟鋼夾持并與之固定連接的軸心托板、設置在外槽中并套在軸心管上的蝶形彈簧組。受拉筋穿入筋底連接頭和筋頂連接頭后兩端被筋底錨頭和筋頂錨頭錨固，筋底連接頭連接軸心管，筋頂連接頭連接底端連接頭，全拉索通過底端和頂端連接頭與待加固結構相連。本發明能降低自復位耗能支撐的自重和成本、充分利用高強材料強度和提高支撐耗能穩定性。

新型自復位抗震結構體系（包括自復位框架、墻及拉索結構），使結構具備了較好的復位能力和耗能能力，在強震作用下能夠避免或顯著減少結構的殘余變形、損傷和震后經濟損失。基于地震韌性設計理念，將后張無粘結預應力技術和摩擦耗能技術相結合，發明了一組新型自復位抗震結構體系。其中，后張無粘結預應力筋和附加的摩擦耗能件分別給結構提供了復位能力和耗能能力。本項目發明的新型自復位抗震結構體系主要用于具有高性能設計目標的新建建筑以及既有建筑結構的抗震加固或性能提升，還可以應用于橋梁工程等領域，以及減震阻尼器、自復位橋墩等產品的開發。

研究方向：電膜分離過程在水質凈化、純化、廢水深度處理和特種化 工分離中的應用；膜法清潔生產技術；新型集成膜過程的開發及應用 研究（純水與超純水制備、水深度軟化、海水及苦咸水淡化、基于“膜 -電”耦合的有機酸、有機堿。 項目簡介： 安全飲水正在成為國內局部乃至全局性的嚴峻挑戰，相應地，近 年來凈水器領域呈爆發性增長，年市場總額已超過 100 億元，長三角 地區部分城市家庭普及率已超過三成。然而，目前國內外商品凈水器 均存在一些關鍵的難以克服的共性缺陷。一是二次污染問題，或來自 于一定時間的設備停用而導致的內部微生物滋生，或來自于部分濾芯 的未及時更換；二是基于吸附或釋放原理的濾芯與基于膜過濾的濾芯 的功能不匹配問題，如所制水并沒有足夠的水力停留時間。這均使得 凈水器的產水安全性仍難以保證。 本項目針對上述 2 個關鍵行業共性問題，開發新型高端自潔凈凈 水器，徹底杜絕二次污染的可能，同時使得水力停留時間較現有水平 延長 80-100 倍，由此開發面向家用、商用和集團用的各系列安全飲 水設備和服務，以創新技術保證飲水安全。 市場應用前景： 此項目產品市場屬于消費市場，目前已迅速發展壯大。本項目產 品定位于單機價格 5000 元以上的高端市場，在基于創新技術和創新 營銷模式的核心競爭力基礎上，年營業額有望快速突破億元大關，在 3-5 年內達到 5 億元以上。 投資估計：固定資金投入：1000 萬元；流動資金投入：2000 萬元。 經濟和社會效益：企業年產值迅速上億；提供充分安全保證的凈 水、飲水技術與產品。 

一、 項目簡介荷葉出淤泥而不染的自清潔性能、蛾翅膀表面的自清潔性能、水黽的腿在水面上自由行走而不下沉、魚體表面在油污污染的水中保持自身清潔等一系列自然界中的超疏水、超雙疏現象引起了許多學者的極大關注。近年來國內外關于超疏水、超雙疏的研究都有大量文獻報道。然而依照這些方法制備超疏水/超雙疏涂層的成本非常高且技術要求嚴格，進行大規模工業生產幾乎在短期內難以實現。2013年美國Ultra-ever Dry公司推出了世界首款，迄今為止也是唯一一家通過簡單噴涂即可實現超疏水界面的超疏水的涂層。目前張旭教授課題組已經成功開發了具有世界領先技術的超雙疏、自清潔涂層，此種納米涂層模擬荷葉表面結構，具有超疏水、超疏油自清潔性質，利用簡單噴涂可在布料、木材、紙張、金屬、建筑等材料表面，快速形成“荷葉效應”界面，并具有耐紫外線和一定的耐磨性質，具有自清潔、防水、防腐蝕、防凍、減阻、油水分離等作用，在建材、化工、石油、國防軍事、能源等領域具有廣闊的發展空間，是一種極具發展潛力的新材料。例如，直接噴涂在衣物、鞋帽、帳篷表面可實現自清潔、防雨功能，達到免清洗作用，并具有織物原有的透氣性；噴涂在高壓電網輸電支架以及風力發電扇葉上可防止結冰；噴涂木材表面可實現戶外的防潮、防霉；噴涂電路板上可實現防水、防潮；噴涂在高層建筑物表面可實現自清潔等等。此外，此種材料的生產無排放、無污染。張旭教授課題組已經實現了小試生產制備，實驗室即可制備公斤級產品，取得了目前已知除美國Ultra Ever-dry公司以外全球唯一能夠公斤級制備超雙疏、自清潔涂層的技術，并在一些方面超過該公司產品，例如已經能夠突破超雙疏涂層白色限制，得到各種顏色的超雙疏涂層；能夠對食用油、導熱油、甲苯、氯仿等實現超疏油；通過簡單調整可實現只超疏水但親油，噴涂后的織網可對油水兩相實現快速、簡便的油水分離。該技術已申請四項相關國家發明專利，目前正在積極與相關應用企業合作，推廣該產品的市場應用。二、 項目技術成熟程度已實現實驗室的小試制備（5L反應釜）。三、 技術指標（包括鑒定、知識產權專利、獲獎等情況）噴涂在材料表面對油（食用油、導熱油、甲苯、氯仿等）和水接觸角大于150度，滾動角小于10度，耐受溫度使用溫度范圍可以在-34℃~149℃之間，目前已申請四項國家發明專利。四、 市場前景（應用領域、市場分析等）此種納米涂層模擬荷葉表面結構，具有超疏水、超疏油自清潔性質，利用簡單噴涂可在布料、木材、紙張、金屬、建筑等材料表面，快速形成“荷葉效應”界面，并具有耐紫外線和一定的耐磨性質，具有自清潔、防水、防腐蝕、防凍、減阻、油水分離等作用，在建材、化工、石油、國防軍事、能源等領域具有廣闊的發展空間，是一種極具發展潛力的新材料。在早期，人們對于如何防水、防油一直以來都是熱衷討論的話題，畢竟沒有人會愿意打掃廚房里各種油污，或者自己的手機掉進水里當場報銷損失慘重。各色疏水、疏油涂層幾乎成為人們生活中不可或缺的化學用品，小到手表、雨傘，大到航海航天，都可以找到疏水、疏油涂層的身影。例如:  ? 能源行業我國南北交界地區冬季長出現凍雨現象，結冰對風力發電扇葉、高壓輸電線支架產生很大的影響，該涂層的超疏水的微小滾動角可使材料表面無水存留，避免材料表面結冰。此外，自清潔作用在太陽能電池板上的應用也具有廣闊的空間。? 油水分離我們開發的超雙疏涂層之一超疏水親油涂層噴涂在普通紗網上，普通篩網即可具有油過、水不過的特點。紗網親油，因此油能輕易通過篩網，而織網表面超疏水、極小滾動角，水在織網表面迅速流走，達到油水分離作用。如果在普通瓶子口蒙上該種紗網可在油水混合液撈取，只有油能進入瓶子中（如圖所示）。? 軍事國防噴涂有超雙疏涂層的織物具有自清潔作用，同時涂層滲透到織物中增加了其耐磨性，更為重要的是能夠保證織物的透氣性，因此可制成作戰服、野外帳篷、背包、手套等等戶外用品 。此外超雙疏涂層在防腐、防凍、防潮方面對武器裝備無疑具有最強保護作用。? 日用品超疏水雨衣、雨傘使使用過的雨具，無水積存，直接收納放入背包中；噴涂超疏油涂層的抽油煙機可滴油不沾全部回收；噴涂在廁所衛浴上可有效避免尿垢的產生。? 建筑物自清潔我們開發的超雙疏自清潔涂層具有抗紫外線作用，對戶外墻體具有較強的粘附性，同時開發出彩色超雙疏自清潔涂層，對高層建筑具有自清潔作用。? 防腐、防潮作用我們已經進行了初步的應用嘗試，噴涂超雙疏涂層的金屬在濃酸中具有一定的抗腐蝕作用；由于極小的滾動角，對戶外的金屬制品具有很強的抗腐蝕作用；噴涂在木材表面可達到防腐、防潮的作用。? 船舶行業：如果船體噴涂上超疏水涂層，船只行駛過程中與水的摩擦會大大降低，這樣對燃油就會節省很多，海藻之類吸附在船底的現象也會減少很多，對于船舶的護理會減輕很多工作，其實也是減少成本。船舶方面，目前船只有一半以上的驅動能是被船體與水之間的摩擦消耗掉的。如果能通過特殊涂層在船體表面形成空氣膜，船與水摩擦而造成能耗則能降低10％，因而可以大量節省燃油。一般船舶航行中受到的阻力有3種,即船體運動引起的興波阻力、產生旋渦引起的旋渦阻力以及由于水和船體之間接觸產生的摩擦阻力.在這3種阻力中,對于油船那樣的低速肥大型船舶,摩擦阻力要占全部阻力的80%以上,而對通常的貨船約占70%的比例。因此,降低摩擦阻力是一項重要的技術。 應用在航海以及航天事業，以減小因為液體產生的阻力，達到節能環保且高效轉換動能的效果。? 電子元件行業可以應用在真正防水的電子元件上，或者是需要經常接觸帶腐蝕性液體的工作人員，這款涂層的誕生不得不說是一個福音，例如一些電子原件需要進入到水中、高溫中、冰塊中、油中等一些特殊環境工作，有了超雙疏涂層，就不用擔心了，可有效解決問題。  在電子元件上覆蓋厚度遠比人類頭發直徑小的薄膜涂層后，水無法真正接觸到關鍵電子元件，也就不能對其造成損害。 通信設備其它室內室外設備都可以使用，延長壽命，使用功效不會降低，免受雨水的干擾。  五、 規模與投資需求（資金需求、場地規模、人員等需求）可面談六、 生產設備常規反應釜，無三廢排放；噴涂設備七、 效益分析目前全球唯一生產廠商美國Ultra-ever Dry推出的超疏水涂層價格為：底層涂層約人民幣70萬/噸、表層涂層人民幣140萬/噸。八、 合作方式共同開發市場。九、 項目具體聯系人及聯系方式（包括電子郵箱）聯系人：張旭 博士/教授河北工業大學化工學院高分子科學與工程系天津市紅橋區光榮道8 號E-mail：[email protected]：022-60200443

成果與項目的背景及主要用途：統計資料表明，80-90%焊接結構斷裂事故 是由疲勞失效引起的，由于焊接接頭的焊趾處的應力集中和殘余拉伸應力作用， 焊接接頭疲勞強度大幅度地低于基本金屬的疲勞強度。雖然結構按疲勞規范設 計，仍然發生一些整體結構的過早疲勞失效，造成巨大的經濟損失，甚至是人 身傷亡事故。由于焊接接頭焊趾是疲勞裂紋引發部位，如果對該部位實施適當 的處理，使殘余拉伸應力轉變為壓縮應力和減少應力集中，這將有利于延緩疲 勞裂紋的產生，具有巨大的社會效益和經濟效益。本項目是在國家自然科學基 金的支持下完成的，從超聲波沖擊、相變應力應用、等離子噴涂等三方面提出 了三種改善焊接結構疲勞性能的新技術，研制發明了相應的裝置、焊接材料和 噴涂技術。這些方法可以方便地應用到橋梁、采油平臺、船舶、飛機、機車車 輛、壓力容器及管道等工況、野外施工和高空現場作業的場合，其應用前景是 十分樂觀。 技術原理與工藝流程簡介：天津大學科技成果選編 1）超聲沖擊方法改善焊接結構疲勞性能的基本工作原理為：通過超聲波發 生器將電網上的工頻交流電轉換成超聲頻的交流電，用以激勵聲學系統的換能器。 換能器將電能轉換成同樣頻率的機械振動，在機架所提供的一定壓力作用下，將 該超聲頻的機械振動傳遞給工件上的焊縫，使以焊趾為中心的一定區域內焊接接 頭表面產生足夠厚度的塑性變形層，從而達到改善接頭幾何外形，降低應力集中 程度、調節其應力場沿厚度方向的分布狀況，最終達到改善焊接接頭疲勞強度的 目的。 2）相變應力應用改善焊接結構疲勞性能的基本工作原理：利用開發的相變 應力焊接材料使焊縫金屬冷卻中產生的相變應力，抵消焊接殘余拉伸應力并獲得 壓縮應力，最終達到改善焊接接頭疲勞強度的目的。 3）等離子噴涂改善焊接結構疲勞性能的基本工作原理：利用等離子在焊趾 部位噴上結合性能良好的涂層材料來改善接頭的應力集中狀態，最終達到改善焊 接接頭疲勞強度的目的。 技術水平及專利與獲獎情況：整體研究達國際先進水平；已獲國家發明專利 3 項，在申請國家發明專利 5 項；2004 年度天津市自然科學一等獎，2002 年獲 教育部發明二等獎。 應用前景分析及效益預測：接頭焊趾及焊跟部位是焊接結構承受疲勞載荷的 薄弱環節，改善焊趾和焊根部位的疲勞性能將提高整個結構的疲勞性能。使用超 聲波沖擊、相變應力及等離子噴涂等這些新技術可以大幅度地改善焊接結構的疲 勞壽命，顯著降低焊接結構破壞事故的發生幾率, 進而節約焊接結構的用鋼量和 資金，增加焊接結構的安全裕度，防止因焊接結構發生意外疲勞破壞事故給國家 和人民財產的經濟損失，因此具有廣闊的應用前景及產生巨大社會效益和經濟效 益的可能。 應用領域：可以應用到橋梁、采油平臺、船舶、飛機、機車車輛、壓力容器 及管道、水輪機、火箭發動機、汽車制造等諸多領域。 

本項目涉及的是一種與大線能量焊接用鋼相配套的專用藥芯焊絲。近年，隨著構件的大型化和大跨度化，為提高焊接施工效率和降低生產成本，諸如自動氣電立焊、埋弧焊、電渣焊等大線能量焊接方法已相繼在造船、建筑、橋梁、石油化工、海洋結構等制造領域中得到廣泛應用。 例如，在船舶制造中，焊接工時約占總工時的40%，焊接成本約占船舶制造成本的17%，日本造船行業從90年代初開始應用大線能量焊接技術后，焊接效率較傳統的多道次焊接提高近10倍，但是在大線能量焊接條件下，焊接接頭處的溫度升高、受熱時間增長，導致焊縫及熱影響區(HAZ) 晶粒組織粗化，會使力學性能尤其是沖擊韌性變差，為解決此問題，日本在20年前就已采用氧化物冶金新技術研究開發成功能夠承受400kJ/cm以上熱輸入的大線能量焊接造船鋼板，40至100mm厚度的鋼板可實現一道次焊接成形，使造船成本顯著降低、船舶建造周期大幅度縮短，但日本各鋼鐵公司對這項技術嚴格保密從不披露其工藝細節。在此背景下，國內鋼鐵企業和科研院校相繼開展了大線能量焊接專用鋼的研究開發，其中，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室同國內鋼鐵企業合作已經工業試制成功線能量大于400kJ/cm的 戰略石油儲罐用鋼（該項成果2013年獲冶金科學技術二等獎）和EH40、EH36級船板用鋼，但是與這些大線能量焊接用鋼相配套的國產焊接材料此前鮮有研究開發和實際應用業績報道，目前國內市場所需的100-300kJ/cm 大線能量焊接專用藥芯焊絲幾乎全部從日本高價進口，而能夠承受400kJ/cm以上線能量的高端藥芯焊絲日方處于某種戰略考量至今拒絕出口中國市場，為了改變這種長期受制于人的被動局面，東北大學RAL國家重點實驗室基于前期大線能量焊接用鋼研發的技術基礎，近期已試制成功直徑1.0-1.6mm、焊接線能量100-500kJ/cm、適于氣電立焊的大線能量焊接專用藥芯焊絲，藥芯焊絲在線能量200～425kJ/cm的較大范圍內，各項力學性能均能滿足目前國內常用船板的大線能量焊接要求，同樣有望滿足儲油罐鋼板的大線能量焊接要求。該焊絲除有望替代進口、滿足國內造船企業和國家戰略石油儲備庫建設的大量需求外，還有望在海洋工程、石油化工、高層建筑和橋梁建造等眾多領域得到推廣應用。

通過無損探傷、拉伸試驗、水壓試驗和水壓爆破試驗對采用該技術制備的接 頭進行了完整性和力學性能檢測，測試結果合格。

本項目設計和實施一種5自由度簡易焊接機器人。簡易焊接機器人可以靠底座的四個腳輪方便地在工件周圍移動。架體側面安裝有電磁吸盤，當操作者指定一段焊縫時，機器人吸附在工件一側，機器人基座與工件保持相對固定。簡易焊接機器人具有5個自由度。三個移動軸沿x、y和z方向可將末端工具送到不同的空間位置，而機器人末端的兩轉動軸解決焊槍姿態調整的不同要求。x和y方向的移動靠同步帶傳動，z方向的移動由梯形絲杠傳動，在焊接一個平面特征時，z軸可自動或由手工調節完畢，可不做位置控制。兩個手腕正交布局，且電機前置，縮短傳動鏈，簡化設備。機器人的末端設計有焊槍連接法蘭。其關鍵技術包括：直線/圓弧焊接特征的軌跡規劃、焊槍擺動規劃、機器人控制技術。 簡易焊接機器人體積小、重量輕，移動和安裝都很方便，可以連續工作并能提供穩定的焊接質量。簡易焊接機器人的焊接軌跡為比較規則的直線或者圓弧，主要用來滿足手工焊接和機器人自動焊接中間的空白焊接需求。