Page 37 - 2023中国无损检测年度报告
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式，但是厚板铣削存在去材量大，加工效率低的 波能量消减和均化管道焊接产生的残余应力。金
问题。因此，提出采用折弯成形的方法进行曲面 属薄壁管类构件焊接应力调控工装如图 3 所示。
结构制造，节约资源的同时大大提高加工效率。
材料折弯过程中难免出现大范围的机加残余应力
集中区域，这将成为导致构件变形的主要诱因，
将直接导致整体构件制造完整性遭到破坏。因此，
就需要对其进行构件残余应力的超声无损检测以
及应用高能声束进行应力调控，保持构件内残余
应力幅度低而分布均匀的状态。低应力冲压试验
现场如图 2 所示，低应力冲压模式下，构件变形 图 3 金属薄壁管类构件焊接应力调控工装设计
更明显且应力下降达到 90%，均化率优化接近 1.4 超声应力检测现场示范应用
50%。
超高强钢壳体作为火箭弹燃烧室外壳，也是
火箭弹的主体结构部分，其直线度极大地影响火
箭弹的发射精度。在实际生产过程中，壳体经第
一次旋压后，在进行后续真空退火过程中存在开
裂现象，严重影响其成品率；在焊接后热处理过
程中，退火淬火时，壳体存在弯曲变形等现象，
严重影响壳体的直线度；同时，在机加工成品后，
壳体在存放时，也存在缓慢弯曲、直线度降低的
问题。为了找到产生上述问题的原因，解决问题，
对某型号火箭弹用 D406A 超高强度钢壳体成型
与制造过程残余应力的演变进行了研究，利用超
声法和电磁法对壳体成型与制造过程中的残余应
图 2 低应力冲压试验现场
力进行了表征，结果如图 4 所示。
1.3 金属薄壁管类构件焊接残余应力调控
焊接作为一种机械加工领域常见的加工方式
具有广泛的应用，然而，由于金属管道焊接后不
可避免的产生不均匀分布的残余应力场，应力集
中会导致焊缝处变形甚至开裂，会严重影响构件
后续使用过程中的稳定性、力学性能和寿命。传
统的调控残余应力方法有自然时效、热处理、机
械冲击等方法。自然时效法耗时长，占用大量场
地，调控效果不可控；热处理法能耗高，污染严重，
难以处理大型管道构件；机械冲击法易造成管道 图 4 D406A 超高强度钢壳体残余应力分布折线图
构件表面损伤。传统方法如今已不再适用，利用
高能超声波调控残余应力的方法在多个领域中逐 2 高精度残余应力超声分辨力检测技术
渐得到验证，该方法具有耗时短、能耗低、不造 检测分辨力考核的是一个仪器设备的检测精
成构件损伤等优点，适用于管道焊接残余应力消 度，为验证检测分辨力指标，设计改进了超声检
减与均化。利用高能超声波调控残余应力方法的 测算法，提高了检测精度，增加了计算信号点数，
关键在于夹持高能超声激励器和调控楔块通过耦 以满足高精度检测的要求。
合介质紧密耦合于管道焊缝残余应力集中区域， 首先设计了模拟加载试验，利用电信号进行
将高能超声波按照设定要求注入到焊接残余应力 可行性验证。为提高检测精度，将检测仪信号插
集中区域，利用高能超声波在构件内产生的弹性 值点从 50 个改到了 200 个。
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