CN105004789B8 - 一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法 - Google Patents

Abstract

一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其步骤如下：A取待测焊接试件的母材板制作焊接试板一和焊接试板二；B在焊接好的焊接试板一截取起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样，并按组织差异对将每个试样细分，标记焊接特征点；C在焊接试板二的相应的位置上标记焊接特征点，焊接后焊接试板二的焊接特征点采集热循环曲线；D按热循环曲线制备热模拟块E、根据母材小块和热模拟块的超声波法和切条法测量的残余应力值，确定残余应力修正值；F根据残余应力修正值修正超声波测量的残余应力测量值，得到待测焊件的准确残余应力值。该方法可修正由于母材和待测区之间微观组织不同导致的误差，显著提高超声波对残余应力的测试精度。

Description

一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种用于修正由测试区域和零应力标定块微观组织差异导致的超声 波测量焊接残余应力的误差修正方法，属于焊接残余应力的无损检测领域。

背景技术

[0002] 随着中国高速列车轨道交通的飞速发展，焊接作为轨道交通中的一项关键技术， 焊接质量在一定程度也决定高速列车车辆的质量，焊接残余应力水平是评价焊接质量的重 要标准，因为焊接残余应力产生的破坏是焊接接头破坏的主要原因，因此对焊接残余应力 水平的快速、高效、无损监测、评定工业意义巨大。

[0003] x射线对残余应力的测试只能测试几十个微米厚度，对待测样的表面质量要求较 高，受到表面的质量状态影响较大；中子衍射法残余应力测试设备重大、昂贵，很难实现生 产现场的残余应力测试;磁粉法残余应力测试只能用于磁性测量的测试，重复性较差;精确 度最高的盲孔法，属于有损法会对待测样产生破坏，精确度也很大部分的取决于测试人员 的操作碎片;超声波法是近几年发展起来的残余应力测试方法，对操作人员无辐射危害，测 试效率高，重复性较好。

[0004] 超声波法测量残余应力属于间接性测量，超声波在待测样中的传播速度与待测样 中的残余应力存在着声弹性关系，即超声波的在待测样中的传播速度和待测样中的残余应 力基本呈现线性关系。根据超声波与待测样残余应力之间的关系，可以对待测样的残余应 力进行测试。但超声波在待测样中的传播速度不仅仅与待测样的残余应力值有关，还受待 测样的微观组织成分(成分、晶粒度、轧制方向等）的影响。在焊接过程中，母材由于局部加 热，焊缝邻近区域的母材势必会因热量的传导而受影响，焊缝形成的同时不可避免的造成 了焊缝及其周围区域的组织和性能与母材不同。其中，与焊缝相邻的母材因受热的影响(但 未熔化)而发生组织与力学性能变化的区域形成热影响区；焊缝区与热影响区的交界线形 成熔合区。在超声波法测量残余应力焊缝的过程中，以母材作为零应力标定块(假设母材中 的残余应力为零），测量超声波在待测焊件中的传播速度相对于其在母材中的传播速度之 差，然后通过计算得出待测焊件的由于焊接造成的残余应力值。这个过程，并没有考虑待测 焊件与母材之间微观组织成分的差异导致的超声波速度变化，因而最终得到的残余应力与 实际的残余应力有一定的误差。这种误差大大降低了超声波法测量残余应力的精度，大大 限制了超声波法在残余应力测试中的应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，该方法可修 正由于零应力标定块(母材)和待测焊接试件的待测区之间微观组织(成分、晶粒度、轧制方 向等）不同导致的超声波测量焊接残余应力的误差，通过这种修正方法可显著提高超声波 对残余应力的测试精度。

[0006] 本发明实现其发明目的采取的技术方案是:一种超声波测量焊接残余应力的误差 修正方法，其步骤如下：

[0007] A、制作焊接试板

[0008]取与待测焊接试件的材料和厚度均相同的板材(待测焊接试件的母材板），制作两 对尺寸完全相同的未焊接的焊接试板(每对焊接试板由两块板材组成），一对记为焊接试板 一，另一对记为焊接试板二；

[0009] B、确定焊接特征点

[0010] B1、采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板一进行焊接;然后 分别在焊缝的起弧区域、稳定区域和收弧区域截取条状的与焊缝方向垂直的起弧区试样、 稳定区试样和收弧区试样;所述起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样均包括焊缝区、熔合 区、热影响区和母材区；

[0011] B2、对B1步截取的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样进行金相样制样，根据金 相显微镜观察和EDS成分分析结果，按组织差异将每个试样的焊缝区细分为等轴晶树枝晶 区、树枝晶区和等轴晶区，热影响区细分为时效区和过时效区；

[0012] B3、在起弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时 效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为起弧区试样的7个起弧焊接特征点，分别 标号为1、2、3、4、5、6、7;在稳定区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时 效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为稳定区试样的7个稳定焊接特 征点，分别标号为8、9、10、11、12、13、14;在收弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴 晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为收弧区试样 的7个收弧焊接特征点，分别标号为15、16、17、18、19、20、21;

[0013] C、采集焊接特征点的热循环曲线

[0014] C1、根据B3步焊接试板一上每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特 征点的位置，在焊接试板二相应的位置上标记出焊接试板二的起弧焊接特征点、稳定焊接 特征点和收弧焊接特征点；

[0015] C2、在焊接试板二的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点位 置连接上热电偶;然后采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板二进行焊 接，焊接完成之后通过热电偶采集每个焊接特征点的热循环曲线，得到与21个焊接特征点 对应的21条热循环曲线；

[0016] D、制作热模拟块

[0017]制备与待测焊接试件的材料和厚度均相同多个母材小块，根据C步得到的21条热 循环曲线，分别对不同的母材小块进行Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应 的微观组织成分相同的21个热模拟块;热模拟块的编号b和与所述热模拟块相对应的焊接 特征点的标号相同，b = l，2,3,…21;

[0018] E、确定修正值

[0019] E1、将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块;用超声波法分别测量21 个热模拟块相对于零应力标定块的残余应力值，记为〇_，b=l，2,3,…21，b为热模拟块的编 号；

[0020] E2、通过切条法测量21个热模拟块的应力值，记为〇b，b = 1，2，3，• • .21;再通过切条 法测量未进行热模拟处理的母材小块的应力值，记为

[0021] E3、确定21个焊接特征点的由于组织成分差异造成的超声波测量焊接残余应力的 误差值，也即超声波测量焊接残余应力的每个焊接特征点的残余应力修正值Sb，b = 1，2， 3,---21:

[0022] 8b = oIll-〇b+〇mb

[0023] F、确定待测焊接试件的准确残余应力值

[0024] F1、根据B3步中确定的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点 的位分别在待测焊接试件表面的起弧区域、稳定区域和收弧区域的相应的位置上标记出待 测焊接试件的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征;然后通过超声波测量待 测焊接试件的每个焊接特征点位置的残余应力测量值c^b，b=l，2,3,…21;

[0025] F2、用每个焊接特征点的残余应力修正值^，对F1步测得的每个焊接特征点位置 的残余应力测量值〇cb进行修正，确定待测焊接试件上每个焊接特征点位置的准确残余应力 值 〇zb，b=l，2,3，."21:

[0026] 〇zb = 〇cb-8b

[0027]本发明的原理是：

[0028]焊缝的起弧区、稳定区和收弧区的微观组织差异较大，所以本发明B步首先在起弧 区、稳定区和收弧区分别取起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样。再通过金相显微镜观察 和EDS成分分析结果，按照微观组织差异对三个试样进一步进行区域划分，将组织相似度大 的放在一个区域，从而找到对微观组织区域有代表性的21个焊接特征点。

[0029]通过对采集21个焊接特征点的热循环曲线，根据采集到的热循环曲线对母材小块 块进行热模拟，得到了与21个焊接特征点相对应的21个热模拟块，每个热模拟块的微观组 织和与之相对应的焊接特征点的微观组织基本相同。

[0030]将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块;用超声波法测量21个热模拟 块相对于未进行热模拟处理的母材小块的残余应力值;再通过切条法分别测量21个热模拟 块和未进行热模拟处理母材小块的实际残余应力值，则可以得到由于测试区域的微观成分 和母材小块不同造成的残余应力误差值，作为超声波测量焊接残余应力的修正值。

[0031] 用上述方法确定的超声波测量修正值，对实际通过超声波测量的残余应力测量值 进行修正，即用实际超声波测量的残余应力值减去由于组织不同导致的误差值，即可得到 测试区域精确的残余应力值。

[0032] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0033]根据焊接区域的微观组织差别进行进一步的区域划分，组织相似度较大的放在一 个区域，得到了具有组织代表性的焊接特征点。对这些焊接特征点的焊接过程的热循环曲 线进行采集，然后根据采集到的热循环曲线对母材小块进行热模拟，得到和相对应的焊接 特征点所在区域基本相同的微观组织。首先将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标 定块测试热模拟块的应力值，再通过切条法确定每个热模拟块和未进行热模拟处理的母材 小块的实际残余应力值(通过切条法测得的基本是实际残余应力值），从而确定了焊接区和 母材由于微观组织(成分、晶粒度、乳制方向等)不同造成的应力误差值。用实际超声波测量 的残余应力值减去由于组织不同导致的误差值，即可得到了测试区域精确的残余应力值。 该方法可修正由于零应力标定块(母材)和待测焊件的待测区之间微观组织(成分、晶粒度、 乳制方向等)不同导致的超声波测量焊接残余应力的误差，通过这种修正方法可显著提高 超声波测量残余应力的测试精度，扩大了超声波法在残余应力测试中的应用。同时，本发明 可以针对各种材料建立超声波残余应力测试完整数据库，开发针对特定行业特定材料的高 精度的超声波残余应力测试系统。

[0034]进一步，本发明所述D步制备的母材小块为厚度与待测焊接试件相同，长度为10-30mm，宽度为30-90mm的长方体小块。

[0035]这种尺寸的母材小块有利于进行热模拟，得到与所对应的焊接特征点微观组织成 分相同热模拟块。

[0036]进一步，本发明所述D步中根据C步得到的21条热循环曲线，分别对不同的母材小 块进行Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应的21个热模拟块的具体操作是： 根据每1个焊接特征点对应的每1条热循环曲线，同时对3个母材小块进行Gleeble热模拟处 理，得到3个待测热模拟块，对所述3个待测热模拟块进行EDS成分分析;然后将m)S成分分析 结果和与所述3个待测热模拟块相对应的焊接特征点所在区域的EDS成分分析(B2步中从焊 接试板一上得到的)结果进行比对，选取EDS成分分析结果最相近的其中1个待测热模拟块， 作为进行后续步骤的与所述焊接特征点对应的热模拟块。

[0037]这样，可以保证最终得到的热模拟块和与之对应的实际焊接特征点对应的区域微 观组织成分的一致性。

[0038] 进一步，本发明所述E2步通过切条法测量21个热模拟块的应力值〇b的具体步骤 是:在每个热模拟块的正反面贴8个应变片，进行切条，最终用正反面8个应变片平均值作为 该热模拟块的应力值〇b。

[0039] 更进一步，本发明所述E2步通过切条法测量未进行热模拟的母材小块的应力值 的具体步骤是:在每个母材小块的正反面贴8个应变片，进行切条，最终用正反面8个应变片 平均值作为该母材小块的应力值〇m。

[0040] 这样，可保证切条法测量残余应力的精确性，保证切条法得到的热模拟块和母材 小块的残余应力值与热模拟块和母材小块的实际残余应力的一致性。

[0041]下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

附图说明

[0042]图1为本发明实施例B1步中截取起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样的示意图。 [0043]图2为本发明实施例B3步标记起弧区试样上7个焊接特征点的放大示意图。

[0044]图3为本发明实施例B3步标记稳定区试样上7个焊接特征点的放大示意图。

[0045]图4为本发明实施例B3步标记收弧区试样上7个焊接特征点的放大示意图。

[0046]图1 -图4中，A表示起弧区试样，B表示稳定区试样，C表示收弧区试样。

[0047]图5为本发明实施例C1步在焊接试板二上标记起弧焊接特征点、稳定焊接特征点 和收弧焊接特征点的示意图。

[0048]图6为本发明实施例F1步在待测焊接试件上标记起弧焊接特征点、稳定焊接特征 点和收弧焊接特征点的示意图。

具体实施方式 [0049]实施例 L0050J本发明的一种具体实施方式是:一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法， 其步骤如下： LG〇51] A、制作焊接试板

[0052]取与待测焊接试件的材料和厚度均相同的板材，制作两对尺寸完全相同的焊接试 板(每对焊接试板由两块板材组成），记为焊接试板一和焊接试板二； DQ53] B、确定焊接特征点 C0054] B1、采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板一进行焊接;然后 分别在焊缝的起弧区域、稳定区域和收弧区域截取条状的与焊缝方向垂直的起弧区试样、 稳定区试样和收弧区试样，如图1所示;所述起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样均包括 焊缝区、熔合区、热影响区和母材区;所述起弧区试样的焊缝区、熔合区、热影响区和母材区 分别记为:△1、々2、々3、44;所述稳定区试样的焊缝区、熔合区、热影响区和母材区分别记为： B1、B2、B3、B4;所述收弧区试样的焊缝区、熔合区、热影响区和母材区分别记为:Cl、C2、C3、 C4;起弧区试样、稳定区试样、收弧区试样和焊缝的中心线分别记为a、b、c、d;

[0055] B2、对B1步截取的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样进行金相处理，根据金相 显微镜观察和EDS成分分析结果，按组织差异将每个试样的焊缝区细分为等轴晶树枝晶区、 树枝晶区和等轴晶区，热影响区细分为时效区和过时效区；

[0056] B3、在起弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时 效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为起弧区试样的7个起弧焊接特征点，分别 标号为1、2、3、4、5、6、7,如图2所不;在稳定区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、 熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为稳定区试样的7个 稳定焊接特征点，分别标号为8、9、10、11、12、13、14,如图3所示;在收弧区试样的等轴晶树 枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行 标记，作为收弧区试样的7个收弧焊接特征点，分别标号为15、16、17、18、19、20、21，如图4所 示；

[0057] C、采集焊接特征点的热循环曲线

[0058] C1、根据B3步焊接试板一上每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特 征点的位置，在焊接试板二相应的位置上标记出焊接试板二的起弧焊接特征点、稳定焊接 特征点和收弧焊接特征点，如图5所示;标记的具体操作是:根据在焊接试板一上标记的起 弧区试样、稳定区试样、收弧区试样的中心线a、b、c;在焊接试板二上相同的地方标记出中 心线a、b、c，并将焊接试板二的两块板材对接处的界线作为中心线d，然后分别将中心线a和 d交点、b、d交点和c、d交点标记为焊接特征点1、8、15 (可以标记在两块板材中任一块板材的 边界处），然后根据焊接试板一上焊接特征点之间的距离，依次标记出其他的焊接特征点； [0059] C2、在焊接试板二的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点位 置连接上热电偶；然后采用与待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板二进行焊接 (沿着焊缝中心线d进行焊接），焊接完成之后通过热电偶采集每个焊接特征点的热循环曲 线，得到与21个焊接特征点对应的21条热循环曲线；

[0060] D、制作热模拟块

[0061] 制备与待测焊接试件的材料和厚度均相同多个母材小块，根据C步得到的21条热 循环曲线，分别对不同的母材小块进行Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应 的微观组织成分相同的21个热模拟块;热模拟块的编号b和与所述热模拟块相对应的焊接 特征点的标号相同，b = l，2,3, "_21;

[0062] E、确定修正值

[0063] E1、将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块；用超声波法分别测量21 个热模拟块相对于零应力标定块的残余应力值，记为Wb，b = 1，2，3，…21，b为热模拟块的编 号；

[0064] E2、通过切条法测量21个热模拟块的应力值，记为〇b，b = 1，2，3，…21;再通过切条 法测量未进行热模拟处理的母材小块的应力值，记为

[0065] E3、确定21个焊接特征点的由于组织成分差异造成的超声波测量焊接残余应力的 误差值，也即超声波测量焊接残余应力的每个焊接特征点的残余应力修正值h，b = l，2， 3, ."21:

[0066] 5b — 〇m_〇b+〇mb

[0067] F、确定待测焊接试件的准确残余应力值

[0068] F1、如图6所示，根据B3步中确定的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧 焊接特征点的位置，分别在待测焊接试件表面的起弧区域、稳定区域和收弧区域的相应的 位置上标记出待测焊接试件的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点位置； 标记的具体操作是:先在待测焊接试件的焊缝中心标记焊缝中心线d，然后在焊缝的起弧区 域的中心位置，标记出起弧中心线a，在焊缝的稳定区域的中间位置，标记出稳定中心线b， 在焊缝的收弧区域的中心位置，标记出收弧中心线c;将待测焊接试件表面的中心线a、d交 点、b、d交点和c、d交点标记为焊接特征点1、8、15，然后根据焊接试板一上各焊接特征点之 间的距离，依次标记出其他的焊接特征点；

[0069] 然后通过超声波测量待测焊接试件的每个焊接特征点位置的残余应力测量值〇cb， b = l，2,3，."21;

[0070] F2、用每个焊接特征点的残余应力修正值Sb，对F1步测得的每个焊接特征点位置 的残余应力测量值进行修正，得到待测焊接试件上每个焊接特征点位置的准确残余应力 值 〇zb，b=l，2,3，-..21:

[0071] 〇zb = 〇cb—Sb

[0072] 本例中所述D步制备的母材小块为厚度与待测焊接试件相同，长度为10-30mm，宽 度为30-90mm的长方体小块。

[0073] 本例中所述D步中根据C步得到的21条热循环曲线，分别对不同的母材小块进行 Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应的21个热模拟块的具体操作是:根据每 1个焊接特征点对应的每1条热循环曲线，同时对3个母材小块进行Gleeble热模拟处理，得 到3个待测热模拟块，对所述3个待测热模拟块进行H)S成分分析;然后将EDS成分分析结果 和与所述3个待测热模拟块相对应焊接特征点所在区域的EDS成分分析结果进行比对，选取 H)S成分分析结果最相近的其中1个待测热模拟块，作为进行后续步骤的与所述焊接特征点 对应的微观组织成分基本相同的热模拟块。

[0074] 本例中所述E2步通过切条法测量21个热模拟块的应力值〇b的具体步骤是:在每个 热模拟块的正反面贴8个应变片，进行切条，最终用正反面8个应变片平均值作为该热模拟 块的应力值％。

[0075]本例中所述E2步通过切条法测量未进行热模拟的母材小块的应力值％的具体步 骤是:在每个母材小块的正反面贴8个应变片，进行切条，最终用正反面8个应变片平均值作 为该母材小块的应力值om。

[0076] 本发明的使用效果可以通过以下试验得到验证和说明：

[0077] 为了测量高速列车的焊接残余应力，选取高速列车用的铝合金材料A7N01S-T5,制 作两个尺寸为7〇0*230mm的焊接试板一和焊接试板二。按照步骤A-B，在焊接试板一截取起 弧区试样、稳定区试样和收弧区试样，并在起弧区试样上确定起弧区焊接特征点，稳定区试 样上确定稳定区焊接特征点，收弧区试样上确定收弧区焊接特征点。按照步骤C，在焊接试 板二上标记起弧区焊接特征点、稳定区焊接特征点、收弧区焊接特征点;焊接后，采集各个 焊接特征点的热循环曲线。按照步骤D，根据热循环曲线对母材小块进行热模拟，制作热模 拟块。按照步骤E1，通过超声波法测量热模拟块相对于未进行热模拟处理的母材小块的应 力值，见表1。按照步骤E2确定各个热模拟块的应力值〇b，和母材小块的应力值〇11，见表2。 按照步骤E3,确定超声波测量焊接残余应力的每个焊接特征点的残余应力修正值Sb，见表 3。按照步骤F1，通过超声波法测量高速列车各个焊接特征点位置的的焊接残余应力值〇cb， 见表4。按照步骤F2，确定待测焊接试件上每个焊接特征点位置的准确残余应力值〇zb，见表 5〇

[0078] 表1 「01 |超声波法瓣量_纖| | r-r L 」 残拿廚力 CJm3 ^m4 ^m5 ^m6 ^m7 J~~ 应力偉/MPa I 1-22.61 -19 34 | -：2：3：J5 .4.9:8： -23&amp; 超声波法测量热模拟块一 '^^ ^' 残余座力 丨 ;:知11 :<%12 Sml3: :%:14

[0080] 应力侦/MPa .33 J4 4§.fl ；-11J5 -1,94 AM :丨趨声波法测量热模拟块 残余应力 备；<S,nt6；: 口测:7 〇ml:8: ;; 应力值/MPa i -37.海 |，24 89 | —21 54 -13.6?~ -5_0J_ -2 59 -1.44

[0081] 表2 切条法测热模拟块 01 02 CJ4 0:5 沉 〇7 应力值/MPa 3.41 2.79 3.11 2.59 2.87 3.91 3.54 切条法热模拟块残 争应力 口8 °9 Qii ^12 ^13 口 i4 应力值/MPa 2.99 2.78； 2.61 2.55 2.71 3.34 4.21

[0082] 切条法热模拟块残 伞应力 〇15 〇16 〇17 019 ^ 应力值/MPa ~3.56 3；,66: 2.58 3.21 3:,44 3.51 3.01 切条法母材小块残 余应力__^_ 应力值/MPa 2,78

[0083] 表 3

[0084] 残余应力修正值标号 5i 82 83 84 85 86 87 修正值/MPa__35.12 22.6 19.01 13.84 4.89 1.23 0.59 残余应力修正值标号 5s 89 8i〇 811 812 813 814 修正值/MPa__33.73 25.75 19.98 12.78 4.37 2.38 0.23 残余应力修正值标号 Si5 816 817 518 819 820 821 修正值/MPa__36.88 24.01 21.74 13.24 4.35 1.86 1.21

[0085] 表4

[0086] 测量残余应力 〇。1 〇c2 〇c3 〇c6 〇c5 〇c6 〇c7 应力值/MPa 172.16 169.38 155.62 177.34 99.87 15.89 -44.31 测量残余应力 〇。8 〇c9 〇cl0 〇cll 〇cl2 〇cl3 〇cl4 应力值/MPa 179.91 159.82 161.73 190.33 104.71 21.33 -39.71 测量残余应力 0。15 〇cl6 〇cl7 〇cl8 〇cl9 〇c20 〇c21 应力值/MPa 182.56 166.39 157.31 189.53 87.31 18.73 -49.35

[0087] 表5

[0088] 修正后残余应力 〇zl 〇z2 〇z3 〇z6 〇z5 〇z6 〇z7 应力值/MPa__137.04 146.78 136.61 163.5 94.98 14.66 -44.9 修正后残余应力 〇z8 〇z9 〇zl0 〇zll 〇zl2 〇zl3 〇zl4

[0089] 应力值/MPa 146.18 134.07 141.75 177.55 100.34 18.95 -39.94 修正后残余应力 〇zl5 〇zl6 〇zl7 〇zl8 〇zl9 〇z20 〇z21 应力值/MPa 145.68 142.38 135.57 176.29 82.96 16.87 -50.56

[0090] 通过表3的结果可以看出，焊缝母材区的焊接特征点S7、S14、S21由于组织成分差异 造成的超声波测量焊接残余应力的误差值较小，因为这三个焊接特征点是离焊缝较远的母 材区域，虽然焊接的过程中经历了热循环，但是温度较低，对这些区域的微观组织影响不 大，所以在母材区超声波测量焊接残余应力的误差不大。但是，随着从母材的区域向焊缝靠 近，焊缝的热影响区、熔合区和焊缝区的组织发生了较为明显的变化，这些区域由于组织成 分差异造成的超声波测量焊接残余应力的误差值也较大，最大的测量误差值高达36MPa。由 此可以看出，本发明的修正方法在超声波测量残余应力中具有重大的意义。

Claims (5)

1. 一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其步骤如下： A、 制作焊接试板 取与待测焊接试件的材料和厚度均相冋的板材，制作两对尺寸完全相同的未焊接的焊 接试板，记为焊接试板一和焊接试板二； B、 确定焊接特征点 B1、采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板一进行焊接;然后分别 在焊缝的起弧区域、稳定区域和收弧区域截取条状的与焊缝方向垂直的起弧区试样、稳定 区试样和收弧区试样;所述起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样均包括焊缝区、恪合区、 热影响区和母材区； ' B2、对B1步截取的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样进行金相样制样，根据金相显 微镜观察和EDS成分分析结果，按组织差异将每个试样的焊缝区细分为等轴晶树枝晶区、树 枝晶区和等轴晶区，热影响区细分为时效区和过时效区； ' B3、在起弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区 的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为起弧区试样的7个起弧焊接特征点，分别标号 为1、2、3、4、5、6、7;在稳定区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、 过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为稳定区试样的7个稳定焊接特征点， 分别标号为8、9、10、11、12、13、14;在收弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、 熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为收弧区试样的7个 收弧焊接特征点，分别标号为15、16、17、18、19、20、21; C、 采集焊接特征点的热循环曲线 C1、根据B3步焊接试板一上每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点 的位置，在焊接试板二相应的位置上标记出焊接试板二的起弧焊接特征点、稳定焊接特征 点和收弧焊接特征点； C2、在焊接试板二的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点位置连 接上热电偶；然后采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板二进行焊接； 焊接完成之后通过热电偶采集每个焊接特征点的热循环曲线，得到与21个焊接特征点对应 的21条热循环曲线； D、 制作热模拟块 制备与待测焊接试件的材料和厚度均相同的多个母材小块，根据C步得到的21条热循 环曲线，分别对不同的母材小块进行Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应的 微观组织成分相同的21个热模拟块;热模拟块的编号b和与所述热模拟块相对应的焊接特 征点的标号相同，b = l，2,3, "_21; E、 确定修正值 E1、将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块；用超声波法分别测量21个热 模拟块相对于零应力标定块的残余应力值，记为0⑪，b=l，2,3,…21，b为热模拟块的编号； E2、通过切条法测量21个热模拟块的应力值，记为〇b，b = 1，2，3，• • ’21;再通过切条法测 量未进行热模拟处理的母材小块的应力值，记为 E3、确定21个焊接特征点的由于组织成分差异造成的超声波测量焊接残余应力的误差 值，也即超声波测量焊接残余应力的每个焊接特征点的残余应力修正值Sb，b = l，2，3,… 21： Sb = 〇m—〇b+〇mb F、确定待测焊接试件的准确残余应力值 F1、根据B3步中确定的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点的位 分别在待测焊接试件表面的起弧区域、稳定区域和收弧区域的相应的位置上标记出待测焊 接试件的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征;然后通过超声波测量待测焊 接试件的每个焊接特征点位置的残余应力测量值〇c;b，b= 1，2，3，…21; F2、用每个焊接特征点的残余应力修正值心，对F1步测得的每个焊接特征点位置的残余 应力测量值进行修正，得到待测焊接试件上每个焊接特征点位置的准确残余应力值〇zb， b = l，2,3,…21: 〇zb=〇cb-Sb。

2. 根据权利要求1所述的一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其特征在于： 所述D步制备的母材小块为厚度与待测焊接试件相同，长度为10-30mm，宽度为30-90mm的长 方体小块。

3. 根据权利要求1所述的一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其特征在于： 所述D步中根据C步得到的21条热循环曲线，分别对不同的母材小块进行Gleeble热模拟处 理，得到与21个焊接特征点相对应的21个热模拟块的具体操作是:根据每1个焊接特征点对 应的每1条热循环曲线，同时对3个母材小块进行Gleeble热模拟处理，得到3个待测热模拟 块，对所述3个待测热模拟块进行EDS成分分析;然后将EDS成分分析结果和与所述3个待测 热模拟块相对应的焊接特征点所在区域的EDS成分分析结果进行比对，选取EDS成分分析结 果最相近的其中1个待测热模拟块，作为进行后续步骤的与所述焊接特征点对应的热模拟 块。

4. 根据权利要求1所述的一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其特征在于： 所述E2步通过切条法测量21个热模拟块的应力值的具体步骤是:在每个热模拟块的正反 面贴8个应变片，进行切条，最终用正反面8个应变片平均值作为该热模拟块的应力值〇b。

5. 根据权利要求1所述的一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其特征在于： 所述E2步通过切条法测量未进行热模拟的母材小块的应力值〜的具体步骤是:在每个母材 小块的正反面贴8个应变片，进行切条，最终用正反面8个应变片平均值作为该母材小块的 应力值〇m。