爆破阀是保障核电站安全的最后一道屏障。拉力螺栓是爆破阀中的重要部件,在严重事故工况或其它有必要紧急泄压的情况下,通过引爆爆破单元,产生高压气体,使拉力螺栓在预断凹槽处被拉断,随之阀盖开启,实现有效泄压。但是在核电机组正常工作时,在正常工作压力下,拉力螺栓须保持良好的力学性能,不发生疲劳失效。超声冲击处理(Ultrasonic Impact Treatment)作为一种表面形变强化的新技术,近年来在国内外得到了快速发展和应用。目前UIT技术在国内外已经由单纯的焊缝处理开始向改善金属工件表面和次表面性能,提高工件的抗疲劳性能,抗应力腐蚀性能和耐磨性能的方向发展,但通过超声冲击自动化操作,实现复杂形状零部件表面的均匀一致的强化处理还鲜有报道。本课题以爆破阀拉力螺栓预断凹槽为研究对象,以超声冲击为强化手段,应用具有自主知识产权的特殊超声冲击头专利技术,配合与强化表面相匹配的冲击针设计,对爆破阀拉力螺栓进行强化处理,实现了复杂形状零件—拉力螺栓预断凹槽双曲面的均匀一致的自动化表面强化处理。在此基础上,考察了超声冲击振幅、冲击强化时间对强化表面的粗糙度、表面状态、金相组织、微观硬度、残余应力以及疲劳寿命的影响,揭示了超声冲击工艺参数对复杂双曲面表面强化效果的影响规律,获得了最佳冲击强化工艺条件。应用优化的工艺参数,对拉力螺栓模拟件进行超声冲击强化处理,测定了最佳冲击工艺条件下拉力螺栓模拟件的拉-拉疲劳极限,绘制了拉力螺栓模拟件冲击前后应力幅值和应力循环周次之间关系的疲劳S-N曲线,并通过SEM电镜观察了拉力螺栓模拟件预断凹槽的疲劳断口形貌,分析各种冲击工艺条件下的疲劳断口形貌特征、疲劳断裂的发生、发展过程,揭示了强化工艺与疲劳性能的本质联系和影响规律,为疲劳性能的提高提供有效的理论与实验支持。具体实验结果概括为:(1)冲击振幅相同的情况下,冲击时间对拉力螺栓预断凹槽双曲面表面的强化效果具有饱和效应,在冲击时间逐渐增加至10 min的过程中,表面粗糙度、表层微观硬度、显微组织和残余应力得到逐渐优化,基本上在冲击时间为10 min时达到最佳冲击效果,而超过这个冲击时间,冲击强化效果减弱;(2)冲击强化过程中,振幅30μm要比15μm率先达到冲击强化效果的饱和点;(3)拉力螺栓预断凹槽双曲面的最佳超声冲击工艺参数为冲击振幅30μm,冲击时间10 min。应用优化的工艺对拉力螺栓预断凹槽进行冲击强化后,拉力螺栓的疲劳极限提高了11%。