《無損檢測 焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢測方法-編制說明》

一、工作簡況

1.任務(wù)來源

本標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（以下簡稱：

CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）無損檢測技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)審查，

CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)《無損檢測焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢

測方法》立項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目歸口管理委員會(huì)為CSTM/FC94無損

檢測技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃編號(hào)為CSTMLX9400

00679-2021，由北京理工大學(xué)牽頭承擔(dān)《無損檢測焊接殘

余應(yīng)力超聲無損檢測方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

2.標(biāo)準(zhǔn)制定的背景和目的

針對目前國家重大建設(shè)與制造項(xiàng)目焊接殘余應(yīng)力檢測

的要求，例如大尺度風(fēng)洞焊接建造、中俄黑龍江友誼大橋連

接焊縫、大型火箭殼體焊接等，利用超聲臨界折射縱波檢測

的準(zhǔn)確性和合理性的特點(diǎn)，通過超聲縱波聲程長度共享原則，

可現(xiàn)場方便地對構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行高精度、高效率的超

聲無損檢測；該檢測方法特別適用于焊接材料的殘余應(yīng)力或

服役載荷應(yīng)力的無損檢測，確保焊接構(gòu)件的服役安全，對提

高我國機(jī)械制造行業(yè)的無損檢測水平具有積極作用。

該方法屬于創(chuàng)新研究和技術(shù)，目前還沒有相關(guān)的國內(nèi)外

標(biāo)準(zhǔn)。為了規(guī)范檢測和使用過程，得到準(zhǔn)確一致的檢測結(jié)果，

該標(biāo)準(zhǔn)將用于所有領(lǐng)域的焊接殘余應(yīng)力檢測與安全評(píng)估，社

會(huì)意義重大，應(yīng)用前景及其廣泛，特別建議制定此項(xiàng)國家標(biāo)

準(zhǔn)。

3.工作主要過程

按照中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制修訂程序

的要求，《無損檢測焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢測方法》團(tuán)體

標(biāo)準(zhǔn)的編制完成了以下工作：

（1）起草階段：

CSTM/FC94無損檢測技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)成立之后，

積極開展各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，為保證后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性，針

對《無損檢測焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢測方法》組建成立

了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，確定了標(biāo)準(zhǔn)編寫原則和分工，提出標(biāo)準(zhǔn)

編制進(jìn)度安排。

4.主要參加單位及工作組成員

主要參加單位包括：北京理工大學(xué)、中國兵器科學(xué)研究

院寧波分院、內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)股份有限公司。

工作組成員包括：徐春廣、張文君、尹鵬、李文凱、盧

鈺仁、李培祿、栗雙怡、宋文淵、潘勤學(xué)、肖定國、馬永江、

趙文政、靳聰、楊光璨、陳常宏、李涔誠。

二、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

1.標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況

本標(biāo)準(zhǔn)為旨在規(guī)范本領(lǐng)域內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)的制修訂和發(fā)布。

2.制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由

依據(jù)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂管理細(xì)則、中關(guān)村

材料試驗(yàn)聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法（試行）制定本標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范

本領(lǐng)域內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)的制修訂和發(fā)布。

（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

本標(biāo)準(zhǔn)編制遵循經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求原則、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)

濟(jì)合理原則、適應(yīng)貿(mào)易全球化需求原則、維護(hù)公眾利益原則、

協(xié)商一致原則、廣泛參與和公開透明原則。

本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)編寫和內(nèi)容編排等方面依據(jù)GB/T

1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》

進(jìn)行編寫。

三、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的情況

無。

四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了檢測工具的定義、檢測方式的確立、超聲

臨界折射縱波產(chǎn)生方法、焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢測原理、

耦合方法、超聲信號(hào)的采集與處理位置、檢測系統(tǒng)的組成、

檢測條件、零應(yīng)力校準(zhǔn)、檢測規(guī)程、檢測結(jié)果的記錄及檢測

報(bào)告的填寫要求等。

本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容及相關(guān)說明如下：

1)范圍

本文件規(guī)定了構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力超聲臨界折射縱波檢

測的方法。

本文件適用于普通碳素鋼、高強(qiáng)度鋼、不銹鋼、鋁合金

和鈦合金等透聲金屬材料焊接殘余應(yīng)力檢測，以及透聲非金

屬材料焊接殘余應(yīng)力超聲檢測。

本文件適用于焊縫處焊接殘余應(yīng)力的無損檢測，也適用

于外界載荷導(dǎo)致焊縫及母材內(nèi)部產(chǎn)生的服役應(yīng)力的無損檢

測。

2)規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文

件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對

應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本

（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫

試驗(yàn)方法

GB/T7704無損檢測X射線應(yīng)力測定方法

GB/T12604.1無損檢測術(shù)語超聲檢測

GB/T18852無損檢測超聲檢驗(yàn)測量接觸探頭聲

束特性的參考試塊和方法

GB/T32073無損檢測殘余應(yīng)力超聲臨界折射縱波

檢測方法

GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證

GB/T11343無損檢測接觸式超聲斜入射檢測方法

3)術(shù)語

包括：服役應(yīng)力、殘余應(yīng)力、初始?xì)堄鄳?yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、

焊接殘余應(yīng)力區(qū)、焊接熱影響區(qū)、許用殘余應(yīng)力、殘余應(yīng)力

閾值、超聲臨界折射縱波、應(yīng)力系數(shù)。

4)原理

包括：焊接殘余應(yīng)力的超聲臨界折射縱波法檢測原理、焊接

殘余應(yīng)力梯度的檢測原理。

5)儀器和設(shè)備

包括：系統(tǒng)構(gòu)成、臨界折射縱波探頭、焊接殘余應(yīng)力超聲檢

測儀、溫度傳感器、基準(zhǔn)零應(yīng)力試塊、耦合劑。

6)工作流程

包括：焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢測工作前的準(zhǔn)備和檢測實(shí)施。

7)檢測結(jié)果與評(píng)估

包括：對被檢焊接構(gòu)件在不同約束狀態(tài)情況下檢測的應(yīng)力值

進(jìn)行解釋說明。

8)控制報(bào)告

規(guī)定了對檢測記錄、檢測報(bào)告的基本要素的要求。

五、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報(bào)告、技術(shù)經(jīng)濟(jì)

論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果等

（1）測試環(huán)境：

室溫下。

（2）測試步驟：

1.應(yīng)力系數(shù)標(biāo)定

①將超聲波檢測儀器探頭穩(wěn)固耦合在零應(yīng)力試塊的標(biāo)

定區(qū)域內(nèi)的某一點(diǎn)，按GB/T228.1規(guī)定的方法，在常溫環(huán)境

（22±2）℃下，對零應(yīng)力試塊進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)：對試塊施加

一個(gè)恒定的力，程序控制或者手動(dòng)控制拉力維持在穩(wěn)定值。

在材料彈性范圍內(nèi)，記錄檢測儀器的聲時(shí)差和拉伸實(shí)驗(yàn)設(shè)

備輸出的拉應(yīng)力變化。??

②測完一點(diǎn)后，重??新?lián)Q一點(diǎn)重復(fù)以上步驟進(jìn)行測量。其

中測量點(diǎn)不少于6點(diǎn)，重復(fù)拉伸次數(shù)不少于3次，取平均值，

繪制出拉伸應(yīng)力值與聲時(shí)差的坐標(biāo)圖。對數(shù)據(jù)線進(jìn)行線性擬

合，得到的直線斜率的倒數(shù)即為應(yīng)力系數(shù)K。

2.檢定過程

①將標(biāo)定的應(yīng)力系數(shù)輸入到被檢定的儀器中；

②將被檢定的殘余應(yīng)力超聲無損檢測儀的探頭穩(wěn)固耦

合在拉伸試塊的采樣區(qū)域內(nèi)，按GB/T228.1規(guī)定的方法，在

室溫環(huán)境下，對零應(yīng)力試塊進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。

③在儀器的測量范圍內(nèi)，利用拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，在

零應(yīng)力拉伸試塊的彈性范圍內(nèi)均勻選區(qū)一些點(diǎn)（大于6點(diǎn)），

拉伸機(jī)加載應(yīng)力到達(dá)每一點(diǎn)數(shù)值時(shí)保持應(yīng)力穩(wěn)定30秒后再

開始檢測，然后記錄拉伸機(jī)的拉力數(shù)值，將拉力數(shù)值除以拉

伸試樣標(biāo)定區(qū)域的橫截面積，記得到基準(zhǔn)應(yīng)力數(shù)值，同時(shí)，

記錄被檢定應(yīng)力檢測儀器檢測到的應(yīng)力值讀數(shù)；每?0一測量

點(diǎn)重復(fù)拉伸次數(shù)不少于3次。?

圖1殘余應(yīng)力超聲檢測儀校準(zhǔn)原理示意圖

圖2殘余應(yīng)力超聲檢測儀校準(zhǔn)現(xiàn)場

（3）校準(zhǔn)結(jié)果

序號(hào)拉伸機(jī)拉力值（MPa）檢測殘余應(yīng)力值（MPa）示值誤差（MPa）

1100?09595??95-5??-?5-5

校準(zhǔn)結(jié)果2130124124127-6-6-3

3160160160160000

4190190190193003

5220223223223333

6280259259259999

731029128829111811

由校準(zhǔn)結(jié)果可知，max15MPa，或max±

0.1maxMPa，檢測精度??15M≤Pa±、靈敏度?1?5MP≤a，檢測范

圍為?-σs~+σs（σs為≤材±料屈服強(qiáng)度），≤符±合校準(zhǔn)對檢測儀

器的性能要求。

六、與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)

的關(guān)系

無。

七、對征求意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

該標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中，無重大分歧意見。

八、標(biāo)準(zhǔn)水平建議，預(yù)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果。

目前，國內(nèi)外焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢測的應(yīng)用正在發(fā)

展，但尚無任何標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，沒有相關(guān)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)可供借

鑒，為進(jìn)一步規(guī)范殘余應(yīng)力超聲臨界折射縱波無損檢測的廣

泛應(yīng)用，提供相關(guān)檢測技術(shù)的指導(dǎo)，特制定本標(biāo)準(zhǔn)。

目前北京理工大學(xué)在國際上領(lǐng)先此項(xiàng)技術(shù)研究，自主研

發(fā)的焊接殘