《無損檢測 焊接殘余應力超聲無損檢測方法-編制說明》

一、工作簡況

1.任務來源

本標準經(jīng)中國材料與試驗團體標準委員會（以下簡稱：

CSTM標準委員會）無損檢測技術及設備領域委員會審查，

CSTM標準委員會批準《無損檢測焊接殘余應力超聲無損檢

測方法》立項，標準項目歸口管理委員會為CSTM/FC94無損

檢測技術及設備領域委員會，標準計劃編號為CSTMLX9400

00679-2021，由北京理工大學牽頭承擔《無損檢測焊接殘

余應力超聲無損檢測方法》團體標準的制定工作。

2.標準制定的背景和目的

針對目前國家重大建設與制造項目焊接殘余應力檢測

的要求，例如大尺度風洞焊接建造、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

的準確性和合理性的特點，通過超聲縱波聲程長度共享原則，

可現(xiàn)場方便地對構件焊接殘余應力進行高精度、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力或

服役載荷應力的無損檢測，確保焊接構件的服役安全，對提

高我國機械制造行業(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，目前還沒有相關的國內外

標準。為了規(guī)范檢測和使用過程，得到準確一致的檢測結果，

該標準將用于所有領域的焊接殘余應力檢測與安全評估，社

會意義重大，應用前景及其廣泛，特別建議制定此項國家標

準。

3.工作主要過程

按照中國材料與試驗團體標準委員會標準制修訂程序

的要求，《無損檢測焊接殘余應力超聲無損檢測方法》團體

標準的編制完成了以下工作：

（1）起草階段：

CSTM/FC94無損檢測技術及設備領域委員會成立之后，

積極開展各項標準制定工作，為保證后續(xù)標準的規(guī)范性，針

對《無損檢測焊接殘余應力超聲無損檢測方法》組建成立

了標準起草工作組，確定了標準編寫原則和分工，提出標準

編制進度安排。

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、中國兵器科學研究

院寧波分院、內蒙古第一機械集團股份有限公司。

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、肖定國、馬永江、

趙文政、靳聰、楊光璨、陳常宏、李涔誠。

二、標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則

1.標準化對象簡要情況

本標準為旨在規(guī)范本領域內各標準的制修訂和發(fā)布。

2.制修訂標準的原則

（1）制修訂標準的依據(jù)或理由

依據(jù)中國材料與試驗團體標準制修訂管理細則、中關村

材料試驗聯(lián)盟團體標準管理辦法（試行）制定本標準，規(guī)范

本領域內各標準的制修訂和發(fā)布。

（2）制修訂標準的原則

本標準編制遵循經(jīng)濟社會發(fā)展需求原則、技術先進和經(jīng)

濟合理原則、適應貿(mào)易全球化需求原則、維護公眾利益原則、

協(xié)商一致原則、廣泛參與和公開透明原則。

本標準在結構編寫和內容編排等方面依據(jù)GB/T

1.1—2009《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫》

進行編寫。

三、采用國際標準和國外先進標準的情況

無。

四、標準主要內容

本標準規(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、焊接殘余應力超聲無損檢測原理、

耦合方法、超聲信號的采集與處理位置、檢測系統(tǒng)的組成、

檢測條件、零應力校準、檢測規(guī)程、檢測結果的記錄及檢測

報告的填寫要求等。

本標準的主要內容及相關說明如下：

1)范圍

本文件規(guī)定了構件焊接殘余應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、高強度鋼、不銹鋼、鋁合金

和鈦合金等透聲金屬材料焊接殘余應力檢測，以及透聲非金

屬材料焊接殘余應力超聲檢測。

本文件適用于焊縫處焊接殘余應力的無損檢測，也適用

于外界載荷導致焊縫及母材內部產(chǎn)生的服役應力的無損檢

測。

2)規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文

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金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫

試驗方法

GB/T7704無損檢測X射線應力測定方法

GB/T12604.1無損檢測術語超聲檢測

GB/T18852無損檢測超聲檢驗測量接觸探頭聲

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證

GB/T11343無損檢測接觸式超聲斜入射檢測方法

3)術語

包括：服役應力、殘余應力、初始殘余應力、焊接殘余應力、

焊接殘余應力區(qū)、焊接熱影響區(qū)、許用殘余應力、殘余應力

閾值、超聲臨界折射縱波、應力系數(shù)。

4)原理

包括：焊接殘余應力的超聲臨界折射縱波法檢測原理、焊接

殘余應力梯度的檢測原理。

5)儀器和設備

包括：系統(tǒng)構成、臨界折射縱波探頭、焊接殘余應力超聲檢

測儀、溫度傳感器、基準零應力試塊、耦合劑。

6)工作流程

包括：焊接殘余應力超聲無損檢測工作前的準備和檢測實施。

7)檢測結果與評估

包括：對被檢焊接構件在不同約束狀態(tài)情況下檢測的應力值

進行解釋說明。

8)控制報告

規(guī)定了對檢測記錄、檢測報告的基本要素的要求。

五、主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告、技術經(jīng)濟

論證，預期的經(jīng)濟效果等

（1）測試環(huán)境：

室溫下。

（2）測試步驟：

1.應力系數(shù)標定

①將超聲波檢測儀器探頭穩(wěn)固耦合在零應力試塊的標

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

（22±2）℃下，對零應力試塊進行拉伸實驗：對試塊施加

一個恒定的力，程序控制或者手動控制拉力維持在穩(wěn)定值。

在材料彈性范圍內，記錄檢測儀器的聲時差和拉伸實驗設

備輸出的拉應力變化。??

②測完一點后，重??新?lián)Q一點重復以上步驟進行測量。其

中測量點不少于6點，重復拉伸次數(shù)不少于3次，取平均值，

繪制出拉伸應力值與聲時差的坐標圖。對數(shù)據(jù)線進行線性擬

合，得到的直線斜率的倒數(shù)即為應力系數(shù)K。

2.檢定過程

①將標定的應力系數(shù)輸入到被檢定的儀器中；

②將被檢定的殘余應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，按GB/T228.1規(guī)定的方法，在

室溫環(huán)境下，對零應力試塊進行拉伸實驗，如圖2所示。

③在儀器的測量范圍內，利用拉伸機進行拉伸試驗，在

零應力拉伸試塊的彈性范圍內均勻選區(qū)一些點（大于6點），

拉伸機加載應力到達每一點數(shù)值時保持應力穩(wěn)定30秒后再

開始檢測，然后記錄拉伸機的拉力數(shù)值，將拉力數(shù)值除以拉

伸試樣標定區(qū)域的橫截面積，記得到基準應力數(shù)值，同時，

記錄被檢定應力檢測儀器檢測到的應力值讀數(shù)；每?0一測量

點重復拉伸次數(shù)不少于3次。?

圖1殘余應力超聲檢測儀校準原理示意圖

圖2殘余應力超聲檢測儀校準現(xiàn)場

（3）校準結果

序號拉伸機拉力值（MPa）檢測殘余應力值（MPa）示值誤差（MPa）

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

校準結果2130124124127-6-6-3

3160160160160000

4190190190193003

5220223223223333

6280259259259999

731029128829111811

由校準結果可知，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±料屈服強度），≤符±合校準對檢測儀

器的性能要求。

六、與有關的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準

的關系

無。

七、對征求意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

該標準的編制過程中，無重大分歧意見。

八、標準水平建議，預期的社會經(jīng)濟效果。

目前，國內外焊接殘余應力超聲無損檢測的應用正在發(fā)

展，但尚無任何標準和規(guī)范，沒有相關的國內外標準可供借

鑒，為進一步規(guī)范殘余應力超聲臨界折射縱波無損檢測的廣

泛應用，提供相關檢測技術的指導，特制定本標準。

目前北京理工大學在國際上領先此項技術研究，自主研

發(fā)的焊接殘