针对低合金高强钢接头非均匀性强、疲劳性能下降严重的共性问题，本项目通过引入缓冲层“包裹”焊接材料使之与母材完全隔离，发展了具有双金属焊缝的新型接头；基于缓冲层提出了残余应力和强韧均衡双重调控的接头设计方法，为解决高强钢焊接性与接头强度匹配矛盾的难题提供了新思路。试验结果表明，新型接头的疲劳裂纹扩展寿命明显优于传统接头，恒幅疲劳载荷条件下接头最薄弱区域的疲劳抗力达到了母材水平。另外，发展了预置残余应力与接头强韧搭配双重调控的接头设计方法，试验结果表明，改进接头的疲劳扩展寿命明显优于常规接头，为超载工况下接头设计提供了启发。含缓冲层接头的疲劳性能明显优于常规接头，在超载工况下的疲劳寿命可提高 6 倍以上。

通过科学描述微观组织和力学性能的渐变特征，揭示了塑性应变和裂纹长度共同作用下的残余应力演化机理，发展一种物理意义明确的裂纹扩展速率预测概率模型。研究成果显著提高了裂纹扩展速率的预测精度，可为高端装备的疲劳寿命预测及安全可靠性评估提供理论支撑。

性能指标：

1. 通过引入缓冲层“包裹”焊接材料使之与母材完全隔离，发展了具有双金属焊缝的新型接头。试验结果表明，新型接头的疲劳裂纹扩展寿命明显优于传统接头，恒幅疲劳载荷条件下接头最薄弱区域的疲劳抗力达到了母材水平。

2. 针对随机疲劳载荷条件，提出了超载参量和材料属性共同决定的 I、II、III 型超载模式，发展了预置残余应力与接头强韧搭配双重调控的接头设计方法。世界科研网 Phys.org、澳大利亚科学网 Science Network WA 对该研究的专题报道：含缓冲层接头的疲劳性能明显优于常规接头，在超载工况下的疲劳寿命可提高 6 倍以上。

适用范围、市场前景

上述研究成果可应用于高铁、航空航天、大跨度斜拉桥、核电、风电、矿用设备等领域，特别是承受交变载荷（疲劳载荷）的金属及焊接结构。