激光超声应力检测方法 金属材料（征求意见稿）.docxVIP

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T/CSAA2X-2024

激光超声应力检测方法金属材料

1范围

本标准规定了激光超声应力检测的方法和原理、人员、环境、设备与仪器、试样、检测程序、检测报告等方面要求。

本标准适用各种金属材料的应力检测。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T228.2金属材料拉伸试验第2部分：高温试验方法GB7247.1激光产品的安全第1部分：设备分类、要求GB/T7704无损检测X射线应力测定方法

GB/T12604.1无损检测术语超声检测GB/T15313激光术语

GB/T32073无损检测残余应力超声临界折射纵波检测方法

3术语和定义

GB/T7704、GB/T12604.1、GB/T15313界定的术语和定义适用于本文件。

4检测方法和原理

基于声弹性理论，超声波在均匀变形的固体介质中传播的速度会发生变化，有如下关系：

=Kσ……………………

式中：

v0——材料在无应力状态时超声波传播速度，单位为米每秒（m/s）；v——材料在有应力状态下的超声波传播速度，单位为米每秒（m/s）；

K——材料中沿超声波传播方向的声弹性系数；

σ——被测试样的残余应力,单位为兆帕（MPa）。

表面波声弹性系数K由材料的二阶和三阶弹性常数决定，一般表达为式（2），也可以通过单向加载应力下的两个方向声速标定实验测量得到。

K=(n+4μ)/8μ2………………（2）

式中：

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μ——材料的二阶弹性常数；n——材料的三阶弹性常数。式（1）变形可得：

v?v0…………

引入任意已知应力的参考试样，根据式（3）可得到如下关系式：

σ?σref=v?vref……

式中：

σref——参考试样的残余应力,单位为兆帕（MPa）；

vref——表面波在参考试样中的传播速度，单位为米每秒（m/s）。

运用激光与材料作用的热弹效应，采用脉冲激光在被测试样上激发超声表面波，再在离激发点一定距离的位置进行超声波信号采集（如图1所示），通过测定超声波在预定检测范围内的传播速度v，即可根据声弹性原理按照式（3）或式（4）计算出该检测范围内的平均应力σ。

图1激光超声应力检测示意图

采用本文件方法所测得的残余应力是被检测试样表层下三维空间内沿声波传播方向的残余应力平均值。

一般认为，表面波作用于物体的深度大约为波长的2倍，激光超声应力检测的深度D可采用下式计算：

D≈2λ=2v/f…………（5）

式中：

D——超声表面波作用的深度，即激光超声应力检测的深度，单位为米（m）；λ——超声表面波的波长，单位为米（m）；

f——超声波的频率，单位为赫兹（Hz）；

利用激光调制方法（参见附录A）可以在物体表面激发获得不同频率的超声表面波，从而实现不同深度的应力检测。

检测区间可为超声波激发点和采集点之间的区域L（方式A），也可在检测时将激发点或者采集点沿超声波传播方向作小范围移动，此时检测区间为两个激发点间（方式B）或者两个采集点间（方式C）的ΔL区域，如图2所示。

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图2不同激发采集点设置方式下检测区域示意图

根据不同的激发采集方式，超声表面波在被测试样中的传播速度v由下式计算获得：

v=L/t或v=ΔL/Δt………（6）

式中：

t——超声表面波从激发点到采集点传播的时间（方式A），单位为秒（s）；

Δt——超声表面波从两个不同激发点到同一采集点传播的时间差（方式B），或者从同一激发点到两个不同采集点传播的时间差（方式C），单位为秒（s）。

5一般要求

5.1检测人员

检测人员应了解检测的原理，了解激光的防护要求，熟悉检测流程，并能熟练操作检测仪器。

5.2检测环境

检测环境应满足如下要求：

a)检测时设备所处的温湿度环境应满足设备使用要求，对高温环境下的试样进行检测时注意做好隔热措施，保证检测设备处在适宜的温度环境下；

b)检测时应记录试样的温度，必要时应对检测结果进行修正；

c)电源