《无损检测 焊接残余应力高能声束调控方法-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高能声束调

控方法》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

00680-2021，由中国特种设备检测研究院牵头承担《无损检

测焊接残余应力高能声束调控方法》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导致

焊接构件变形、开裂的问题，例如大尺度风洞焊接建造过程

中驻室等重要结构焊缝变形、钢构大桥连接焊缝应力集中、

大型火箭壳体焊接完成后变形超差等现象，急需对构件在焊

接时产生的残余应力进行调控消减，利用高能超声波通过接

触方式进入焊接材料内部，可以实现无损地消减和均化焊接

构件表面及内部的残余应力。随着工业与基建的发展，对于

焊接构件开裂与变形控制需求越加迫切，非常有必要制定该

标准规范焊接残余应力高能声束调控方法。

该方法属于创新研究和技术，目前还没有相关的国内外

标准规范高能声束调控焊接残余应力方法的使用过程。该标

准将用于所有领域的焊接残余应力调控与均化，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高能声束调控方法》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高能声束调控方法》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、上汽大众

汽车有限公司。

工作组成员包括：徐春广、尹鹏、张文君、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、李德志。

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

本标准规定了通过直接接触的方式，使用具有一定方向

性的高能声束（固体中的弹性波束）对焊接材料表面和内部

的残余应力进行控制的原理、系统要求、试验装置、试验程

序、结果评定和试验报告。

本标准的主要内容及相关说明如下：

1）范围

本文件规定了通过高能超声激励器与焊接构件直接贴

合的方式，在焊接过程中或者焊接完成后，使用具有一定能

量和方向性的声束（固体中的弹性波束）对焊接构件表面和

内部的残余应力进行控制的方法。

本文件适用于透声的金属材料焊接残余应力的消减和

均化，以及透声的金属材料在焊接过程中产生的应力的消减

和均化。其它透声材料焊接构件表面和内部残余应力的控制

也可参照采用。

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。

3）术语和定义

包括、声束控制、激励器、激励器夹持工装、激励头、

耦合剂。

4）人员要求

残余应力超声消减的操作及消减效果检验人员应符合

相关规定。残余应力超声消减设备维护和操作人员应经专业

培训，取得操作资格证（上岗证）方可接触残余应力超声消

减设备。

5）原理

包括：基本原理、调控方式。

6）仪器和设备

包括：系统构成、超声信号发生器、功率放大器、超声

激励器、夹持与固定装置、激励器头的材料和结构、耦合剂。

7）工作流程

包括：工作前的准备和应力调控。

工作前的准备包括被消减工件的处理，选择换能器及位

置要求，应力消减系统的连接要求；应力调控包括高能声束

消减参数设定要求，超声频率、功率和消减时间设定要求，

工作状态调控要求，调控结束要求。

8）高能声束调控效果评估

包括评价方法及评判标准。

9）调控报告

规定了对调控记录、调控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

实验目的：Q345R材料焊接残余应力消除验证

实验方案：

焊接完成后，将调控装置的工装与激励器放置于“T”

型焊缝附近表面区域，对激励器进行固定约束，然后按照一

定的间隔均匀布置高能声束激励器，如图1所示。调控流程

如图2所示，调控完成后，利用残余应力超声检测仪进行应

力检测。

图1“T”型焊缝残余应力调控现场

图2残余应力消减流程框图

实验结果：

在焊接完成后和高能声束调控后，对焊缝上下两侧区域

的应力检测，应力曲线分布图如下图3所示，检测应力均为

拉应力。

焊接后，焊缝上下两侧应力值分布在70-110MPa，其中

上侧最小应力值为72Mpa，下侧最小应力值为79MPa。

高能声束调控后，焊缝上下两侧应力值均分布在

60-78MPa，其中上侧最小应力值均为63Mpa，下侧最小应力

值均为61Mpa。应力值显示焊缝上下两侧均没有超过0.3σS

（94.5MPa）的点位。

图3高能声束调控前后应力分布对比图

以“T”型焊缝为研究对象，利用高能声束调控方法调

控焊缝的焊接应力，基于高能声束调控方法的“T”型焊缝，

其焊接平均应力消减率达到28.329%，基于高能声束调控方

法的“T”型焊缝的平均应力均化率分别为39.61%.

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高能声束调控方法的应用正

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，为进一步规范焊接残余应力高能声束调控方法的广

泛应用，提供相关调控技术的指导，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

发的焊接残余应力高能声束调控系统已经逐步在各行业和

领域得到广泛应用，随着焊接工艺与装备的发展，焊接残余

应力调控的迫切需求在与日