《无损检测 焊接残余应力超声无损检测方法-编制说明》

一、工作简况

1.任务来源

本标准经中国材料与试验团体标准委员会（以下简称：

CSTM标准委员会）无损检测技术及设备领域委员会审查，

CSTM标准委员会批准《无损检测焊接残余应力超声无损检

测方法》立项，标准项目归口管理委员会为CSTM/FC94无损

检测技术及设备领域委员会，标准计划编号为CSTMLX9400

00679-2021，由北京理工大学牵头承担《无损检测焊接残

余应力超声无损检测方法》团体标准的制定工作。

2.标准制定的背景和目的

针对目前国家重大建设与制造项目焊接残余应力检测

的要求，例如大尺度风洞焊接建造、中俄黑龙江友谊大桥连

接焊缝、大型火箭壳体焊接等，利用超声临界折射纵波检测

的准确性和合理性的特点，通过超声纵波声程长度共享原则，

可现场方便地对构件焊接残余应力进行高精度、高效率的超

声无损检测；该检测方法特别适用于焊接材料的残余应力或

服役载荷应力的无损检测，确保焊接构件的服役安全，对提

高我国机械制造行业的无损检测水平具有积极作用。

该方法属于创新研究和技术，目前还没有相关的国内外

标准。为了规范检测和使用过程，得到准确一致的检测结果，

该标准将用于所有领域的焊接残余应力检测与安全评估，社

会意义重大，应用前景及其广泛，特别建议制定此项国家标

准。

3.工作主要过程

按照中国材料与试验团体标准委员会标准制修订程序

的要求，《无损检测焊接残余应力超声无损检测方法》团体

标准的编制完成了以下工作：

（1）起草阶段：

CSTM/FC94无损检测技术及设备领域委员会成立之后，

积极开展各项标准制定工作，为保证后续标准的规范性，针

对《无损检测焊接残余应力超声无损检测方法》组建成立

了标准起草工作组，确定了标准编写原则和分工，提出标准

编制进度安排。

4.主要参加单位及工作组成员

主要参加单位包括：北京理工大学、中国兵器科学研究

院宁波分院、内蒙古第一机械集团股份有限公司。

工作组成员包括：徐春广、张文君、尹鹏、李文凯、卢

钰仁、李培禄、栗双怡、宋文渊、潘勤学、肖定国、马永江、

赵文政、靳聪、杨光璨、陈常宏、李涔诚。

二、标准化对象简要情况及制修订标准的原则

1.标准化对象简要情况

本标准为旨在规范本领域内各标准的制修订和发布。

2.制修订标准的原则

（1）制修订标准的依据或理由

依据中国材料与试验团体标准制修订管理细则、中关村

材料试验联盟团体标准管理办法（试行）制定本标准，规范

本领域内各标准的制修订和发布。

（2）制修订标准的原则

本标准编制遵循经济社会发展需求原则、技术先进和经

济合理原则、适应贸易全球化需求原则、维护公众利益原则、

协商一致原则、广泛参与和公开透明原则。

本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T

1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》

进行编写。

三、采用国际标准和国外先进标准的情况

无。

四、标准主要内容

本标准规定了检测工具的定义、检测方式的确立、超声

临界折射纵波产生方法、焊接残余应力超声无损检测原理、

耦合方法、超声信号的采集与处理位置、检测系统的组成、

检测条件、零应力校准、检测规程、检测结果的记录及检测

报告的填写要求等。

本标准的主要内容及相关说明如下：

1)范围

本文件规定了构件焊接残余应力超声临界折射纵波检

测的方法。

本文件适用于普通碳素钢、高强度钢、不锈钢、铝合金

和钛合金等透声金属材料焊接残余应力检测，以及透声非金

属材料焊接残余应力超声检测。

本文件适用于焊缝处焊接残余应力的无损检测，也适用

于外界载荷导致焊缝及母材内部产生的服役应力的无损检

测。

2)规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文

件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对

应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本

（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温

试验方法

GB/T7704无损检测X射线应力测定方法

GB/T12604.1无损检测术语超声检测

GB/T18852无损检测超声检验测量接触探头声

束特性的参考试块和方法

GB/T32073无损检测残余应力超声临界折射纵波

检测方法

GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证

GB/T11343无损检测接触式超声斜入射检测方法

3)术语

包括：服役应力、残余应力、初始残余应力、焊接残余应力、

焊接残余应力区、焊接热影响区、许用残余应力、残余应力

阈值、超声临界折射纵波、应力系数。

4)原理

包括：焊接残余应力的超声临界折射纵波法检测原理、焊接

残余应力梯度的检测原理。

5)仪器和设备

包括：系统构成、临界折射纵波探头、焊接残余应力超声检

测仪、温度传感器、基准零应力试块、耦合剂。

6)工作流程

包括：焊接残余应力超声无损检测工作前的准备和检测实施。

7)检测结果与评估

包括：对被检焊接构件在不同约束状态情况下检测的应力值

进行解释说明。

8)控制报告

规定了对检测记录、检测报告的基本要素的要求。

五、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济

论证，预期的经济效果等

（1）测试环境：

室温下。

（2）测试步骤：

1.应力系数标定

①将超声波检测仪器探头稳固耦合在零应力试块的标

定区域内的某一点，按GB/T228.1规定的方法，在常温环境

（22±2）℃下，对零应力试块进行拉伸实验：对试块施加

一个恒定的力，程序控制或者手动控制拉力维持在稳定值。

在材料弹性范围内，记录检测仪器的声时差和拉伸实验设

备输出的拉应力变化。∆�

②测完一点后，重∆�新换一点重复以上步骤进行测量。其

中测量点不少于6点，重复拉伸次数不少于3次，取平均值，

绘制出拉伸应力值与声时差的坐标图。对数据线进行线性拟

合，得到的直线斜率的倒数即为应力系数K。

2.检定过程

①将标定的应力系数输入到被检定的仪器中；

②将被检定的残余应力超声无损检测仪的探头稳固耦

合在拉伸试块的采样区域内，按GB/T228.1规定的方法，在

室温环境下，对零应力试块进行拉伸实验，如图2所示。

③在仪器的测量范围内，利用拉伸机进行拉伸试验，在

零应力拉伸试块的弹性范围内均匀选区一些点（大于6点），

拉伸机加载应力到达每一点数值时保持应力稳定30秒后再

开始检测，然后记录拉伸机的拉力数值，将拉力数值除以拉

伸试样标定区域的横截面积，记得到基准应力数值，同时，

记录被检定应力检测仪器检测到的应力值读数；每�0一测量

点重复拉伸次数不少于3次。�

图1残余应力超声检测仪校准原理示意图

图2残余应力超声检测仪校准现场

（3）校准结果

序号拉伸机拉力值（MPa）检测残余应力值（MPa）示值误差（MPa）

1100�09595��95-5��-�5-5

校准结果2130124124127-6-6-3

3160160160160000

4190190190193003

5220223223223333

6280259259259999

731029128829111811

由校准结果可知，max15MPa，或max±

0.1maxMPa，检测精度��15M≤Pa±、灵敏度�1�5MP≤a，检测范

围为�-σs~+σs（σs为≤材±料屈服强度），≤符±合校准对检测仪

器的性能要求。

六、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准

的关系

无。

七、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据

该标准的编制过程中，无重大分歧意见。

八、标准水平建议，预期的社会经济效果。

目前，国内外焊接残余应力超声无损检测的应用正在发

展，但尚无任何标准和规范，没有相关的国内外标准可供借

鉴，为进一步规范残余应力超声临界折射纵波无损检测的广

泛应用，提供相关检测技术的指导，特制定本标准。

目前北京理工大学在国际上领先此项技术研究，自主研

发的焊接残