焊接残余应力无损检测技术
焊接残余应力的测定 学生用 2009
实验二焊接残余应力的测定第一部分盲孔法测定焊接残余应力1. 实验目的（1）掌握盲孔法测定焊接接头中的焊接残余应力的方法；（2）加深对平板对接接头中焊接残余应力分布规律性的认识。
2. 实验装置及材料（1）盲孔法应力测定钻孔装（ZDL—II）1套；（2）数字式电阻应变仪（WS-3811）1台；（4）数字万用表1个；（5）焊板16Mn 500mm×260mm×8mm 2块；（6）应变花纸基TJ120—1.5—φ 1.5 9片；（7）钻头φ 1.5mm 1根；（8）100#砂布、丙酮、502胶水、直尺、划针、导线、锡焊工具等。
3. 实验原理工件经焊接加工后，其内部存在着残余应力场。
在应力场内任意处钻一个一定直径和深度的盲孔后，随该处金属的去除，其中的残余应力即被释放，应力场原有的平衡亦受到破坏，这时盲孔周围的应力将重新分布，应力场达到新的平衡。
盲孔周围的应变，其大小与被释放的应力是相对应的。
测出这种应变，根据弹性力学理论便可推算出盲孔处的内应力。
如果钻孔前应变片粘贴在孔的周围如图6-4所示，钻孔后应变片即可感受到释放应变。
测出钻孔前、后各应变片的应变值，便可按下式算出主应力σ1、σ2及纵向应力σX的大小及主应力的方向γ。
图6-4 盲孔法测内应力布片示意图（公式）式中A、B为应变释放系数，需进行标定实验来确定其数值。
用盲孔法测焊接残余应力时，A、B的值与孔径、孔深、孔与孔的相对位置、应变片尺寸以及被焊材料种类等有关。
经标定，本实验的A、B值为：（A、B值）4. 实验内容及步骤（1）实验准备①用砂布打磨试板上待测部位表面，然后用丙酮除去试板表面油污。
②对待用的应变片进行外观检查；用数字万用表测量其阻值，要求每片应变花上的三个应变片的阻值差≤± 0.1Ω。
③按图6-5用划针划线，定出钻孔和贴片的位置。
图6-5 钻孔位置图④将应变片待贴面用除油污，再滴上少许502胶水，涂匀，稍晾片刻后将应变片贴于试件待测点位置。
航天结构件焊接残余应力的无损检测方法
科 技 前 沿
航天结构件焊接残余应力的无损检测方法
田 超
喃
李学敏
龚
习
（ 天津 航 天长征 火箭 制造 有 限公 司 ，天津 市 ３ ０ ０ ４ ６ ２ ）
要】 焊接残余应力严重影响结构件制造过程和使用性能，引起了设计者和操作者的高度重视。本文选取了三种对工件无损伤的焊接残余
应力检测方法——． ｘ射 线衍射法、磁 ｝ 生 法和超声法，分别介绍了它们 的基本原理 ，并对它们在测量特 ｝ 生 、适用范围、生产成本和效率上的特
点 进行 了 比较 。
瘩 枣 词 焊接残余应力 ； Ｘ射线衍射法 ； 磁ｊ 生 法； 超声法
１ 焊接残余应力的检测方法 焊接残余 应力的检 测方法可分为机械测定法和 物理测定 法。机械 用 Ｘ射线 以不 同角度入射被测工件表面 ，可以测出不同方向的应 力值。Ｘ 射线衍射法的数学理论严谨 ， 测试速度快且可 以反复测试 ，对
２ Ｏ — 射角
— —
△ ——导 磁率的变化量 ：
—
—
材料有应力时减小的导磁率
朝 始磁致伸缩 系数 ， 材 料无应力状态时的导磁率
应 力。
—
被 测表面法线与衍射 晶面法线间的夹角：
—
—
％ ——入射 Ｘ射线与被测表面法线的夹角。
焊接温度场及残余应力测量方法总结
焊接温度场及残余应力测量方法总结一、焊接温度场测量方法多年来，基于物体的某些物理化学性质（例如，物体的几何尺寸、颜色、电导率、热电势和辐射强度等）与温度的关系，开发了形式多样的温度测量方法和装置，综合温度测量的现状，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。
1、接触式测温方法接触式测温方法的感温原件直接置于被测温度场或介质中，不受到黑度、热物理性参数等性质的影响，具有测温精度高、使用方便等优点。
但是对于瞬态脉动特性的对象，接触式测温方法难以作为真正的温度场测量手段。
主要是由于接触法得到的是某个局部位置的信号，如果要得到整个温度场的信号，必须在温度空间内进行合理的布点，才可以根据相应的方法（如插值法等）获得对温度场的近似。
常用的接触式测温方法有，电偶测温法。
热电偶是用两种不同的导体（或者半导体）组成的闭合回路，两端接点分别处于不同温度环境中，与当地达成热平衡时会产生热电势，标定后可用来测量温度。
理想的热电偶测温方法,是将参比端E,再查分度表反置于0℃的恒温槽中,通过测量2个不同导体A和B的热电动势ab求出被测温度t。
由于让参比端保持0℃有时比较困难,实际应用中常常需要参比端恒温处理或温度补偿。
热电偶测温法有几个优点:精度比较高,因为热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响；测量范围大,通常可在-50~1600℃范围内连续测量；结构简单,使用方便。
但是,热电偶测温法也有一定的缺点:每次测量的点数有限(最多几个点),难以反映整个焊接温度场的情况;此外,金属的电阻和熔池中液体的流动会阻碍热传导,从而给热电偶的测量带来一定的误差。
2、非接触式测温法非接触测温法分为两大类：一类是通过测量介质的热力学性质参数，求解温度场（如声学法);另一类是通过高温介质的辐射特性，通过光学法来测量温度场。
非接触式测温方法由于测温元件不与被测介质接触，不会破坏被测介质的温度场和流场；同时，感温元件传热惯性很小，因此可用于测量不稳定热力过程的温度。
残余应力的测试标准
残余应力的测试标准残余应力是指在物体内部或表面存在的一种应力状态，它是在物体内部或表面上由于加工、焊接、热处理等工艺过程中产生的应力。
残余应力的存在会对材料的性能和使用寿命产生一定的影响，因此对残余应力进行测试是非常重要的。
下面将介绍残余应力的测试标准及相关内容。
1. 测试方法。
残余应力的测试方法有很多种，常见的包括X射线衍射法、光栅法、中子衍射法、电子衍射法等。
其中，X射线衍射法是应用最为广泛的一种方法。
通过X射线衍射仪器可以测定材料内部的应力状态，得到残余应力的大小和分布情况。
2. 测试标准。
在进行残余应力测试时，需要遵循一定的测试标准，以保证测试结果的准确性和可靠性。
国际上常用的残余应力测试标准有ASTM E837-13、ISO 2360:2003、GB/T 2970-2016等。
这些标准对于测试方法、设备精度、样品制备、测试程序、数据处理等方面都有详细的规定，使用者可以根据实际情况选择合适的标准进行测试。
3. 测试样品。
在进行残余应力测试时，选择合适的测试样品对于测试结果的准确性至关重要。
通常情况下，可以选择金属材料、焊接接头、热处理件等作为测试样品。
对于不同材料和工艺的测试样品，需要根据标准要求进行制备和处理，以保证测试的有效性。
4. 测试结果。
残余应力测试的结果通常以应力大小和分布图形式呈现。
通过对测试结果的分析，可以了解材料内部或表面的应力状态，为进一步的工艺改进和材料设计提供参考依据。
同时，测试结果也可以用于评估材料的质量和可靠性，对于产品的使用和维护具有重要意义。
5. 应用领域。
残余应力测试在航空航天、汽车制造、电子设备、建筑结构等领域都有着广泛的应用。
通过对材料残余应力的测试，可以有效地预防材料的疲劳破坏、断裂和变形，提高产品的使用寿命和安全性，对于保障工程质量和产品质量具有重要意义。
6. 结语。
残余应力的测试标准对于保证测试结果的准确性和可靠性至关重要。
通过遵循相关的测试标准和方法，可以得到准确的残余应力测试结果，为材料的设计和工艺改进提供科学依据。
钢结构焊接残余应力的X射线衍射法定量测试
钢结构焊接残余应力的X射线衍射法定量测试焊接残余应力在钢结构中是普遍存在的，为了保证结构的安全使用，需要对焊接接头的残余应力进行定量测试，X射线衍射法作为一种无损分析方法可以很好的解决这个问题，但是在测试时需要对X射线衍射法进行可靠性分析，以及表面处理的程序进行标准化。
标签：钢结构；残余应力；X射线衍射法；定量测试钢结构的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜，而焊接作为钢结构之间的一种连接方法得到广泛运用。
但是，焊件在焊接过程中由于热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限，以致冷却后焊件中留有未能消除的应力，这种焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力[1]。
焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
残余应力将影响到腐蚀、开裂、疲劳强度等力学性能，同时也会对材料的物理机械性能产生巨大影响，对结构的强度造成很大危害，历史上许多灾难性破坏事故大多是由结构中的残余应力引起。
残余应力的测量技术发展至今可分为机械释放测量法和非破坏无损伤测量法两种。
机械释放测量法主要包括钻孔法、分割切条法释放法、逐层铣削法等；非破坏性方法，包括X射线衍射法、中子衍射法、磁性法等[2-8]。
综合比较来说，X射线衍射法最为合适，但是在测试时需要对X射线衍射法进行可靠性分析，以及表面处理的程序进行标准化。
1 X射线衍射法定量测试可靠性分析X射线应力测试仪（XRSA）是X射线衍射法中最为成熟的一种仪器，其定量偏差的校验实验设计如下：应用XRSA、电阻应变片（strain gauge，SG）和应变花（strai n rosette，SR）测量等强度梁连续加载和卸载中的应力变化量，并将两者的测量结果与理论计算值相比较，分析XRSA的定量偏差。
等强度梁的加载重量依次为：0、0.5、1、1.5、2、3、4、5 kg，最大加载量为5 kg。
焊接结构件表面残余应力测试步骤
焊接结构件表面残余应力测试步骤
焊接结构件表面残余应力测试步骤：
（1）将试件表面贴片部位用细砂纸打磨去除氧化层，打磨方向与应变片丝栅方向成45°
左右；然后用脱脂棉蘸丙醇将贴片部位擦洗干净，并将应变片粘贴面擦洗干净。
图 5.4 焊接结构件残余应力测试
（2）粘贴剂选用：短期一次性试验采用快干胶（502胶水）粘贴。
（3）贴片时在应变片上面盖一张聚乙烯薄膜，用手指均匀地滚压，将多余的粘贴剂和
气泡挤出，使胶层均匀无气泡，位置准确。
（4）贴片时相对湿度不超过65%。
（5）将应变片0°、45°、90°各方向的两根出线分别用电缆与检测仪测量接口（A1、
A2）、（B1、B2）、（C1、C2）连接好，应变片出线一端用烙铁（≤35W）焊接。
（6）按下电源开关，仪器预热30min。
（7）通过键盘切换查看ε1，ε2和ε3的显示数值，待其稳定后清零进入检测状态。
（8）在测量片中心的相应位置上钻盲孔后等待3min，待数值稳定后进行测量值和计算
值的显示和打印。
（9）切断电源，接好线后重复上述步骤，测量其他点。
焊缝及其附近区域的表面残余应力变化较大，为了能够反映熔合线附近的残余应力
分布情况，在环焊缝附近和T型材腹板与贯穿件焊缝附近分别按照图（a）和（b）所
示选择测量点。
由于各测量点间距较小，应变片不能排列在同一条直线上，并且焊接结
构件沿环焊缝圆周方向基本上呈对称分布，因此测量点沿圆周方向分散对称选取。
小孔法测量焊接残余应力
3.3.1焊接残余应力测试方法焊接残余应力的测量始于20世纪30年代，至今已研究出数十种测量方法[47]，可分为两大类，一类是机械测量法，例如小孔法、分割全释放法等，另一类是物理测量法，例如X 射线衍射法、超声波法等[48]。
机械测量法是将构件的一小部分从整体中分离或切割出来使应力释放，采用仪器测量出释放的应变大小，然后通过应力应变公式计算出焊接残余应力，其特点是对构件有一定的损伤；物理测量法虽然对被测构件无损害，但成本较高。
其中小孔法和X 射线衍射法是使用较多的，尤其以小孔法最多。
小孔法是J.Mather 于1934年提出的，该方法操作相对简单，测试成本较低，对构件破坏程度小，可测量各种金属和非金属材料的残余应力，但是盲孔法测量精度受许多因素的影响，例如孔边塑性变形、钻削附加应变、孔位偏移、孔径和孔深误差、应变片粘贴质量及灵敏度误差等，另外采用小孔法测量高残余应力时，应力集中会造成孔边屈服而产生的塑性变形，这会造成很大的测量误差。
3.3.2小孔法测量焊接残余应力原理如图3.8所示为测试点O 附近的应力状态，σ1和σ2为O 点的残余主应力。
在离O 点距离为r 的P 点处，σr 和σt 分别表示钻孔释放的径向应力和切向应力，φ为σr 和σ1的夹角[49]。
aσ1σ2r φOPσrσt图3.8 测试点O 附近的应力状态 Fig.3.8 The stress state near test point O根据弹性力学原理可得P 点的原有残余应力和与残余主应力σ1和σ2的关系为：'1212'1212cos 222cos 222r tσσσσσϕσσσσσϕ+-⎧=+⎪⎪⎨+-⎪=-⎪⎩ （3.1） 在测试点O 处钻一个半径为a 的小孔释放应力，由弹性力学可知，钻孔后的应力和分别为：242''121224224''12122434(1)(1)cos 2223(1)(1)cos 222r t a a a r r ra a r r σσσσσϕσσσσσϕ⎧+-=-++-⎪⎪⎨+-⎪=+-+⎪⎩ （3.2） 钻孔后，P 点应力释放量和为：''''''r r rt t tσσσσσσ⎧=-⎪⎨=-⎪⎩ （3.3） 将式（3.1）、式（3.2）代入式（3.3）中得：24212122422412122432()()()cos 2223()()cos 222r t a a a r r ra a r r σσσσσϕσσσσσϕ⎧=-++--⎪⎪⎨⎪=+--⎪⎩ （3.4） 同时，测试点O 钻完孔后，P 点应变片测量的释放应变εr 为：1)r r t Eεσμσ=-（ （3.5）径向应变εr 与残余主应力σ1和σ2的关系为：24212122421132()(1)()cos 222r a a a E r E r r μεσσμσσϕ⎡⎤+=-⨯++--⨯-⎢⎥⎣⎦ （3.6）但因应变片长度l =r 2-r 1，所测应变εr 为l 内的平均值，即：21211r rmr r dr r r εε=-⎰ （3.7） 将式（3.6）代入式（3.7）中积分可得：1212()()cos2rm A B εσσσσϕ=++- （3.8）其中：2122222112222121212(1)()214a A E r r a r r r r a B Er r r r μμ+=-⨯⎡⎤+++=-⎢⎥⎣⎦（3.9） 式中，r 1=1.75mm ，r 2=3.25mm ，a =0.75，泊松比μ＝0.3，弹性模量E ＝212Gpa 。
焊接残余应力的测定
焊接残余应力的测定
目前，测定焊接残余应力的方法主要可归结为两类，即机械方法和物理方法。
1．机械方法
利用机械加工将试件切开或切去一部分，测定由此而释放的弹性应变来推算构件中原有的残余应力。
包括切条法、钻孔法和套孔法。
2．物理方法
是非破坏性测定焊接残余应力的方法，常用的有磁性法、超声波法和X射线衍射法。
（1）磁性法是利用铁磁材料在磁场中磁化后的磁致伸缩效应来测量残余应力的。
（2）X射线衍射法是根据测定金属晶体晶格常数在应力的作用下发生变化来测定残余应力的无损测量方法。
（3）超声波法是根据超声波在有应力的试件和无应力的试件中传播速度的变化来测定残余应力的。
无损焊接残余应力 x射线
无损焊接残余应力 x射线一、无损焊接残余应力的介绍无损焊接残余应力是指焊接过程中由于热影响造成的焊接接头附近产生的应力。
焊接过程中，电弧或火焰的高温加热使得被焊接的材料局部膨胀，而冷却后又会产生收缩，导致焊接接头附近产生残余应力。
焊接过程中的残余应力对于焊接接头和焊接件的性能和寿命有着重要的影响。
首先，焊接残余应力会导致焊接接头的变形，使得焊接接头处于不稳定状态，容易产生裂纹和断裂。
其次，焊接残余应力也会影响焊接接头的力学性能，降低焊接接头的承载能力和抗疲劳性能。
最后，焊接残余应力还会影响焊接接头和焊接件的耐腐蚀性能，加速材料的腐蚀和氧化。
二、无损焊接残余应力的测试方法为了有效评估焊接件的残余应力，可以采用多种无损测试方法，其中最常用的是X射线方法。
X射线是一种电磁辐射，其波长较短，能够穿透物质并在后方产生相对强度较高的影像。
通过X射线检测，可以观察到物体内部的缺陷、残余应力等信息。
在焊接残余应力的测试中，常用的X射线测试方法有普通射线法和应力分析法。
1.普通射线法：通过拍摄焊接件的普通X射线照片，利用像差或位移等现象来分析焊接接头的残余应力。
该方法简便，但只能获得定性的结果，对残余应力的大小和分布不能进行准确的定量分析。
2.应力分析法：该方法是通过测量残余应力造成的晶体晶格畸变来评估焊接接头的残余应力。
该方法相对于普通射线法来说，可以获得较为准确的残余应力大小和分布图，但需要对测试结果进行一定的处理和分析。
三、利用X射线检测焊接残余应力的应用1.评估焊接件质量：通过X射线检测焊接件的残余应力，可以评估焊接接头的质量，并及时采取相应措施改善焊接工艺，避免焊接接头的断裂和故障。
2.优化焊接工艺：通过对焊接接头进行X射线检测，可以了解焊接接头的残余应力分布情况，进而优化焊接工艺，降低焊接接头的残余应力，提高焊接接头的性能和寿命。
3.预防裂纹和断裂：焊接接头的残余应力往往是导致裂纹和断裂的主要原因之一。
金属焊接残余应力在线监测与控制
金属焊接残余应力在线监测与控制研究背景金属焊接是一种常见而重要的连接工艺，广泛应用于航空、汽车、船舶等各个领域。
然而，在焊接过程中产生的残余应力可能会导致零部件的塑性变形、裂纹的产生以及可靠性降低等问题，严重影响了焊接接头的质量和使用寿命。
因此，实时监测和控制焊接残余应力是一项至关重要的任务。
1. 残余应力的产生原因金属焊接过程中，由于焊接区域的快速加热和冷却，会引起金属的膨胀和收缩，使得焊接接头内部存在着残余应力。
主要产生残余应力的原因有热应力、相变引起的体积变化、焊接接头的形状约束等。
2. 残余应力的评估方法为了准确评估焊接接头中的残余应力，科学家们发展了多种监测技术和评估方法。
常用的方法包括X射线衍射、应力传感器、光弹法等。
其中，X射线衍射技术是一种无损检测方法，能够测量焊接接头中的残余应力分布情况。
3. 残余应力在线监测技术为了实现金属焊接残余应力的在线监测，科学家们提出了各种先进的技术。
其中，应变传感器网络技术是一种常见的方法。
该技术通过将多个传感器布置在焊接接头附近，实时采集焊接过程中产生的应变信息，并通过无线传输技术将数据传输到监测系统中进行分析和处理。
4. 残余应力的控制方法除了监测残余应力，控制焊接残余应力的方法也是至关重要的。
通常采用的方法有预设应变、局部焊接、后热处理等。
其中，预设应变是一种通过在焊接接头前置阶段施加应变来预调焊接接头内部应力分布的方法。
5. 残余应力在线监测与控制的价值和前景通过金属焊接残余应力的在线监测和控制，可以有效降低焊接接头的失效风险，提高零部件的可靠性和使用寿命。
此外，随着智能制造和工业互联网的发展，将残余应力在线监测技术与云计算、大数据分析相结合，可以实现对焊接接头整个生命周期的可追溯性和可预测性，进一步提高焊接质量和生产效率。
结论金属焊接残余应力在线监测与控制是一个具有重要意义的研究领域。
通过合理选择监测技术和控制方法，可以有效降低焊接接头的失效风险，提高焊接质量和可靠性。
一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法技
一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法技Measuring residual stresses in the inner wall welding of a circular tube can be a challenging task. Residual stresses are essentially internal stresses that remain in a material even after the original cause of the stress has been removed. These stresses can have a significant impact on the mechanical behavior and performance of the welded component, and it is therefore important to have reliable methods for their measurement.测量圆管内壁焊接残余应力是一项具有挑战性的任务。
残余应力本质上是指材料中即使在原始应力的原因被消除后仍存在的内部应力。
这些应力对焊接构件的机械行为和性能有重大影响，因此有可靠的测量方法至关重要。
One common method for measuring residual stresses in welded components is the hole-drilling strain-gage method. This method involves drilling a small hole into the material near the weld, and then measuring the deformation of the material around the hole using strain gages. From this deformation, the residual stresses in the material can be calculated, providing valuable information about the state of the weld.测量焊接构件中残余应力的一种常见方法是孔钻应变片法。
焊接残余应力的测定
（三）焊接变形的基本形式（四）应力测量原理焊接残余应力的测定方法，按其原理可分为应力释放法，x射线法与磁性法等.其中以应力释放法应用较为普遍.而应力释放法又...：焊接残余应力的测定实验目的：1学习采用应力释放法测量焊接残余应力的原理，初步掌握测定接头中焊接残余应力的操作技能；2、加深对于焊接接头中焊接残余应力分布规律性的理解；3、了解焊接法对于残余应力的峰值及分布的影响。
实验原理:（一）钢板中间加热温度达塑性变形温度范围弹塑性炙形加热厘度虚室也隻形葩S!內菊遑旻拉应力中间凳压应力的妾际伸长（二）钢板中间加热温度在弹性变形温度范围弹更性麦形加榆谨度在更柱麦刑临禹内弹塑性支形加热爼皮扈更性支形范禹由暉性变形禅性吏形如热锻度盛弹桂龙形范囲内弾桂仲氐炽热显曼虚弹性复形葩S!内两直炎ik血力中同受圧应力驗娈际伸收（三）焊接变形的基本形式波浪变形弯曲变形波浪变形弯曲变形焊接残余应力的测定方法，按其原理可分为应力释放法，x射线法与磁性法等。
其中以应力释放法应用较为普遍。
而应力释放法又可分为小孔法（盲孔法）、套孔法与梳状切条法，其中又以小孔法对于接头的破坏性最小。
本实验采用小孔法测定在钢板上敷焊后的焊接残余应力。
下图表示一块钻有小孔的钢板，在钢板的应力场中钻出一个小孔(盲孔)以后，应力场原来的平衡状态将受到破坏，使小孔周围的应力分布发生改变，应力场产生新的平衡。
若测得钻孔前后小孔附近应变量的差值，就可以根据弹性力学理论推算出小孔处的内应力。
为了测得这种应变量的变化，在离小孔中心一定部位处贴上应变片，且诸应变片间保持一定角度。
分别测出钻孔前后各应变片的应变值。
便可按下式算出主应力的大小和方向。
其中:2或彳应2(1 +円亠斥+代尸二+尸2：苻 ~~r r- 2mm r 2= 4 mm R二1 ・ 5 mm分别为钉J拙方向应变量建值：H为梢松I；匕职0.25 ；E为材料鹅性模量取210 X 10 9 Pa实验器材:1交流电焊机：用于钢板的敷焊2 yj-22型静态电阻应变测量处理仪yj-22 型静态电阻应变测量处理仪是一种带有8 0 3 9单片微处理机的应变仪，配合yj-22 型转换箱可进行自动测量。
残余应力及检测方法
残余应力及检测方法一、残余应力简介及检测方法对比众所周知，工件在制造过程中，会受到各种因素的作用与影响。
当这些因素消失之后，若构件所受到的作用与影响不能完全消失，则会有部分作用与影响残留在构件内，这种残留的作用与影响，称作残余应力。
残余应力对工件有着很大的伤害，会使工件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
针对这一问题，在现在的科技环境下，产生了几种检测应力的方法，这几种方法都存在各自的优缺点，对比图如下：现阶段行业内主要使用以下几种方法检测残余应力：（1）盲孔法盲孔法的优点在于有较好精度，而缺点也比较明显，即检测过程中需要损坏材料的结构。
（2）X射线衍射法X射线衍射法经过了市场的检验，优点是技术较为成熟且稳定，缺点是检测仪器比较笨重，操作耗时且伴随着辐射。
（3）超声波应力检测法超声波应力检测法的优点在于操作简便、快速、不损伤材料，也不会对检测人员造成伤害。
而它的缺点就在于这是一项新的技术，虽然经过多家大型实验室的测验，但是市场检验度还不够高。
综合来看，超声波应力检测技术具有很大的现场适用性，下文对该技术进行详细介绍。
二、超声波应力检测技术1、超声波应力测试仪近些年国内超声波应力检测技术的研究进展较快，下图展示为我公司自主研发的一台超声波应力测试设备及配套软件，它是一款工业级高精度超声波应力测量设备，通过软件实现信号的激发和采集，根据声弹性理论进行残余应力的计算，可无损测定被测对象积聚的应力。
超声波应力测试设备（采集模块）超声波应力测试信号处理系统（显示操作模块）该设备符合国标GB/T 32073-2015《无损检测残余应力超声临界折射纵波检测方法》的要求，具备频率设置、滤波、超声激励、残余应力值计算等基本功能。
以下为该设备具有的优势和特点：•可同时测量应力、声时、壁厚、声速，实时显示超声波形，具有一定探伤功能；•配备高频数据采集卡，对上万次测量结果进行算法优化，测量结果更准确；•集成了温度传感器，通过温度补偿消除温度对检测结果的影响；•采集模块分体式设计，易于拆装，可无线连接显示操作模块，移动性强，易于现场使用；•设备可搭载锂电池独立供电，有效地解决了野外现场供电难的问题；•优良的抗干扰能力和可靠性，拥有出色的信噪比。
无损检测残余应力电磁检测
无损检测残余应力电磁检测1 范围本标准规定了铁磁性材料表面残余应力的电磁检测的技术和方法。
本标准适用于制造、安装、使用过程中的铁磁性材料（例如焊缝、热影响区、母材）及其各种形式的结构件。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是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/T 12604.5 无损检测术语磁粉检测GB/T 20737 无损检测通用术语和定义3 术语和定义GB/T 12604.5和GB/T 20737界定的术语和定义适用于本文件。
4 人员要求按本标准进行检测的人员应经过专业培训。
5 检测前的准备在进行检测前，需要通过资料审查和现场实地考察获取一些基本信息，至少应包括如下的要素：a)检测人员的要求；b)检测计划；c)检测仪器设备；d)仪器状态；e)信号记录；f)记录表格和报告格式；g)母材的材料；h)加工工艺；i)其它有助于应力检测的结构信息。
6 检测系统6.1 检测仪器概述检测仪器应得到有资质的第三方测试认证，并获得测试证书，方可使用。
其测试证书内容至少包括：灵敏度、误差、可重复性、连续供电时间和数据存储量等。
检测仪器应具有检测数据存储的功能，且至少满足6.1.2～6.1.4的要求。
灵敏度仪器对应力的灵敏度应大于等于10μA/MPa或者100μV/Mpa。
误差直接测量最大剪应力和主方向角重复误差应分别小于20MPa和7°。
外观要求检测仪器应做到防尘、轻便，便于现场的残余应力检测。
6.2 残余应力检测传感器传感器应小巧，以保证与被测工件的耦合，并要求表面平整度和粗糙度与用于标定的试样基本相同。
6.3 附件探头延伸电缆在保证整个系统功能、灵敏度和误差的情况下，可用延伸电缆连接探头和仪器主机。
数据传输线采用数据传输线连接检测设备和电脑，可将保存的检测数据传输至电脑，便于进行数据分析和评价。
金属焊接残余应力的激光超声无损检测研究
金属焊接残余应力的激光超声无损检测研究一、本文概述随着工业技术的快速发展，金属焊接作为一种重要的连接工艺，广泛应用于航空、航天、船舶、能源等领域。
然而，金属焊接过程中产生的残余应力常常导致构件的变形和失效，严重影响了结构的安全性和使用寿命。
因此，对金属焊接残余应力的无损检测研究具有重要意义。
近年来，激光超声无损检测技术以其非接触、高精度、高灵敏度等优点，在材料缺陷和应力检测领域受到了广泛关注。
本文旨在探讨激光超声无损检测技术在金属焊接残余应力检测中的应用，为相关领域的研究和实践提供借鉴和参考。
本文首先介绍了金属焊接残余应力的形成机制及其对结构性能的影响，阐述了残余应力无损检测的重要性和必要性。
然后，详细介绍了激光超声无损检测技术的原理、特点和发展现状，重点分析了激光超声在金属焊接残余应力检测中的适用性。
接着，通过理论分析和实验研究，探讨了激光超声无损检测技术在金属焊接残余应力检测中的关键问题，包括激光参数的选择、超声信号的提取与处理、应力与超声信号的关系等。
总结了激光超声无损检测技术在金属焊接残余应力检测中的优势和局限性，并展望了其未来的发展方向。
本文的研究不仅有助于深入理解激光超声无损检测技术在金属焊接残余应力检测中的应用，也为该技术的进一步发展和优化提供了有益的参考。
本文的研究成果对于提高金属焊接结构的安全性和可靠性，促进相关领域的科技进步和产业发展具有重要意义。
二、激光超声无损检测技术原理激光超声无损检测技术是一种基于激光与物质相互作用产生的超声波来检测材料内部缺陷的方法。
其基本原理是利用高能激光脉冲照射在金属焊接接头表面，激光能量被材料吸收后迅速转化为热能，导致材料局部区域迅速加热并扩张，产生热弹效应。
这一效应会在材料内部激发出超声波，这些超声波在材料内部传播时会受到材料内部应力、缺陷等因素的影响，从而发生反射、折射和散射等现象。
通过检测这些超声波的传播特性，如振幅、相位、传播速度等参数的变化，可以推断出材料内部的应力分布和缺陷情况。
最新焊接残余应力的测试
焊接残余应力的测试一、实验目的1.了解ASM1.0全自动应力、应变监测记录仪的结构和工作原理。
2.掌握应力释放法的测试原理及操作技术。
二、实验原理焊接残余应力的测量方法，按其原理可分为应力释放法、物性变化法（X 射线法、磁性法）等，应力释放法又可分为小孔法（即盲孔法）、套孔法与梳状切条法（及全释法）。
本实验采用小孔法进行测量。
对板钻小孔可以评价释放的径向应变。
在应力场中去一直径为d 的圆环，并在圆环上粘贴应变片，在圆环的中心处钻一直接为d 0的小孔（图1），由于钻孔使应力的平衡受到破坏，测出孔周围的应力变化，就可以用弹性力学的理论来推算出小孔处的应力。
设应变片中心与圆环中的连线与x 轴的夹角为α，其释放的径向应变r ε和钻孔释放的残余应力之间的关系，可按照带孔无线板的弹性理论，同时承受双轴薄膜应力x σ和y σ（理解为主应力）的条件求解。
()()y x r B A B A σασαεcos cos +++=2021⎪⎭⎫⎝⎛+-=d d E A μ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=402031421d d d d E B μμ图1 小孔法所用的应变花示意图为了完全确定未知的双轴残余应力状态（两个主应力σ1和σ2，以及主应力方向β），必须至少在圆环上的三个不同测量方向评价释放的径向应变r ε（如采用三个应变片组成的应变花）。
常用的应变花布置是︒=0α、︒=45α和︒=90α（对应00ε、45ε和90ε）。
()()20090452009000902,1--2-B41A4εεεεεεεσ+±+=三、实验设备及器材1. ASM1.0全自动应力、应变检测仪 一台2. 残余应力打孔装置 一台3. 焊接铝板 一块4. 应变片、瞬干胶水 若干四、实验方法与步骤1.将待测部位用砂纸磨至表面光亮，用酒精进行清洗，清除待测部位表面的杂志和氧化物，直到准备粘贴应变片的部位干净为止。
2.将502速干胶均匀涂于应变片背面，迅速把应变片粘在所测位置，轻压使其与工件表面紧密结合，应变片与金属之间无气泡无脱胶现象。
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西南交通大学轨道交通关键材料及工艺研究中心 西南交通大学焊接研究所
— Friday, October 25, 2019—
目录
1 残余应力的基本概念 焊接残余应力与变形的产生
2
焊接残余应力的分类及分布
3
焊接残余应力的测量方法
4
5 焊接残余应力对焊接结构的影响 6 减少焊接残余应力的措施
将待测焊件划分几个区域，在各区待测点上贴应变 片或加工机械引伸计的标距孔，然后测原始读数，再切 断，然后在读数。
四、焊接残余应力的测量方法
在现有的焊接残余应力测量方法中， 按照其对被测构件的损伤程度可分为 有损（机械法）和无损（物理法）这 两大类。
（1）钻孔法（小孔释放法）
• 小孔释放法测量焊接残余应力是由德国学者 J.Mathar于1934年提出的，现已得到广泛应用，具 有操作简单、测量方便、对构件损伤程度小等特点。 根据钻孔是否钻通，小孔释放法又可分为通孔法和 盲孔法。
2、内应力分类 1973年 Macherauch提出了新的内应力模型 ，将内
应力分为三类，即第一类内应力、第二类内应力和第三 类内应力。
3、什么是残余应力
国内科技文献习惯将于第一类内应力称为残余应力
一般英、美文献中把第一类内应力称为“宏观应力” （Macrostress）；把第二类和第三类内应力合称为“微 观应力”（Microstress）
3.根据应力与焊缝的相对位置
1.纵向应力：应力作用方向与焊缝平行 2.横向应力：应力作用方向与焊缝垂直
4.根据应力产生、作用的时间
1.瞬时应力：焊接过程某一瞬时出现的应力 2.残余应力：焊后残留在焊件内的应力
5.根据应力形成的原因 1.温度应力：由于焊件不均匀加热引起的应力 2.拘束应力：由于焊件热变形受到拘束引起的应力 3.组织应力：由于接头金属组织转变时体积变化引起的应力
一、残余应力的基本概念
1、定义 内应力：当产生应力的因素不存在时（如外力去除、
温度已均匀、相变结束等），由于材料内部不均匀塑性 变形（包括由温度及相变等引起的不均匀体积变化）， 致使材料内部依然存在并且自身保持平衡的弹性应力称 为残余应力，或者内应力。简单说就是没有外力或外力 矩作用而在物体内部存在并自身保持平衡的应力。
• 小孔释放法重要的一点是应变释放系数A、B的确定， 通孔法应变释放系数可由Kirsch理论直接计算出，盲 孔法应变释放系数则需用实验标定。
钻孔法原理
• 在应力场中钻小孔，应力的平衡受到破坏，则小孔周围的应 力将重新调整，测得小孔附近的弹性应变增量，就可以用弹 性力学原理推算出小孔处的残余应力。
• 对于厚度大的板或体型构件，可采用盲孔法测定残余应力， 其操作方法与通孔法一致，只是盲孔深度要稍大于盲孔直径， 求得的残余应力是盲孔深度上的平均值，当钻孔深度达到某 一尺寸时，继续增加钻孔深度就不在影响表面应力状态了。 国外Bathgate、Kelsey等人都用实验证明了当钻孔深度等于孔 径时，在表面上得到最大的释放值，此时释放系数与其后钻 孔深度就没有关系了。
1 d2
A 2E 4r1r2
B
d2
1
1
d
2
2Er1r2 4
r12 r1r2 r22 4r12r22
盲孔法应变释放系数A、B计算公式：
A 1 3
2
B 1 3
2
小孔法测试设备
钻孔装置
静态应变测试仪
（2）切条法
在加载方向的径向应力 分布左图所示。若在钻孔前 将一应变片粘贴在受有应力 的板上，距孔边0.5到1.5d （为孔径）处，钻孔时应变 片将感受出因应力降低产生 的应变（图2中阴影所示）， 这个应变显然和孔边的应力 释放有关。
钻孔引起的弹性径向释放应力
盲孔法测试残余应力应变片示意图
释放应力计算公式
2、变形 定义：物体在外力或温度等因素作用下，其形状与
尺寸发生变化的现象。
3、焊接残余应力的影响因素
热输入
材料因素
制造ห้องสมุดไป่ตู้素
结构因素
材料特性，热物理 常数，力学性能
工艺措施 预热，缓冷
热膨胀系数
温
弹性模量
度
场
屈服强度
相变
焊接应力
边界条件， 夹持状态
内 拘 束 度
外 拘 束 度 构件形状尺寸 厚度及刚度
1
13
4A
1 4B
(1 3 )2 (22 1 3)2
2
13
4A
1 4B
(1 3)2 (22 1 3)2
tan 2 22 1 3 3 1
通孔应变释放系数A、B可由Kirsch理论解得到下面的公式；盲 孔法应变释放系数则需由标定试验确定。
热源周围的 金属运动
• 焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化； • 而与熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，
产生不均匀的压缩塑性变形； • 在冷却过程中，已发生塑性变形的这部分材料(如长焊缝的
两侧)又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程 度上被拉伸形成拉应力； • 与此同时，熔池凝固，形成的焊缝金属冷却收缩受阻时也将 产生相应的拉应力。 • 这样，在焊接接头区产生了缩短的不协调应变，与其相对应， 在构件中会形成自身相平衡的内应力，通称为焊接瞬态应力。 • 而焊后，在室温条件下残留于焊件中的内应力称为焊接残余 应力。
三、焊接残余应力的分类
1.按应力的分布范围
1.宏观应力：在整个焊接 范围平衡的应力 2.微观应力：在晶粒范围 内相互平衡的应力 3.超微观应力：在晶格范 围平衡的应力
2.根据结构中的空间位置
1.单向应力：应力沿构件 的一个方向作用 x 2.双向应力：应力沿构件 的两个方向作用 x、y 3.三向应力：应力沿构件 的三个方向作用 x、y、z
残余应力可以认为是第一类内应力的工程名称。
至于通常所说的“热处理应力”，“焊接应力”，“铸 造应力”等则是实施这些工艺的过程中产生并最终残留的 残余应力（即第一类内应力）的简称。
二、焊接残余应力与变形的产生
1、焊接残余应力 定义：构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，
焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。焊 接残余应力是由于焊接加热产生不均匀温度场引起的。