《無損檢測(cè) 焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控方法-編制說明》

一、工作簡(jiǎn)況

1.任務(wù)來源

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

CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）無損檢測(cè)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(cè)焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)

控方法》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(cè)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

00680-2021，由中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院牽頭承擔(dān)《無損檢

測(cè)焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控方法》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(duì)目前國(guó)家重大建設(shè)與制造項(xiàng)目焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致

焊接構(gòu)件變形、開裂的問題，例如大尺度風(fēng)洞焊接建造過程

中駐室等重要結(jié)構(gòu)焊縫變形、鋼構(gòu)大橋連接焊縫應(yīng)力集中、

大型火箭殼體焊接完成后變形超差等現(xiàn)象，急需對(duì)構(gòu)件在焊

接時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進(jìn)行調(diào)控消減，利用高能超聲波通過接

觸方式進(jìn)入焊接材料內(nèi)部，可以實(shí)現(xiàn)無損地消減和均化焊接

構(gòu)件表面及內(nèi)部的殘余應(yīng)力。隨著工業(yè)與基建的發(fā)展，對(duì)于

焊接構(gòu)件開裂與變形控制需求越加迫切，非常有必要制定該

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控方法。

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

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范高能聲束調(diào)控焊接殘余應(yīng)力方法的使用過程。該標(biāo)

準(zhǔn)將用于所有領(lǐng)域的焊接殘余應(yīng)力調(diào)控與均化，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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.工作主要過程

按照中國(guó)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(cè)焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控方法》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(cè)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(duì)《無損檢測(cè)焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控方法》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(guó)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、上汽大眾

汽車有限公司。

工作組成員包括：徐春廣、尹鵬、張文君、李文凱、盧

鈺仁、李培祿、栗雙怡、宋文淵、潘勤學(xué)、肖定國(guó)、馬永江、

趙文政、靳聰、楊光璨、陳常宏、李涔誠(chéng)、李德志。

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

1.標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)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(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)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)定了通過直接接觸的方式，使用具有一定方向

性的高能聲束（固體中的彈性波束）對(duì)焊接材料表面和內(nèi)部

的殘余應(yīng)力進(jìn)行控制的原理、系統(tǒng)要求、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)程

序、結(jié)果評(píng)定和試驗(yàn)報(bào)告。

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)定了通過高能超聲激勵(lì)器與焊接構(gòu)件直接貼

合的方式，在焊接過程中或者焊接完成后，使用具有一定能

量和方向性的聲束（固體中的彈性波束）對(duì)焊接構(gòu)件表面和

內(nèi)部的殘余應(yīng)力進(jìn)行控制的方法。

本文件適用于透聲的金屬材料焊接殘余應(yīng)力的消減和

均化，以及透聲的金屬材料在焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力的消減

和均化。其它透聲材料焊接構(gòu)件表面和內(nèi)部殘余應(yīng)力的控制

也可參照采用。

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(duì)

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。

3）術(shù)語(yǔ)和定義

包括、聲束控制、激勵(lì)器、激勵(lì)器夾持工裝、激勵(lì)頭、

耦合劑。

4）人員要求

殘余應(yīng)力超聲消減的操作及消減效果檢驗(yàn)人員應(yīng)符合

相關(guān)規(guī)定。殘余應(yīng)力超聲消減設(shè)備維護(hù)和操作人員應(yīng)經(jīng)專業(yè)

培訓(xùn)，取得操作資格證（上崗證）方可接觸殘余應(yīng)力超聲消

減設(shè)備。

5）原理

包括：基本原理、調(diào)控方式。

6）儀器和設(shè)備

包括：系統(tǒng)構(gòu)成、超聲信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、超聲

激勵(lì)器、夾持與固定裝置、激勵(lì)器頭的材料和結(jié)構(gòu)、耦合劑。

7）工作流程

包括：工作前的準(zhǔn)備和應(yīng)力調(diào)控。

工作前的準(zhǔn)備包括被消減工件的處理，選擇換能器及位

置要求，應(yīng)力消減系統(tǒng)的連接要求；應(yīng)力調(diào)控包括高能聲束

消減參數(shù)設(shè)定要求，超聲頻率、功率和消減時(shí)間設(shè)定要求，

工作狀態(tài)調(diào)控要求，調(diào)控結(jié)束要求。

8）高能聲束調(diào)控效果評(píng)估

包括評(píng)價(jià)方法及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

9）調(diào)控報(bào)告

規(guī)定了對(duì)調(diào)控記錄、調(diào)控報(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

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篞345R材料焊接殘余應(yīng)力消除驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)方案：

焊接完成后，將調(diào)控裝置的工裝與激勵(lì)器放置于“T”

型焊縫附近表面區(qū)域，對(duì)激勵(lì)器進(jìn)行固定約束，然后按照一

定的間隔均勻布置高能聲束激勵(lì)器，如圖1所示。調(diào)控流程

如圖2所示，調(diào)控完成后，利用殘余應(yīng)力超聲檢測(cè)儀進(jìn)行應(yīng)

力檢測(cè)。

圖1“T”型焊縫殘余應(yīng)力調(diào)控現(xiàn)場(chǎng)

圖2殘余應(yīng)力消減流程框圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

在焊接完成后和高能聲束調(diào)控后，對(duì)焊縫上下兩側(cè)區(qū)域

的應(yīng)力檢測(cè)，應(yīng)力曲線分布圖如下圖3所示，檢測(cè)應(yīng)力均為

拉應(yīng)力。

焊接后，焊縫上下兩側(cè)應(yīng)力值分布在70-110MPa，其中

上側(cè)最小應(yīng)力值為72Mpa，下側(cè)最小應(yīng)力值為79MPa。

高能聲束調(diào)控后，焊縫上下兩側(cè)應(yīng)力值均分布在

60-78MPa，其中上側(cè)最小應(yīng)力值均為63Mpa，下側(cè)最小應(yīng)力

值均為61Mpa。應(yīng)力值顯示焊縫上下兩側(cè)均沒有超過0.3σS

（94.5MPa）的點(diǎn)位。

圖3高能聲束調(diào)控前后應(yīng)力分布對(duì)比圖

以“T”型焊縫為研究對(duì)象，利用高能聲束調(diào)控方法調(diào)

控焊縫的焊接應(yīng)力，基于高能聲束調(diào)控方法的“T”型焊縫，

其焊接平均應(yīng)力消減率達(dá)到28.329%，基于高能聲束調(diào)控方

法的“T”型焊縫的平均應(yīng)力均化率分別為39.61%.

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(duì)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(guó)內(nèi)外焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控方法的應(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(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)可

供借鑒，為進(jìn)一步規(guī)范焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控方法的廣

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

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

發(fā)的焊接殘余應(yīng)力高能聲束調(diào)控系統(tǒng)已經(jīng)逐步在各行業(yè)和

領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，隨著焊接工藝與裝備的發(fā)展，焊接殘余

應(yīng)力調(diào)控的迫切需求在與日