董飛宇 周 冰 趙文通 王占勇

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201418）

工程焊接板材或型材時(shí)會(huì)導(dǎo)致翹曲變形、剛性下降以及尺寸穩(wěn)定性差等問題[1]，如果能檢測(cè)出焊縫的殘余應(yīng)力或在線運(yùn)行應(yīng)力水平作出安全性評(píng)價(jià)并及時(shí)處理，可以避免各種工程事故的發(fā)生。傳統(tǒng)應(yīng)力檢測(cè)方法包括盲孔法、X 射線法、磁彈性法等。盲孔法檢測(cè)構(gòu)件應(yīng)力會(huì)對(duì)構(gòu)件造成破壞；X 射線檢測(cè)應(yīng)力為構(gòu)件近表面50 μm 的第三類應(yīng)力，非宏觀應(yīng)力，且設(shè)備操作復(fù)雜，需專人維護(hù)，難以現(xiàn)場(chǎng)操作；磁彈性方法受磁化條件限制，測(cè)量可靠性和精度差。傳統(tǒng)的應(yīng)力檢測(cè)方法不能完成對(duì)在役壓力容器、型材板材和鋼結(jié)構(gòu)件焊縫的應(yīng)力無損檢測(cè)。

超聲測(cè)應(yīng)力技術(shù)[2-3]是基于聲彈性理論，通過檢測(cè)超聲波傳播速度的變化來檢測(cè)應(yīng)力的大小。Egle D M 等[4]在Noronha P J[5]、Hsu N N[6]等研究的基礎(chǔ)上證明超聲波速度變化可以應(yīng)用于鐵路鋼軌殘余應(yīng)力變化的測(cè)量。隨后，Brokowski A 等[7]提出一個(gè)可行的測(cè)試系統(tǒng)用于鐵路軋鋼廠。北京理工大學(xué)的徐春廣[8-9]、宋文濤[10-11]、潘勤學(xué)[12]、靳鑫[13]、李煥新[14]等搭建了超聲應(yīng)力檢測(cè)與校準(zhǔn)系統(tǒng)，研究了溫度、材料組織、表面粗糙度等因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，但受限于設(shè)備精度問題，應(yīng)力分辨力精度略低。哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院的李祚華、何景波、王偉等建立了一個(gè)發(fā)射換能器、兩個(gè)接收換能器的超聲波應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，采用互相關(guān)算法、十字形試樣法、數(shù)字圖像法來計(jì)算LCR 波速度的變化，提高檢測(cè)精度。

目前的超聲應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)和設(shè)備普遍還存在檢測(cè)精度低、穩(wěn)定性差、體積大便攜性差等問題。針對(duì)這些問題本項(xiàng)目自主研制了一款基于WiFi 連接的高精度、易攜帶的超聲應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備，并以Q235 低碳鋼焊縫作為樣本進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，分析平行焊縫方向和垂直焊縫方向的宏觀殘余應(yīng)力分布及面分布圖，為在役壓力容器、鋼軌、型材板材和鋼結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力或在線應(yīng)力檢測(cè)提供參考。

1 超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)原理

圖1 所示為基于臨界折射縱波超聲檢測(cè)應(yīng)力原理和臨界折射縱波信號(hào)傳播示意圖。超聲發(fā)射電路發(fā)出超聲激勵(lì)信號(hào)給超聲發(fā)射探頭，超聲探頭發(fā)射縱波，經(jīng)由有機(jī)玻璃后傳遞到工件表面，產(chǎn)生臨界折射縱波傳播一定距離后被超聲接收探頭接收，接收信號(hào)經(jīng)由采集系統(tǒng)進(jìn)行采集和應(yīng)力數(shù)據(jù)的處理。其中，超聲換能器發(fā)射的縱波信號(hào)通過有機(jī)玻璃后進(jìn)入工件傳播，根據(jù)式（1）Snell 定律，當(dāng)折射角等于90°時(shí)，入射角為第一臨界角，此時(shí)的縱波為臨界折射縱波[15]，即超聲換能器以第一臨界角發(fā)射縱波入射工件時(shí)，超聲波將以臨界折射縱波的形式平行于試件表面?zhèn)鬏敳⒈恍盘?hào)采集系統(tǒng)首先采集到。

圖1 超聲臨界折射縱波法殘余應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)

通常在零應(yīng)力的情況下，縱波在介質(zhì)中的傳播速度為

沿應(yīng)力方向縱波傳播波速和應(yīng)力的關(guān)系為[16]

式中：V為應(yīng)力狀態(tài)下縱波的傳播速度，m/s；σ為應(yīng)力，MPa。

將式（2）代入式（3）可得：

在應(yīng)力變化較小的情況下V≈V0得：

由以上公式推導(dǎo)可知，應(yīng)力的變化量與縱波的傳播速度成線性比例關(guān)系，將兩個(gè)換能器的間距恒定為L，將速度和路程關(guān)系式代入式（6）并積分化簡(jiǎn)得：

由上述可知，應(yīng)力的變化量可轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌瑧?yīng)力下的時(shí)間差成線性比例關(guān)系，可將完全退火后的無應(yīng)力狀態(tài)下的臨界折射縱波對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為t0，將不同應(yīng)力對(duì)應(yīng)的時(shí)間t作為標(biāo)定數(shù)據(jù)，計(jì)算應(yīng)力系數(shù)K后進(jìn)行在線應(yīng)力或殘余應(yīng)力的檢測(cè)。

2 超聲殘余應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備

基于圖1 所示基本原理，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)聯(lián)合蘇州愛思爾提科技有限公司聯(lián)合開發(fā)量產(chǎn)了一種基于WiFi 信號(hào)的便攜式超聲應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備，如圖2所示，硬件主要包括便攜式超聲采集模塊②、超聲探頭③、上位機(jī)①。其中便攜式超聲模塊包括以超聲信號(hào)發(fā)射電路即激勵(lì)電路為主的超聲信號(hào)發(fā)射模塊、ADC 和FPGA 板卡為核心的超聲接收模塊、WiFi 模塊及超聲收發(fā)接口④以及鋰電池電源滑動(dòng)接口⑤。

圖2 殘余應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備

上位機(jī)由任意的平板電腦或microPC 加載自主開發(fā)的軟件組成，軟件界面如圖3 所示，軟件系統(tǒng)主要包括設(shè)置模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)優(yōu)化模塊、應(yīng)力求解以及標(biāo)定與校準(zhǔn)模塊。該檢測(cè)設(shè)備符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32075-2015《無損檢測(cè) 殘余應(yīng)力超聲臨界折射縱波檢測(cè)方法》的要求。在傳感器探頭放置于材料表面后，軟件使用簡(jiǎn)單的幾個(gè)步驟：①連接WiFi 信號(hào)并打開設(shè)備及設(shè)置超聲發(fā)射和接收（默認(rèn)）參數(shù)（可定制），②采集超聲波形（③）進(jìn)行標(biāo)定或?qū)胍褬?biāo)定參數(shù)，輸入系數(shù)K（④），直接連采（⑥）或單采獲得應(yīng)力值（⑦）。設(shè)備程序?qū)?biāo)定和測(cè)量操作進(jìn)行優(yōu)化使其自動(dòng)判定，提高設(shè)備精度，相關(guān)標(biāo)定數(shù)據(jù)可以進(jìn)行備份（⑤）建立相關(guān)材料數(shù)據(jù)庫。

圖3 殘余應(yīng)力檢測(cè)軟件系統(tǒng)

該超聲應(yīng)力測(cè)試設(shè)備硬件聲時(shí)差分辨率0.5 ns，采樣位數(shù)高，采樣深度可設(shè)置100 μs 以上，軟件經(jīng)過多重算法優(yōu)化，固定探頭應(yīng)力重復(fù)采集誤差分辨率最高可到±1 MPa，移動(dòng)探頭應(yīng)力重復(fù)采集誤差分辨率可到±5 MPa，隨采集精度的設(shè)置可在0.5～3 s內(nèi)出結(jié)果，適用于所有市面上測(cè)應(yīng)力的超聲收發(fā)探頭模塊；軟件系統(tǒng)可安裝在任意pad、microPc 或筆記本電腦上，通過WiFi 與硬件系統(tǒng)高速通信，通過將超聲采集模塊與上位機(jī)進(jìn)行分體式設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)各種測(cè)試場(chǎng)合，該設(shè)備是目前國內(nèi)外尺寸最小重量最輕超聲應(yīng)力設(shè)備，超聲采集模塊重1.5 kg，可通過連接背肩帶實(shí)現(xiàn)單人出野外檢測(cè)，在模塊上還提供接口通過快拆式通用滑動(dòng)電池組供電，解決工程現(xiàn)場(chǎng)供電難的問題。

除此之外，也開發(fā)了超輕薄超聲采集模塊與上位機(jī)結(jié)合的一體式工控機(jī)。

3 焊接殘余應(yīng)力超聲檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

圖4 所示為試驗(yàn)所制Q235 鋼板及焊縫實(shí)物圖。選擇兩塊200 mm×75 mm× 20 mm 的Q235 低碳鋼板沿200 mm 方向開V 字坡口，采用手工電弧焊以355 A 和344 A 的電流進(jìn)行手工電弧焊接。其中，采用355 A 電流焊接的試塊在中間100 mm 和焊接結(jié)束時(shí)預(yù)留未焊接區(qū)域。

圖4 實(shí)驗(yàn)所制Q235 鋼板及焊縫實(shí)物圖

超聲應(yīng)力傳感器為長條形，能夠測(cè)量一段距離內(nèi)的平均應(yīng)力。本實(shí)驗(yàn)中，殘余應(yīng)力檢測(cè)分為平行焊縫方向和垂直焊縫方向兩種方式，如圖5 所示，黑色方框代表超聲探頭的檢測(cè)位置。在圖5a 中，超聲傳感器與焊縫平行放置，沿平行焊縫方向檢測(cè)殘余應(yīng)力，每隔12 mm × 40 mm 的位置進(jìn)行一次殘余應(yīng)力檢測(cè)。在圖5b 中，超聲傳感器與焊縫垂直放置，檢測(cè)垂直焊縫方向殘余應(yīng)力，每隔32 mm ×12 mm 的位置進(jìn)行一次殘余應(yīng)力檢測(cè)。

圖5 超聲應(yīng)力檢測(cè)位置示意圖

3.2 超聲法殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果與分析

圖6 所示為試驗(yàn)測(cè)定的無應(yīng)力與有應(yīng)力狀態(tài)下的臨界折射縱波波形圖。Q235 鋼板在馬弗爐內(nèi)升溫加熱至650 ℃，保溫30 min 后隨爐冷卻進(jìn)行完全退火，然后進(jìn)行臨界折射縱波的數(shù)據(jù)采集，作為標(biāo)定的0 應(yīng)力波形。在焊縫位置處采集到的有殘余應(yīng)力對(duì)應(yīng)的臨界折射縱波與零應(yīng)力狀態(tài)下的波峰位置相比有明顯后移現(xiàn)象，兩者的時(shí)間差為聲時(shí)差。

圖6 實(shí)測(cè)的無應(yīng)力與有應(yīng)力狀態(tài)下的臨界折射縱波波形圖

根據(jù)聲彈性理論和式（7）可知，應(yīng)力變化與縱波聲速的線性關(guān)系可轉(zhuǎn)化為應(yīng)力和聲時(shí)差的線性比例關(guān)系。在測(cè)量焊縫殘余應(yīng)力之前需要對(duì)應(yīng)力系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。為此，將Q235 拉伸試樣完全退火后，用萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)加載不同拉力的同時(shí)利用超聲應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備記錄臨界折射縱波對(duì)應(yīng)的聲時(shí)差。通過擬合不同應(yīng)力對(duì)應(yīng)的聲時(shí)差ΔT擬合線性方程如圖7 所示，得出Q235 的應(yīng)力聲彈性系數(shù)K的值為3.4。

圖7 Q235 應(yīng)力系數(shù)標(biāo)定擬合曲線

3.3 平行焊縫方向殘余應(yīng)力

圖8 所示為平行焊縫方向不同距離處的殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)。圖中分別表示的是圖5a 所示的焊縫的上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)不同距離平行焊縫路徑上的殘余應(yīng)力。如距離焊縫7 mm 位置的殘余應(yīng)力數(shù)值所示，在焊縫引弧開始焊接的位置20 mm 和60 mm 兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上的殘余應(yīng)力基本保持一致，且較高，在220 MPa以上；在焊縫中間100 mm 處未焊接的位置，殘余應(yīng)力大幅減小，約為120 MPa，在焊接尾部未焊的位置殘余應(yīng)力也略低，但高于中間未焊處，殘余應(yīng)力約為150 MPa。從殘余應(yīng)力在距離焊縫不同位置的變化對(duì)比來看，焊縫位置處鋼板的殘余應(yīng)力最高，隨著距離焊縫位置的增大，殘余應(yīng)力呈逐漸減小的趨勢(shì)，距離焊縫最遠(yuǎn)處殘余應(yīng)力最低，但相對(duì)于完全退火的無應(yīng)力狀態(tài)仍然高出20～40 MPa。對(duì)比焊縫兩側(cè)不同位置的殘余應(yīng)力可知，焊縫的起弧處下側(cè)低于上側(cè)約20 MPa，中間及尾部未焊處殘余應(yīng)力約高于上側(cè)20 MPa，兩側(cè)整體變化規(guī)律基本保持一致。

圖8 Q235 焊接試塊平行于焊縫檢測(cè)不同距離殘余應(yīng)力對(duì)比

采用沿焊縫平行方向平行放置超聲探頭的方法對(duì)不同位置進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)，并對(duì)比分析所得數(shù)據(jù)如圖9 所示，進(jìn)行宏觀面圖的繪制，如圖10 所示。與圖8 和圖9 相比，圖10 清晰明確地展示了焊接試塊中殘余應(yīng)力的分布情況，可以看出，焊接試塊焊縫位置的殘余應(yīng)力較大，中間未焊接位置的殘余應(yīng)力明顯減少，而且首先焊接的位置殘余應(yīng)力相比于后焊接的位置殘余應(yīng)力要高。在（60 mm～100 mm）×（20 mm～80 mm）的矩形區(qū)域內(nèi)，分布著整個(gè)焊接試塊中的最高殘余應(yīng)力，其原因可能是初始焊接時(shí)熔池與母材的溫度差距太大，導(dǎo)致較高的殘余應(yīng)力。在未焊接位置處，殘余應(yīng)力出現(xiàn)明顯降低，且達(dá)到焊縫附近殘余應(yīng)力最低值，后續(xù)焊縫殘余應(yīng)力又明顯增加，但略低于之前焊縫位置，原因可能是焊接試塊在先前焊接時(shí)已經(jīng)有了一定的預(yù)熱溫度，焊縫處的熱溫差明顯減小，從而降低了殘余應(yīng)力。此外，從圖10 中可以明顯看出離焊縫不同遠(yuǎn)近位置的殘余應(yīng)力的變化規(guī)律，即離焊縫越近殘余應(yīng)力越大。

圖9 Q235 焊接試塊平行焊縫檢測(cè)垂直于焊縫不同位置殘余應(yīng)力對(duì)比

圖10 Q235 焊接試塊平行焊縫檢測(cè)整體殘余應(yīng)力宏觀分布

3.4 不同焊接電流對(duì)焊縫殘余應(yīng)力的影響

圖11 所示為355 A 和344 A 焊接電流對(duì)焊接鋼板殘余應(yīng)力的影響。在焊接電流為355 A 時(shí)，焊縫殘余應(yīng)力最大的位置分別位于20 mm 和60 mm 處，如圖8 和圖9 所示。相同位置下，使用344 A 焊接電流時(shí)，焊縫殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)明顯降低，從200～220 MPa降低到約120 MPa，峰值降低了45.18%。其他檢測(cè)點(diǎn)的殘余應(yīng)力也出現(xiàn)了不同程度的降低。焊接熱源高溫熔化金屬后再凝固、冷卻收縮受到約束而產(chǎn)生的熱應(yīng)力是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的最主要部分，適當(dāng)降低焊接電流單位時(shí)間內(nèi)熱輸入量減少，熔池與母材之間的溫度差減小，焊縫處的凝固收縮量減小，有利于減少殘余應(yīng)力；兩種焊接電流下的殘余應(yīng)力分布規(guī)律基本一致，不同區(qū)域殘余應(yīng)力的趨勢(shì)表現(xiàn)也基本一致，從起焊到終焊的位置都是焊縫位置的殘應(yīng)力最大，隨著距離焊縫位置的距離增加，殘余應(yīng)力逐漸減小。進(jìn)一步分析圖11 可以看到，0～40 mm和110～150 mm 處殘余應(yīng)力等級(jí)基本與母材一致，說明其基本不受到焊接的影響，而距離焊縫中心30 mm 以內(nèi)的區(qū)域中，殘余應(yīng)力明顯變化，這與熱影響區(qū)的大小有關(guān)。

圖11 355 A 和344 A 電流焊接Q235 試塊平行焊縫檢測(cè)殘余應(yīng)力對(duì)比

3.5 垂直焊縫方向殘余應(yīng)力

圖12 所示為垂直焊縫方向進(jìn)行檢測(cè)的殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，并繪制了殘余應(yīng)力面圖，如圖13 所示。從圖中可以看出，離焊縫較近的區(qū)域殘余應(yīng)力較高，但與平行焊縫方向的殘余應(yīng)力相比，其最大值明顯減小，只有100～120 MPa。而距離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域殘余應(yīng)力偏低，但高于母材的基本殘余應(yīng)力，為60～80 MPa。通過對(duì)比不同焊接條件下的殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)可知，在焊縫周圍未焊接區(qū)域和第二次焊接結(jié)束與未焊接交界處，殘余應(yīng)力遠(yuǎn)低于正常焊接在焊縫附近的殘余應(yīng)力，第二次焊接時(shí)，由于受到第一次焊接所產(chǎn)生熱量的影響，焊縫附近的殘余應(yīng)力略低于第一次焊接時(shí)的殘余應(yīng)力。此外，通過對(duì)比具體數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)當(dāng)超聲傳播經(jīng)過不同高低應(yīng)力狀態(tài)的材料時(shí)，其應(yīng)力值基本等于高低應(yīng)力狀態(tài)的平均值。這一規(guī)律可以從垂直焊縫方向的超聲應(yīng)力數(shù)值和平行焊縫方向的超聲應(yīng)力數(shù)值對(duì)比直接得出。

圖12 Q235 焊接試塊垂直焊縫檢測(cè)不同位置殘余應(yīng)力對(duì)比

圖13 Q235 焊接試塊垂直焊縫檢測(cè)整體殘余應(yīng)力宏觀分布

4 討論

結(jié)合圖10 和圖13 所示的平行焊縫方向和垂直焊縫方向殘余應(yīng)力分布面圖，可以發(fā)現(xiàn)在0～80 mm的起弧和運(yùn)條區(qū)域焊縫的殘余應(yīng)力值較大，且隨焊縫平行方向保持殘余應(yīng)力變化的穩(wěn)定性；在80～120 mm 區(qū)域?yàn)轭A(yù)制未焊接區(qū)域，殘余應(yīng)力降低，小于焊接結(jié)束區(qū)域，后續(xù)焊接時(shí)焊縫的殘余應(yīng)力雖然正常升高但并未達(dá)到初始焊接時(shí)的峰值；焊接引弧處停留時(shí)間略長，焊縫飽滿，運(yùn)條處焊接質(zhì)量較好，熱輸入穩(wěn)定，母材的初始溫度低，從而導(dǎo)致熔池與母材的溫度差距太大，造成了較高的殘余應(yīng)力；在中間預(yù)制缺陷——未焊區(qū)域，殘余應(yīng)力明顯降低，且達(dá)到焊縫附近殘余應(yīng)力最低值；由于一次焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫蔓延至整個(gè)焊接試塊，相當(dāng)于對(duì)母材進(jìn)行了預(yù)熱處理，后續(xù)焊接時(shí)焊縫處的熱溫差明顯減小，相比于一次焊接殘余應(yīng)力峰值出現(xiàn)了降低。

焊接熱源引起瞬時(shí)局部高溫從而熔化熔池，導(dǎo)致焊縫內(nèi)部產(chǎn)生劇烈溫度梯度，使得焊縫處具有最大殘余應(yīng)力，隨著距離焊縫位置的增大，殘余應(yīng)力值減小，直至跟母材區(qū)域一致。殘余應(yīng)力發(fā)生變化的區(qū)域主要跟熱影響區(qū)的大小有關(guān)，在本次試驗(yàn)中主要集中在焊縫距離30 mm 以內(nèi)的區(qū)域。整體呈現(xiàn)由母材區(qū)向熱影響區(qū)過渡到達(dá)熔合區(qū)最高值的正態(tài)分布。

基于中間未焊處殘余應(yīng)力明顯降低的情況，實(shí)際檢測(cè)時(shí)，如果在焊縫附近發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力急劇減小或突變并不一定是有利現(xiàn)象，需要考慮是否存在未焊透或缺陷導(dǎo)致殘余應(yīng)力釋放等問題；焊接電流也是影響殘余應(yīng)力的重要因素，當(dāng)焊接電流增大時(shí)熱輸入越大導(dǎo)致溫度場(chǎng)分布不均勻，殘余應(yīng)力增高。

圖14 所示為北京交通大學(xué)王軍強(qiáng)等[17]對(duì)大型殼體結(jié)構(gòu)焊縫進(jìn)行數(shù)值模擬得出的平行與垂直焊縫殘余應(yīng)力值，其變化規(guī)律與本試驗(yàn)實(shí)際測(cè)量結(jié)果一致，證明本試驗(yàn)和測(cè)量方法的準(zhǔn)確性，而且根據(jù)本實(shí)驗(yàn)實(shí)際測(cè)量結(jié)果可以得出規(guī)律：垂直焊縫殘余應(yīng)力值等于檢測(cè)位置平行焊縫殘余應(yīng)力值的平均值，其中平行焊縫殘余應(yīng)力值隨距離焊縫不同的位置保持一定的穩(wěn)定性，而垂直焊縫方向殘余應(yīng)力值并不穩(wěn)定，根據(jù)超聲測(cè)應(yīng)力的基本原理，臨界折射縱波經(jīng)過不同高低應(yīng)力狀態(tài)的材料時(shí)，聲速的變化量也不同，而最終聲速的變化值等于不同位置聲速變化的平均值，而聲速的變化值與應(yīng)力成線性比例關(guān)系，最終可以得出垂直焊縫殘余應(yīng)力值等于檢測(cè)位置平行焊縫殘余應(yīng)力值的平均值。

圖14 數(shù)值模擬縱向橫向殘余應(yīng)力分布[17]

將同一路徑上的平行于焊縫的殘余應(yīng)力和垂直于焊縫的殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行算數(shù)計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)，其中a為縱向應(yīng)力，b為橫向應(yīng)力。由此驗(yàn)證了垂直焊縫殘余應(yīng)力值等于檢測(cè)位置平行焊縫殘余應(yīng)力值的平均值的猜想，同時(shí)也證明了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

（1）自主研發(fā)的基于WiFi 通信的高精度便攜分體式超聲應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備，其硬件包括超聲采集模塊、超聲探頭、microPC 上位機(jī)，軟件包括設(shè)置、信號(hào)采集、信號(hào)優(yōu)化、應(yīng)力求解及標(biāo)定等模塊，并可通過快拆式通用滑動(dòng)電池組供電，應(yīng)力檢測(cè)精度最高可達(dá)±5 MPa。

（2）在Q235 鋼焊接試塊焊縫附近，平行焊縫殘余應(yīng)力值隨距離焊縫不同的位置保持一定的穩(wěn)定性；在焊縫處具有最大殘余應(yīng)力值，且隨距離焊縫位置的增大殘余應(yīng)力值減小，直至跟母材區(qū)域一致；未焊接區(qū)域會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力突變，數(shù)值遠(yuǎn)小于正常焊接區(qū)域。

（3）焊接熱源帶來瞬時(shí)局部高溫熔化熔池，導(dǎo)致焊縫內(nèi)部產(chǎn)生劇烈溫度梯度，適當(dāng)降低焊接電流，減少焊縫處熱輸入有利于減少殘余應(yīng)力；有預(yù)熱時(shí)焊縫的殘余應(yīng)力低于無預(yù)熱焊縫的殘余應(yīng)力；殘余應(yīng)力發(fā)生變化的區(qū)域主要跟熱影響區(qū)的大小有關(guān)，在本次試驗(yàn)殘余應(yīng)力變化主要集中焊縫距離30 mm 以內(nèi)的區(qū)域，整體呈現(xiàn)由母材區(qū)向熱影響區(qū)過渡到達(dá)熔合區(qū)最高值的正態(tài)分布。

（4）垂直焊縫方向殘余應(yīng)力小于平行焊縫殘余應(yīng)力值，臨界折射縱波經(jīng)過不同高低應(yīng)力狀態(tài)的材料時(shí)，聲速的變化量也不同，聲速的平均變化值正比于應(yīng)力的平均變化值，垂直焊縫殘余應(yīng)力值等于檢測(cè)位置平行焊縫殘余應(yīng)力值的平均值。