[发明专利]一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置及方法

权利要求书

1.一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置，其特征在于，包括承载系统和温度控制系统；

承载系统上设有至少一个套筒，在套筒中设有合金扩张元件和加热元件，所述合金扩张元件包括金属管、形状记忆合金弹簧和两侧辅助夹头，形状记忆合金弹簧金属管装载至金属管两端，并伸入金属管内，形状记忆合金弹簧位于辅助夹头之间；

加热元件包括金属壳体和设在其内壁的电阻线圈，金属壳体侧壁设有连接至温度控制系统的K型热电偶；

合金扩张元件中设有形状记忆合金弹簧和沿套筒两侧设置的辅助夹头；

温度控制系统连接加热元件，经加热循环训练预变形的形状记忆合金弹簧受热升温至临界值，形状记忆合金弹簧发生马氏体相变推动两侧辅助夹头向外移动，从而进行扩张与支撑。

2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置，其特征在于，合金扩张元件和加热元件分别位于承载系统套筒的上部和下部，在合金承载系统套筒上包覆有绝热层。

3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置，其特征在于，形状记忆合金弹簧和辅助夹头由形状记忆合金制备而成，包括合金Ti_50-xNi_50+x，x=0-0.3、Ti_49.7-xNi_50.3Hf_x，x=15-25、Ti_49.7-xNi_50.3Zr_x, x=15-25和Ti_49.7-xNi_50.3-yHf_xPd_y，x=15-20,y=0-5。

4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置，其特征在于，形状记忆合金弹簧采用经循环训练过的形状记忆合金制备而成，其训练过程为：将形状记忆合金在其马氏体状态变形至预定应力水平，再将该形状记忆合金卸载至零应力，经多次循环后使该形状记忆合金应变水平保持恒定，再在恒定的应变水平下对形状记忆合金材料进行热循环。

5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置，其特征在于，辅助夹头的制备如下：经真空感应熔炼将原料浇铸成锭后，将铸锭在900-1200℃下均匀化处理12-36h；随后将均匀化的合金热变形加工，获得20-70%的热变形量，然后在400-600℃之间对合金进行20-120min不同时长时效处理，经电火花切割加工成型。

6.根据权利要求5所述的一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置，其特征在于，辅助夹头为楔形、锥形、圆柱形、爪型、钳形、半球形或圆台形。

7.根据权利要求6所述的一种基于形状记忆合金的救援扩撑装置，其特征在于，楔形辅助夹头为后开口型，钳形辅助夹头为前开口型。

8.一种权利要求1-7任一项所述装置的基于形状记忆合金的救援扩撑方法，其特征在于，包括：

根据救援扩撑现场选择合金扩张元件与辅助夹头类型；

温度控制系统电机传递高频电流加热环绕承载系统套筒的电阻线圈；

经加热循环训练预变形的形状记忆合金弹簧受热升温达到临界值，形状记忆合金弹簧发生马氏体相变，回复至其初始形状，推动两侧辅助夹头向外移动，实现扩张与支撑；

扩撑结束后，关闭温度控制系统，卸去已位移的辅助夹头，待承载管内形状记忆合金弹簧自然冷却，对形状记忆合金弹簧进行循环训练，并重新固定辅助夹头，再次使用。

9.根据权利要求8所述的基于形状记忆合金的救援扩撑方法，其特征在于，设定温度控制系统加热环绕承载系统套筒的电阻线圈的目标温度为80-100℃。