由中國材料與試驗團體標準委員會無損檢測技術及設備領域委員會(CSTM/FC94)歸口承擔的《無損檢測焊接殘余應力超聲無損檢測方法》團體標準已完成征求意見稿，按照《中關村材料試驗技術聯盟團體標準管理辦法》的有關規定，現公開廣泛征求意見。
 

　　焊接殘余應力是材料焊接過程中的必然產物，是導致焊接結構變形和延遲開裂的主要原因。尤其對于大尺度厚板而言，結構尺寸大、板材厚，現場拼裝焊接工作量大，構件不同深度的焊接殘余應力難以有效檢測和評估，存在大范圍的焊接殘余應力集中區域，成為導致焊接構件變形及開裂的主要誘因，將直接導致整體構件建造完整性遭到破壞，直接威脅到服役期間構件運行的穩定性與安全性。
 

　　拉伸焊接殘余應力降低結構強度并促進腐蝕開裂和變形，而且殘余應力分布狀態是隨著焊接的結構形式、環境溫度以及服役期間交換載荷的變化而重新動態分布的，這必將引起構件的焊縫部位產生變形和開裂，尤其是弱剛度構件更為嚴重。因此，無損而準確量化地獲得材料焊接構件內部不同深度的殘余應力梯度分布狀態是有效評估鋼結構構件變形和阻止其開裂的前提。
 

　　本標準方法屬于創新研究和技術，目前還沒有相關的國內外標準。為了規范檢測和使用過程，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。
 

　　本標準參考GB/T 228.1 金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法；GB/T 7704 無損檢測 X射線應力測定方法；GB/T 12604.1 無損檢測 術語 超聲檢測；GB/T 18852 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/T 32073 無損檢測 殘余應力超聲臨界折射縱波檢測方法；GB/T 9445 無損檢測 人員資格鑒定與認證；GB/T 11343 無損檢測 接觸式超聲斜入射檢測方法等規程編制。
 

　　本文件規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生的服役應力的無損檢測。
 

　　焊接殘余應力的超聲臨界折射縱波法檢測原理：
 

　　研究發現，材料的焊接過程必然產生殘余應力，不同方向的殘余應力大小不同，如圖1、圖2所示。依據聲彈性原理，焊接構件材料中的殘余應力對超聲波傳播速度有影響，當殘余應力方向與縱波傳播方向一致時，拉伸應力會減小超聲波傳播速度，壓縮應力會增大超聲波傳播速度，由此可以利用聲速變化檢測被測構件內殘余應力值。
 

　　儀器和設備：
 

　　1.系統構成
 

　　用于本標準規定檢測方法的焊接殘余應力無損檢測系統，至少應該包括專門制作的超聲臨界折射縱波探頭、殘余應力超聲檢測儀、溫度傳感器、標準零應力試樣和耦合劑構成。
 

　　2.臨界折射縱波探頭
 

　　臨界折射縱波探頭應能實現臨界折射縱波發射和接收。根據被檢測齒輪的材質、尺寸、檢測區域和滲透深度及殘余應力的檢測長度(L)等需求，選定超聲收發換能器的中心頻率等傳感器參數，臨界折射縱波收發傳感器和聲楔塊的材料選定和制備應滿足國標GB/T 18852。
 

　　構成殘余應力檢測探頭的兩個臨界折射縱波收發傳感器的性能要求一致，同時，檢測和標定用的殘余應力臨界折射縱波探頭應該完全一致。
 

　　當被檢構件表面為曲面時，探頭應符合GB/T11345的規定。探頭接觸面與被檢測構件表面良好貼合。
 

　　3.焊接殘余應力超聲檢測儀
 

　　焊接殘余應力超聲檢測儀的作用是激勵臨界折射縱波檢測探頭，得到并接收臨界折射縱波信號，計算超聲臨界折射縱波傳播時間和焊接殘余應力值。可以用脈沖收發儀、示波器等通用儀器構建，也可采用具有脈沖收發功能、波形數字化功能和嵌入式計算功能的數字超聲檢測硬件配合專用軟件實現，同時，檢測儀還應該具有波形存儲、參數設置和檢測結果的存儲和輸出功能，也可以具有遠程無線或網絡監控和監測功能。
 

　　4.溫度傳感器
 

　　要求溫度傳感器能夠在檢測溫度范圍內準確測量被檢測工件的溫度，且測量精度滿足A級以上(以鉑電阻溫度傳感器為例)。
 

　　5.基準零應力試塊
 

　　檢測系統要配備基準零應力試樣，用于檢測焊接殘余應力前標記零應力狀態下超聲臨界折射縱波傳播時間。標準零應力試樣是指與被檢測材料材質和表面粗糙度一致的、殘余應力極低的、滿足本標準標定試樣形狀和尺寸范圍的材料樣品。
 

　　可采用高能聲束方法制備基準零應力試塊，可參照(附錄B)確定；現場無法獲得基準零應力試塊時，也可將同材質構件上的無應力區域作為基準零應力試塊。
 

　　6.耦合劑
 

　　應按GB/T11343的規定，選擇透聲性良好且不損傷檢測表面的耦合劑，工作溫度范圍內探頭應與被檢件表面具有穩定可靠的超聲耦合。
 

　　檢測過程中要使用耦合劑，以保證在工作溫度范圍內探頭與構件表面具有穩定可靠的聲耦合。檢測、應力系數標定和零應力標定、校準過程使用的耦合劑要相同。
 

　　檢測結果與評估：
 

　　當被檢焊接構件且處于無約束自由狀態時，在焊接殘余應力區檢測到的數值為焊接殘余應力，當其數值小于焊接殘余應力閾值時，焊接熱影響區或焊接殘余應力區是安全的；數值越小，表明焊接區域的殘余應力安全裕度越大。
 

　　當焊接殘余應力區處于裝配約束狀態或載荷服役狀態時，焊接殘余應力區檢測到的應力是焊接殘余應力與服役應力的疊加。
 

　　超聲臨界折射縱波方法能夠檢測出起焊接結構內部的綜合服役應力，包含所有載荷產生的內應力，直接反映了構件的當前服役強度，可以直接對構件的應力進行檢測、監測和評判。根據需求還可以檢測構件內部不同深度的殘余應力值。