【儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)(CSTM/FC94)歸口承擔(dān)的《無(wú)損檢測(cè)焊接殘余應(yīng)力超聲無(wú)損檢測(cè)方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見稿，按照《中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有關(guān)規(guī)定，現(xiàn)公開廣泛征求意見。
 

　　焊接殘余應(yīng)力是材料焊接過(guò)程中的必然產(chǎn)物，是導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)變形和延遲開裂的主要原因。尤其對(duì)于大尺度厚板而言，結(jié)構(gòu)尺寸大、板材厚，現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接工作量大，構(gòu)件不同深度的焊接殘余應(yīng)力難以有效檢測(cè)和評(píng)估，存在大范圍的焊接殘余應(yīng)力集中區(qū)域，成為導(dǎo)致焊接構(gòu)件變形及開裂的主要誘因，將直接導(dǎo)致整體構(gòu)件建造完整性遭到破壞，直接威脅到服役期間構(gòu)件運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。
 

　　拉伸焊接殘余應(yīng)力降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并促進(jìn)腐蝕開裂和變形，而且殘余應(yīng)力分布狀態(tài)是隨著焊接的結(jié)構(gòu)形式、環(huán)境溫度以及服役期間交換載荷的變化而重新動(dòng)態(tài)分布的，這必將引起構(gòu)件的焊縫部位產(chǎn)生變形和開裂，尤其是弱剛度構(gòu)件更為嚴(yán)重。因此，無(wú)損而準(zhǔn)確量化地獲得材料焊接構(gòu)件內(nèi)部不同深度的殘余應(yīng)力梯度分布狀態(tài)是有效評(píng)估鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形和阻止其開裂的前提。
 

　　本標(biāo)準(zhǔn)方法屬于創(chuàng)新研究和技術(shù)，目前還沒(méi)有相關(guān)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。為了規(guī)范檢測(cè)和使用過(guò)程，得到準(zhǔn)確一致的檢測(cè)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(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
 

　　本標(biāo)準(zhǔn)參考GB/T 228.1 金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法；GB/T 7704 無(wú)損檢測(cè) X射線應(yīng)力測(cè)定方法；GB/T 12604.1 無(wú)損檢測(cè) 術(shù)語(yǔ) 超聲檢測(cè)；GB/T 18852 無(wú)損檢測(cè) 超聲檢驗(yàn) 測(cè)量接觸探頭聲束特性的參考試塊和方法；GB/T 32073 無(wú)損檢測(cè) 殘余應(yīng)力超聲臨界折射縱波檢測(cè)方法；GB/T 9445 無(wú)損檢測(cè) 人員資格鑒定與認(rèn)證；GB/T 11343 無(wú)損檢測(cè) 接觸式超聲斜入射檢測(cè)方法等規(guī)程編制。
 

　　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(cè)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(cè)，以及透聲非金屬材料焊接殘余應(yīng)力超聲檢測(cè)。本文件適用于焊縫處焊接殘余應(yīng)力的無(wú)損檢測(cè)，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(wú)損檢測(cè)。
 

　　焊接殘余應(yīng)力的超聲臨界折射縱波法檢測(cè)原理：
 

　　研究發(fā)現(xiàn)，材料的焊接過(guò)程必然產(chǎn)生殘余應(yīng)力，不同方向的殘余應(yīng)力大小不同，如圖1、圖2所示。依據(jù)聲彈性原理，焊接構(gòu)件材料中的殘余應(yīng)力對(duì)超聲波傳播速度有影響，當(dāng)殘余應(yīng)力方向與縱波傳播方向一致時(shí)，拉伸應(yīng)力會(huì)減小超聲波傳播速度，壓縮應(yīng)力會(huì)增大超聲波傳播速度，由此可以利用聲速變化檢測(cè)被測(cè)構(gòu)件內(nèi)殘余應(yīng)力值。
 

　　儀器和設(shè)備：
 

　　1.系統(tǒng)構(gòu)成
 

　　用于本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測(cè)方法的焊接殘余應(yīng)力無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，至少應(yīng)該包括專門制作的超聲臨界折射縱波探頭、殘余應(yīng)力超聲檢測(cè)儀、溫度傳感器、標(biāo)準(zhǔn)零應(yīng)力試樣和耦合劑構(gòu)成。
 

　　2.臨界折射縱波探頭
 

　　臨界折射縱波探頭應(yīng)能實(shí)現(xiàn)臨界折射縱波發(fā)射和接收。根據(jù)被檢測(cè)齒輪的材質(zhì)、尺寸、檢測(cè)區(qū)域和滲透深度及殘余應(yīng)力的檢測(cè)長(zhǎng)度(L)等需求，選定超聲收發(fā)換能器的中心頻率等傳感器參數(shù)，臨界折射縱波收發(fā)傳感器和聲楔塊的材料選定和制備應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)GB/T 18852。
 

　　構(gòu)成殘余應(yīng)力檢測(cè)探頭的兩個(gè)臨界折射縱波收發(fā)傳感器的性能要求一致，同時(shí)，檢測(cè)和標(biāo)定用的殘余應(yīng)力臨界折射縱波探頭應(yīng)該完全一致。
 

　　當(dāng)被檢構(gòu)件表面為曲面時(shí)，探頭應(yīng)符合GB/T11345的規(guī)定。探頭接觸面與被檢測(cè)構(gòu)件表面良好貼合。
 

　　3.焊接殘余應(yīng)力超聲檢測(cè)儀
 

　　焊接殘余應(yīng)力超聲檢測(cè)儀的作用是激勵(lì)臨界折射縱波檢測(cè)探頭，得到并接收臨界折射縱波信號(hào)，計(jì)算超聲臨界折射縱波傳播時(shí)間和焊接殘余應(yīng)力值。可以用脈沖收發(fā)儀、示波器等通用儀器構(gòu)建，也可采用具有脈沖收發(fā)功能、波形數(shù)字化功能和嵌入式計(jì)算功能的數(shù)字超聲檢測(cè)硬件配合專用軟件實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，檢測(cè)儀還應(yīng)該具有波形存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)置和檢測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ)和輸出功能，也可以具有遠(yuǎn)程無(wú)線或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和監(jiān)測(cè)功能。
 

　　4.溫度傳感器
 

　　要求溫度傳感器能夠在檢測(cè)溫度范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量被檢測(cè)工件的溫度，且測(cè)量精度滿足A級(jí)以上(以鉑電阻溫度傳感器為例)。
 

　　5.基準(zhǔn)零應(yīng)力試塊
 

　　檢測(cè)系統(tǒng)要配備基準(zhǔn)零應(yīng)力試樣，用于檢測(cè)焊接殘余應(yīng)力前標(biāo)記零應(yīng)力狀態(tài)下超聲臨界折射縱波傳播時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)零應(yīng)力試樣是指與被檢測(cè)材料材質(zhì)和表面粗糙度一致的、殘余應(yīng)力極低的、滿足本標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)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(zhǔn)零應(yīng)力試塊，可參照(附錄B)確定；現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法獲得基準(zhǔn)零應(yīng)力試塊時(shí)，也可將同材質(zhì)構(gòu)件上的無(wú)應(yīng)力區(qū)域作為基準(zhǔn)零應(yīng)力試塊。
 

　　6.耦合劑
 

　　應(yīng)按GB/T11343的規(guī)定，選擇透聲性良好且不損傷檢測(cè)表面的耦合劑，工作溫度范圍內(nèi)探頭應(yīng)與被檢件表面具有穩(wěn)定可靠的超聲耦合。
 

　　檢測(cè)過(guò)程中要使用耦合劑，以保證在工作溫度范圍內(nèi)探頭與構(gòu)件表面具有穩(wěn)定可靠的聲耦合。檢測(cè)、應(yīng)力系數(shù)標(biāo)定和零應(yīng)力標(biāo)定、校準(zhǔn)過(guò)程使用的耦合劑要相同。
 

　　檢測(cè)結(jié)果與評(píng)估：
 

　　當(dāng)被檢焊接構(gòu)件且處于無(wú)約束自由狀態(tài)時(shí)，在焊接殘余應(yīng)力區(qū)檢測(cè)到的數(shù)值為焊接殘余應(yīng)力，當(dāng)其數(shù)值小于焊接殘余應(yīng)力閾值時(shí)，焊接熱影響區(qū)或焊接殘余應(yīng)力區(qū)是安全的；數(shù)值越小，表明焊接區(qū)域的殘余應(yīng)力安全裕度越大。
 

　　當(dāng)焊接殘余應(yīng)力區(qū)處于裝配約束狀態(tài)或載荷服役狀態(tài)時(shí)，焊接殘余應(yīng)力區(qū)檢測(cè)到的應(yīng)力是焊接殘余應(yīng)力與服役應(yīng)力的疊加。
 

　　超聲臨界折射縱波方法能夠檢測(cè)出起焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部的綜合服役應(yīng)力，包含所有載荷產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，直接反映了構(gòu)件的當(dāng)前服役強(qiáng)度，可以直接對(duì)構(gòu)件的應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和評(píng)判。根據(jù)需求還可以檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部不同深度的殘余應(yīng)力值。