一、工作簡況

1.任務來源

本標準經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高能聲束調

控方法》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

00680-2021，由中國特種設備檢測研究院牽頭承擔《無損檢

測焊接殘余應力高能聲束調控方法》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導致

焊接構件變形、開裂的問題，例如大尺度風洞焊接建造過程

中駐室等重要結構焊縫變形、鋼構大橋連接焊縫應力集中、

大型火箭殼體焊接完成后變形超差等現象，急需對構件在焊

接時產生的殘余應力進行調控消減，利用高能超聲波通過接

觸方式進入焊接材料內部，可以實現無損地消減和均化焊接

構件表面及內部的殘余應力。隨著工業與基建的發展，對于

焊接構件開裂與變形控制需求越加迫切，非常有必要制定該

標準規范焊接殘余應力高能聲束調控方法。

該方法屬于創新研究和技術，目前還沒有相關的國內外

標準規范高能聲束調控焊接殘余應力方法的使用過程。該標

準將用于所有領域的焊接殘余應力調控與均化，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高能聲束調控方法》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，為保證后續標準的規范性，針

對《無損檢測焊接殘余應力高能聲束調控方法》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、上汽大眾

汽車有限公司。

工作組成員包括：徐春廣、尹鵬、張文君、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、李德志。

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

本標準為旨在規范本領域內各標準的制修訂和發布。

2.制修訂標準的原則

（1）制修訂標準的依據或理由

依據中國材料與試驗團體標準制修訂管理細則、中關村

材料試驗聯盟團體標準管理辦法（試行）制定本標準，規范

本領域內各標準的制修訂和發布。

（2）制修訂標準的原則

本標準編制遵循經濟社會發展需求原則、技術先進和經

濟合理原則、適應貿易全球化需求原則、維護公眾利益原則、

協商一致原則、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

本標準規定了通過直接接觸的方式，使用具有一定方向

性的高能聲束（固體中的彈性波束）對焊接材料表面和內部

的殘余應力進行控制的原理、系統要求、試驗裝置、試驗程

序、結果評定和試驗報告。

本標準的主要內容及相關說明如下：

1）范圍

本文件規定了通過高能超聲激勵器與焊接構件直接貼

合的方式，在焊接過程中或者焊接完成后，使用具有一定能

量和方向性的聲束（固體中的彈性波束）對焊接構件表面和

內部的殘余應力進行控制的方法。

本文件適用于透聲的金屬材料焊接殘余應力的消減和

均化，以及透聲的金屬材料在焊接過程中產生的應力的消減

和均化。其它透聲材料焊接構件表面和內部殘余應力的控制

也可參照采用。

2）規范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規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。

3）術語和定義

包括、聲束控制、激勵器、激勵器夾持工裝、激勵頭、

耦合劑。

4）人員要求

殘余應力超聲消減的操作及消減效果檢驗人員應符合

相關規定。殘余應力超聲消減設備維護和操作人員應經專業

培訓，取得操作資格證（上崗證）方可接觸殘余應力超聲消

減設備。

5）原理

包括：基本原理、調控方式。

6）儀器和設備

包括：系統構成、超聲信號發生器、功率放大器、超聲

激勵器、夾持與固定裝置、激勵器頭的材料和結構、耦合劑。

7）工作流程

包括：工作前的準備和應力調控。

工作前的準備包括被消減工件的處理，選擇換能器及位

置要求，應力消減系統的連接要求；應力調控包括高能聲束

消減參數設定要求，超聲頻率、功率和消減時間設定要求，

工作狀態調控要求，調控結束要求。

8）高能聲束調控效果評估

包括評價方法及評判標準。

9）調控報告

規定了對調控記錄、調控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、技術經濟

論證，預期的經濟效果等

實驗目的：Q345R材料焊接殘余應力消除驗證

實驗方案：

焊接完成后，將調控裝置的工裝與激勵器放置于“T”

型焊縫附近表面區域，對激勵器進行固定約束，然后按照一

定的間隔均勻布置高能聲束激勵器，如圖1所示。調控流程

如圖2所示，調控完成后，利用殘余應力超聲檢測儀進行應

力檢測。

圖1“T”型焊縫殘余應力調控現場

圖2殘余應力消減流程框圖

實驗結果：

在焊接完成后和高能聲束調控后，對焊縫上下兩側區域

的應力檢測，應力曲線分布圖如下圖3所示，檢測應力均為

拉應力。

焊接后，焊縫上下兩側應力值分布在70-110MPa，其中

上側最小應力值為72Mpa，下側最小應力值為79MPa。

高能聲束調控后，焊縫上下兩側應力值均分布在

60-78MPa，其中上側最小應力值均為63Mpa，下側最小應力

值均為61Mpa。應力值顯示焊縫上下兩側均沒有超過0.3σS

（94.5MPa）的點位。

圖3高能聲束調控前后應力分布對比圖

以“T”型焊縫為研究對象，利用高能聲束調控方法調

控焊縫的焊接應力，基于高能聲束調控方法的“T”型焊縫，

其焊接平均應力消減率達到28.329%，基于高能聲束調控方

法的“T”型焊縫的平均應力均化率分別為39.61%.

六、與有關的現行的方針、政策、法律、法規和強制性標準

的關系

無。

七、對征求意見及重大分歧意見的處理經過和依據

該標準的編制過程中，無重大分歧意見。

八、標準水平建議，預期的社會經濟效果。

目前，國內外焊接殘余應力高能聲束調控方法的應用正

在發展，但尚無任何標準和規范，沒有相關的國內外標準可

供借鑒，為進一步規范焊接殘余應力高能聲束調控方法的廣

泛應用，提供相關調控技術的指導，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

發的焊接殘余應力高能聲束調控系統已經逐步在各行業和

領域得到廣泛應用，隨著焊接工藝與裝備的發展，焊接殘余

應力調控的迫切需求在與日