Page 116 - 无损检测2022年第五期

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压应力，焊前残余应力为 169~330 MPa，焊后
残余应力为 145~323 MPa。每个叶片焊接后平
均有 7 个残余应力超过 0.3 倍屈服强度的点，热
处理后平均有 3 个残余应力超过 0.3 倍屈服强度
的点。图 4，5 为内壁热处理前，后的应力分布。

图 1 低应力增材系统外观
1.2 焊后热处理对复杂旋转体残余应力分布的影响

超声已被证明对金属材料具有良好的穿透性， 图 4 内壁热处理前的应力分布
而残余应力超声检测方法具有良好的现场适应性，
利用声弹性理论中声速与应力的物理关系，可实
现焊接构件内部残余应力的有效无损检测。典型
的残余应力超声无损检测系统构成如图 2 所示。

不同的焊接熔化温度和焊接工艺会产生不同
的焊接残余应力值和分布。复杂旋转体形状复杂 图 5 内壁热处理后的应力分布
（见图 3），容易形成大面积焊接残余应力集中 1.3 薄壁平板焊接残余应力调控
区域。过度的焊接残余应力集中是焊接件变形和
焊接残余应力是工程中最常见的残余应力，由
开裂的主要原因，而变形和开裂将直接破坏构件
的完整性，威胁到构件在使用过程中的稳定性和 于不均匀温度场的影响，焊缝及热影响区内产生了
较大的残余拉应力。为了验证超声空化消除或均化
安全性。热处理工艺是消除焊接残余应力的传统
方法，但复杂旋转体结构复杂，其叶片和主体由 焊接残余拉应力的效果，利用残余应力超声空化调
控系统对薄壁焊接平板的残余应力进行调控（见图
不同的材料焊接而成。在热处理过程中，复杂旋
转体的焊接残余应力由于交换载荷的变化而发生 6）。薄壁平板尺寸为300 mm×200 mm×5 mm （长
× 宽 × 厚），焊接方式为对焊。在长为 300 mm
动态重分布，容易引起构件焊缝区域的变形和开
裂。因此，无损、准确地获取炮口牵开器内部残 的焊缝上平均划分 20 个点，对每个点进行空化冲
击，变幅杆端面距离焊缝表面为 1 mm，超声功率
余应力的分布状态，是调节其变形、防止其开裂
的有效措施。 为 250 W，冲击时间为每点 5 min。采用超声临
界折射纵波法对调控前后的焊接残余应力进行检
测，检测探头频率为 5 MHz，检测结果如图 7 所
示。试验结果表明，采用超声空化调控法对焊缝
进行空化冲击，可以有效降低焊缝及热影响区的
拉伸残余应力。

图 2 典型的残余应力超声无损检测系统构成示意

图 3 复杂旋转体结构外观
图 6 45 钢平板焊接残余应力超声空化冲击处理
叶片焊接残余应力分别为焊前和焊后热处理 及超声检测

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2022 年 第44 卷 第5 期
无损检测