鋼產(chǎn)品無損檢測 軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)超聲檢測方法-編制說明

一、工作簡況

1、任務(wù)來源

本項目是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國標(biāo)委綜合[2021]28號文“關(guān)于下達(dá)

2021年第三批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計劃的通知”下達(dá)的項目

計劃，計劃號20214299-T-605，項目名稱為“鋼產(chǎn)品無損檢測軸類構(gòu)件內(nèi)部扭

轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)超聲檢測方法”。本項目是制定標(biāo)準(zhǔn)項目。主要起草單位:

北京理工大學(xué)、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、北京北方車輛廠、內(nèi)蒙古第一機(jī)械制

造廠等，計劃完成時間為2023年。

2、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況

不均勻溫度場、塑性變形、不均勻相變和加工過程都會使軸類構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生

和駐留殘余應(yīng)力，尤其是軸類構(gòu)件從毛胚的鍛造成型、車削、磨削、滾壓或噴丸、

表面淬火的塑性和冷熱加工過程，使得傳動軸、曲軸、絲杠、轉(zhuǎn)軸和閥芯等軸類

構(gòu)件內(nèi)部必然會產(chǎn)生和駐留按一定梯度分布的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力成為軸類構(gòu)件

構(gòu)件的一個基本物理屬性，對全生命周期中的軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、加工變形、保

形能力及抗疲勞能力有著顯著影響和極其重要作用。

殘余應(yīng)力是軸類構(gòu)件中固有的。軸類構(gòu)件的坯料成型往往采用鍛造、拉拔、

鍛打等，不均勻的外載荷和溫度載荷導(dǎo)致構(gòu)件中包含分布不均勻的殘余應(yīng)力場。

曲軸毛坯的初始?xì)堄鄳?yīng)力分布狀態(tài)對后續(xù)加工變形影響很大，通常曲軸車削的去

除量較大，曲軸中臺階、R角變厚度結(jié)構(gòu)多，也是車削過程造成殘余應(yīng)力失去平

衡狀態(tài)的重要部位，通常在溝槽、開孔和臺階過渡R角等變厚度部位容易產(chǎn)生殘

余應(yīng)力過渡集中而出現(xiàn)劇烈變形或開裂。而經(jīng)車削、磨削等去材加工引入的殘余

應(yīng)力也會對后續(xù)加工變形造成很大影響，直接影響到成品精度和加工效率。

殘余應(yīng)力危害存在于軸類構(gòu)件的全生命周期，隨著軸類構(gòu)件的加工和服役

過程，扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)是動態(tài)的，具有隨溫度和載荷環(huán)境的時變特性，

軸類構(gòu)件在加工及服役過程中容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力集中或非平衡狀態(tài)。殘余應(yīng)力

在零件毛胚成型、構(gòu)件加工、部件裝配和產(chǎn)品服役以及維修保障等多個環(huán)節(jié)中對

軸類產(chǎn)品的質(zhì)量、安全性和可靠性都產(chǎn)生了極其重要的影響；通常，軸向表層方

向殘余應(yīng)力不均勻會導(dǎo)致構(gòu)件彎曲變形和斷裂，周向和不同角度旋轉(zhuǎn)方向殘余應(yīng)

力不均勻會影響軸類構(gòu)件的抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度、或出現(xiàn)斷裂，因此，不同方

向的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)會導(dǎo)致軸類構(gòu)件具有不同形態(tài)的變形和斷裂，重要的是，

拉伸殘余應(yīng)力降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并促進(jìn)腐蝕開裂和變形，而且殘余應(yīng)力分布狀態(tài)隨著

結(jié)構(gòu)形式、環(huán)境溫度和外界載荷的變化而重新動態(tài)分布的，對軸類構(gòu)件的服役強(qiáng)

度和疲勞壽命有重要影響；因此，無損而準(zhǔn)確量化地獲得軸類構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力

梯度分布狀態(tài)是提高加工精度和保形能力、提高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和服役疲勞壽命的前提

和當(dāng)務(wù)之急。

軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布的超聲無損檢測方法具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可為

航空發(fā)動機(jī)主軸、直升飛機(jī)齒輪箱傳動軸、高鐵傳動軸和扭桿、車輛扭力軸、汽

輪機(jī)和水輪機(jī)主軸、電機(jī)主軸、高精密機(jī)床主軸、軸承和閥芯等軸類構(gòu)件在生產(chǎn)

制備和服役使用過程中，提供軸類構(gòu)件表層內(nèi)部殘余應(yīng)力梯度分布狀態(tài)的無損檢

測與服役性能與可靠性壽命評估，目前該方法已經(jīng)在多個高端領(lǐng)域的尖端設(shè)備上

逐漸廣泛應(yīng)用，對相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平提升具有積極意義。例如，中國兵器

集團(tuán)616廠的396發(fā)動機(jī)曲軸、617廠主戰(zhàn)坦克綜合傳遞箱體傳動軸/扭力軸、

618廠裝甲運(yùn)兵車扭力軸，及高鐵電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸（永濟(jì)電機(jī)廠）、鐵路貨車輪對

輪軸（唐山車輛廠、太原鐵路局）、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸（成都國家電力研究院）、航

空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子中心軸（黎明航空發(fā)動機(jī)研究所）等大量軸類零件開始了工程應(yīng)用

和試驗研究。

項目組標(biāo)準(zhǔn)起草人員緊密聯(lián)系我國高端領(lǐng)域國家尖端裝備研制和生產(chǎn)使用

的迫切需求，結(jié)合軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布無損檢測技術(shù)發(fā)展的成熟度，及時

研發(fā)了軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的超聲無損檢測方法，經(jīng)過大量的工程應(yīng)

用和實踐，形成了本項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，旨在規(guī)范該技術(shù)方法的工程應(yīng)用及檢測過程和

檢測結(jié)果的一致性；該標(biāo)準(zhǔn)的實施將促進(jìn)軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布的超聲無損

檢測方法在我國無損檢測領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，提高航空、兵器、船舶和車

輛、電力和軸承與傳動、高端機(jī)床領(lǐng)域等制造業(yè)精密軸類構(gòu)件的相關(guān)無損檢測與

質(zhì)量評估的發(fā)展，檢測結(jié)果可作為反饋信息用于指導(dǎo)制造工藝和設(shè)計等，推動相

關(guān)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，該標(biāo)準(zhǔn)方法的實施將促進(jìn)更多企業(yè)在傳動軸、扭力軸

和扭桿等構(gòu)件的無損檢測應(yīng)用。

2、主要工作過程

起草(草案、調(diào)研)階段:計劃下達(dá)后，2022年9月1日全國鋼標(biāo)委無損檢測

分技術(shù)委員會分委員會組織各起草單位成立了起草工作組，由北京理工大學(xué)為組

長單位，負(fù)責(zé)主要起草工作。工作組對國內(nèi)外軸類構(gòu)件產(chǎn)品超聲無損檢測方法和

技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研，同時廣泛搜集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)外技術(shù)資料，

進(jìn)行了大量的研究分析、資料查證工作，結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)驗，進(jìn)行全面總結(jié)和歸

納，在此基礎(chǔ)上編制出《鋼產(chǎn)品無損檢測軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)超聲

檢測方法》標(biāo)準(zhǔn)草案初稿。經(jīng)工作組及有關(guān)專家研討后，對標(biāo)準(zhǔn)草案初稿進(jìn)行了

認(rèn)真的修改，于2022年10月形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿及其編制說明等相關(guān)附件，

報全國鋼標(biāo)委無損檢測分技術(shù)委員會分委員會秘書處。

3、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作

本標(biāo)準(zhǔn)由北京理工大學(xué)、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、北京北方車輛廠、內(nèi)蒙

古第一機(jī)械制造廠、山西柴油機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司、黎明發(fā)動機(jī)制造技術(shù)有限公

司、國家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、中車永濟(jì)電機(jī)有限公司、中車唐山

機(jī)車車輛有限公司，濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司。

主要成員:徐春廣、宋文淵、盧鈺仁、楊光粲、尹鵬、董莉、薛建忠、李培

祿、栗雙怡、單志鵬、李宏偉、李文凱、張文君、肖定國、白龍、劉仕淵、李喆、

董德秀、鄧韜、李陽、劉海寧、孫明學(xué)、張云龍、許紅紅、孫東、李宗強(qiáng)，等。

工作分工:徐春廣任工作組組長，主持全面協(xié)調(diào)工作，負(fù)責(zé)對各階段標(biāo)準(zhǔn)的

審核;盧鈺仁為本標(biāo)準(zhǔn)主要執(zhí)筆人，負(fù)責(zé)本標(biāo)準(zhǔn)的具體起草與編制;宋文淵、尹

鵬、栗雙怡負(fù)責(zé)國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和資料的收集、分析及資料查證，對產(chǎn)品生

產(chǎn)工藝、性能和使用經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)和歸納;盧鈺仁、宋文淵負(fù)責(zé)對國內(nèi)外產(chǎn)品和

技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研，李培祿負(fù)責(zé)對各方面的意見及建議進(jìn)行歸

納、整理。冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院董莉和薛建忠負(fù)責(zé)立項籌備和協(xié)調(diào)工作，其

它參編單位相關(guān)人員參加了技術(shù)應(yīng)用和驗證工作。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)在制定/修訂過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時

推出、及時修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)

業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的

目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定/

修訂工作。

采用國際標(biāo)準(zhǔn)制修訂的標(biāo)準(zhǔn)：

本標(biāo)準(zhǔn)在起草過程中主要按GB/T1.1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)

的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》的要求編寫。在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，綜合考慮生產(chǎn)

企業(yè)的能力和用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟(jì)、社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)

上的先進(jìn)性和合理性。

三、主要內(nèi)容說明

1、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

制定：按標(biāo)準(zhǔn)章條順序，逐一說明編制的依據(jù)或理由，包括在征求意見、標(biāo)

準(zhǔn)審查階段對技術(shù)內(nèi)容討論、修改的經(jīng)過及結(jié)論。

1.范圍：基于前期試驗研究及企業(yè)需求，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軸類零件的殘余應(yīng)

力超聲無損檢測方法?；诼晱椥栽砜芍摲椒纯梢詼y量靜態(tài)殘余

應(yīng)力，也使用于服役中的應(yīng)力檢測。

2.規(guī)范性引用文件：可參照GB/T228.1對超聲試驗進(jìn)行拉伸試樣制備，GB/T

25712與GB/T38811可指導(dǎo)零應(yīng)力試塊的制備，GB/T18852規(guī)范了超聲

探頭的選用。殘余應(yīng)力超聲檢測原理可參照GB/T32073，超聲檢測設(shè)備

使用及存放可參照GB/T27664.1。

3.術(shù)語和定義：GB/T12604.1-2005、GB/T7232-2012界定的術(shù)語和定義適

用于本標(biāo)準(zhǔn)。

4.人員資格：本標(biāo)準(zhǔn)實施檢測的人員需通過本標(biāo)準(zhǔn)和軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)

力梯度超聲臨界折射縱波無損檢測技術(shù)的專門培訓(xùn)。

5.方法概要

(a)探頭布置示意圖

1-超聲換能器；2-耦合聲楔塊；3-被檢測軸類構(gòu)件；4-殘余應(yīng)力檢測區(qū)域

（b）軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力超聲檢測示意圖

圖1軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力梯度檢測示意圖

依據(jù)Snell定律，在被檢測軸類構(gòu)件表層內(nèi)部產(chǎn)生和接收超聲臨界折射縱波，

檢測探頭沿著表面與軸心線放置的角度可以為0°、30°、45°、60°、90°或

其它角度。軸類構(gòu)件表層中的軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力影響超聲波傳播速度，當(dāng)軸

類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力方向與縱波方向一致時，拉應(yīng)力使超聲波傳播速度變慢或傳

播時間延長，軸類構(gòu)件壓應(yīng)力使超聲波傳播速度加快或傳播時間縮短。檢測到的

軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力是表層下內(nèi)部三維空間區(qū)域內(nèi)的軸類構(gòu)件殘余應(yīng)力平均

值，檢測區(qū)域為超聲波傳播的區(qū)域，如圖1（b）所示。

扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力梯度分布檢測原理可參見GB/T32073-2015。為實現(xiàn)對軸類構(gòu)

件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力不同深度梯度的殘余應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確測量，需要改變臨界折射縱波

的檢測頻率，而臨界折射縱波在被測介質(zhì)中的滲透深度與超聲換能器激勵脈沖頻

率有關(guān)。通過試驗研究表明，當(dāng)間隔一定頻率改變激勵和接收換能器的中心頻率，

檢測深度發(fā)生改變。以通常采用的檢測超聲換能器中心頻率0.1～20MHz為例，

臨界折射縱波滲透深度與中心頻率滿足如下關(guān)系為：

-1.07（）

DSf1

式中：

D——滲透深度（mm）；

f——超聲換能器中心頻率（MHz）；

S——滲透深度修正系數(shù)，無量綱

表1高強(qiáng)度鋼傳動軸扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力檢測頻率和檢測深度對照表

檢測頻率（MHz）20.015.010.07.55.02.51.00.50.20.1

檢測深度（mm）0.240.330.500.681.052.215.912.3933.0269.32

6.檢測系統(tǒng)構(gòu)成：檢測系統(tǒng)的組成需滿足GB/T32073的相關(guān)要求，符合超

聲無損檢測標(biāo)準(zhǔn)。

7.被檢測構(gòu)件：被測軸類構(gòu)件表面應(yīng)滿足粗糙度要求，以便于良好的耦合

探頭進(jìn)行聲波傳導(dǎo)。

8.檢測探頭和耦合：檢測軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力時，應(yīng)該使接觸面超聲探

頭與被檢測軸類構(gòu)件表面良好貼合。為了達(dá)到上述目的，聲楔塊接觸面

曲率要與被測軸類構(gòu)件待測接觸面一致，經(jīng)過耦合劑后，具有良好的耦

合狀態(tài)。

9.標(biāo)定試樣與應(yīng)力系數(shù)K：

圖2基準(zhǔn)零應(yīng)力軸類試塊的高能聲束制備原理示意圖

采用GB/T38811所述方法對試樣進(jìn)行高能聲束處理，消減標(biāo)準(zhǔn)試樣內(nèi)部的殘

余應(yīng)力，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試樣內(nèi)部殘余應(yīng)力小于等于試樣材料的±1~5%屈服強(qiáng)度時，認(rèn)

為此時方法獲得處理后的校準(zhǔn)試樣內(nèi)部殘余應(yīng)力值近似認(rèn)為是零應(yīng)力。

2、主要技術(shù)差異

本標(biāo)準(zhǔn)與GB/T32073-2015《無損檢測殘余應(yīng)力超聲臨界折射縱波檢測方法》

相比，主要修訂內(nèi)容如下:

—增加了對探頭的形狀尺寸進(jìn)行了示意說明、零應(yīng)力試塊尺寸范圍；

—補(bǔ)充完善了曲面構(gòu)件殘余應(yīng)力超聲檢測的計算公式、原理說明、超聲探頭

布置位置。

本標(biāo)準(zhǔn)與GB/T38811-2020《金屬材料殘余應(yīng)力聲束控制法》相比，主要修

訂內(nèi)容如下:

—補(bǔ)充完善了基準(zhǔn)零應(yīng)力試樣內(nèi)部殘余應(yīng)力小于等于試樣材料的±1~5%屈

服強(qiáng)度時，認(rèn)為此時方法獲得處理后的校準(zhǔn)試樣內(nèi)部殘余應(yīng)力值近似認(rèn)為是零應(yīng)

力。

四、主要試驗(或驗證)情況

有下列情況之一應(yīng)提供試驗(或驗證)報告：

表1支撐該標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的科研項目

序號項目編號項目名稱屬性時間段

多維度應(yīng)力場高準(zhǔn)確度定量表征與

12021YFF0600500國家科技部重點研發(fā)項目2021.01～2023.12

測量關(guān)鍵技術(shù)研究

XXX殘余應(yīng)力超聲檢測與調(diào)控理論

2基礎(chǔ)加強(qiáng)軍科委2020.11～2025.11

和方法

3XXX重點工程XXX系統(tǒng)原理樣機(jī)研制國家科工局2020.10～2022.12

420120341198扭力軸殘余應(yīng)力檢測北京北方車輛集團(tuán)有限公司2015.10-2016.03

520110341152盤類零件殘余應(yīng)力檢測與消除技術(shù)內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)有限公司2012.10-2013.11

6J172012C002殘余應(yīng)力超聲法測量方法及校準(zhǔn)科工局技術(shù)基礎(chǔ)2012.01-2014.12

火炮身管自緊應(yīng)力測量及校準(zhǔn)技術(shù)

72371383700097中國兵器集團(tuán)項目2013.01-2016.12

研究

殘余應(yīng)力矢量場的超聲無損檢測機(jī)

820120342006?；A(chǔ)科研基金2013.03-2014.12

理研究

彈性固體殘余應(yīng)力場的原位聲能控

951275042國家自然科學(xué)基金2013.01-2016.12

制機(jī)理

三維殘余應(yīng)力場超聲無損檢測原理

1051305028國家自然科學(xué)基金2014.01-2016.12

和方法

金屬構(gòu)件殘余應(yīng)力矢量場的超聲無

1120131101120017教育部基金項目2014.01-2016.12

損檢測機(jī)理研究

航天用弱剛度鋁合金構(gòu)件殘余應(yīng)力

12U1737203國家自然基金重點項目2018-2021

分布超聲無損檢測與高能聲束原位

調(diào)控技術(shù)

***構(gòu)件殘余應(yīng)力超聲檢測與控制方

13*****國家重大基礎(chǔ)研究項目2020-2025

法

電力裝備和工程建設(shè)領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)

142016YFF0202805研究（殘余應(yīng)力檢測技術(shù)的國際標(biāo)國家國際標(biāo)準(zhǔn)化合作項目2016-2019

準(zhǔn)）

***內(nèi)部殘余應(yīng)力與疲勞狀態(tài)檢測方

15***國家部委預(yù)研項目2016-2020

法研究

15******火炸藥殘余應(yīng)力無損檢測技術(shù)國家部委預(yù)研項目2016-2020

14201703-120北京新機(jī)場鋼構(gòu)焊接殘余應(yīng)力檢測國家重大工程（合作項目）2017-2018

特種車輛扭力軸殘余應(yīng)力檢測與調(diào)

15201703-89國家型號工程技術(shù)服務(wù)項目2017-2018

控技術(shù)

西部管道焊接殘余應(yīng)力超聲無損檢

16201703-34國家重大工程技術(shù)服務(wù)項目2017-2022

測與調(diào)控技術(shù)

軸類構(gòu)件殘余應(yīng)力分布的超聲無損檢測方法在上述領(lǐng)域的應(yīng)用成果研究為

本標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了堅實的基礎(chǔ)，特別是滿足了在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用需求，

使我國傳動軸、扭力軸、扭桿等構(gòu)件的無損檢測技術(shù)居于世界先進(jìn)水平，將推動

相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利問題。

五、預(yù)期達(dá)到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況

本標(biāo)準(zhǔn)將于2023年首次發(fā)布。

通過修訂，充分納入和反映了當(dāng)今新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的先進(jìn)技術(shù)成果，

解決標(biāo)齡老化問題，保證標(biāo)準(zhǔn)的時效性，為殘余應(yīng)力超聲無損檢測的推廣應(yīng)用提

供了有力的技術(shù)支撐，為指導(dǎo)和規(guī)范軸類構(gòu)件生產(chǎn)和驗收提供了依據(jù)，有利于提

高產(chǎn)品的技術(shù)性能、安全可靠性及環(huán)保性能。

通過標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施，將促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，增強(qiáng)產(chǎn)品的國內(nèi)外市場競爭力，

同時為推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化升級創(chuàng)造條件，對規(guī)范市場競爭，引導(dǎo)市場良性

發(fā)展，加快我國軸類零件加工制造技術(shù)快速發(fā)展具有積極的促進(jìn)作用。

六、與國際、國外對比情況

本標(biāo)準(zhǔn)水平為國際領(lǐng)先水平、國內(nèi)先進(jìn)水平。

七、在標(biāo)準(zhǔn)體系中的位置，與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)

制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性

本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

八、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無

九、標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)的建議說明

建議本標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。

十、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

一般情況下，建議本標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布6個月后實施。

十一、廢止或代替現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無

十二、其他應(yīng)予說明的事項

無

標(biāo)準(zhǔn)編制工作組

2023年01月16日

一、工作簡況

1、任務(wù)來源

本項目是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國標(biāo)委綜合[2021]28號文“關(guān)于下達(dá)

2021年第三批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計劃的通知”下達(dá)的項目

計劃，計劃號20214299-T-605，項目名稱為“鋼產(chǎn)品無損檢測軸類構(gòu)件內(nèi)部扭

轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)超聲檢測方法”。本項目是制定標(biāo)準(zhǔn)項目。主要起草單位:

北京理工大學(xué)、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、北京北方車輛廠、內(nèi)蒙古第一機(jī)械制

造廠等，計劃完成時間為2023年。

2、標(biāo)準(zhǔn)化對象簡要情況

不均勻溫度場、塑性變形、不均勻相變和加工過程都會使軸類構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生

和駐留殘余應(yīng)力，尤其是軸類構(gòu)件從毛胚的鍛造成型、車削、磨削、滾壓或噴丸、

表面淬火的塑性和冷熱加工過程，使得傳動軸、曲軸、絲杠、轉(zhuǎn)軸和閥芯等軸類

構(gòu)件內(nèi)部必然會產(chǎn)生和駐留按一定梯度分布的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力成為軸類構(gòu)件

構(gòu)件的一個基本物理屬性，對全生命周期中的軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、加工變形、保

形能力及抗疲勞能力有著顯著影響和極其重要作用。

殘余應(yīng)力是軸類構(gòu)件中固有的。軸類構(gòu)件的坯料成型往往采用鍛造、拉拔、

鍛打等，不均勻的外載荷和溫度載荷導(dǎo)致構(gòu)件中包含分布不均勻的殘余應(yīng)力場。

曲軸毛坯的初始?xì)堄鄳?yīng)力分布狀態(tài)對后續(xù)加工變形影響很大，通常曲軸車削的去

除量較大，曲軸中臺階、R角變厚度結(jié)構(gòu)多，也是車削過程造成殘余應(yīng)力失去平

衡狀態(tài)的重要部位，通常在溝槽、開孔和臺階過渡R角等變厚度部位容易產(chǎn)生殘

余應(yīng)力過渡集中而出現(xiàn)劇烈變形或開裂。而經(jīng)車削、磨削等去材加工引入的殘余

應(yīng)力也會對后續(xù)加工變形造成很大影響，直接影響到成品精度和加工效率。

殘余應(yīng)力危害存在于軸類構(gòu)件的全生命周期，隨著軸類構(gòu)件的加工和服役

過程，扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)是動態(tài)的，具有隨溫度和載荷環(huán)境的時變特性，

軸類構(gòu)件在加工及服役過程中容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力集中或非平衡狀態(tài)。殘余應(yīng)力

在零件毛胚成型、構(gòu)件加工、部件裝配和產(chǎn)品服役以及維修保障等多個環(huán)節(jié)中對

軸類產(chǎn)品的質(zhì)量、安全性和可靠性都產(chǎn)生了極其重要的影響；通常，軸向表層方

向殘余應(yīng)力不均勻會導(dǎo)致構(gòu)件彎曲變形和斷裂，周向和不同角度旋轉(zhuǎn)方向殘余應(yīng)

力不均勻會影響軸類構(gòu)件的抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度、或出現(xiàn)斷裂，因此，不同方

向的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)會導(dǎo)致軸類構(gòu)件具有不同形態(tài)的變形和斷裂，重要的是，

拉伸殘余應(yīng)力降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并促進(jìn)腐蝕開裂和變形，而且殘余應(yīng)力分布狀態(tài)隨著

結(jié)構(gòu)形式、環(huán)境溫度和外界載荷的變化而重新動態(tài)分布的，對軸類構(gòu)件的服役強(qiáng)

度和疲勞壽命有重要影響；因此，無損而準(zhǔn)確量化地獲得軸類構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力

梯度分布狀態(tài)是提高加工精度和保形能力、提高扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和服役疲勞壽命的前提

和當(dāng)務(wù)之急。

軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布的超聲無損檢測方法具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可為

航空發(fā)動機(jī)主軸、直升飛機(jī)齒輪箱傳動軸、高鐵傳動軸和扭桿、車輛扭力軸、汽

輪機(jī)和水輪機(jī)主軸、電機(jī)主軸、高精密機(jī)床主軸、軸承和閥芯等軸類構(gòu)件在生產(chǎn)

制備和服役使用過程中，提供軸類構(gòu)件表層內(nèi)部殘余應(yīng)力梯度分布狀態(tài)的無損檢

測與服役性能與可靠性壽命評估，目前該方法已經(jīng)在多個高端領(lǐng)域的尖端設(shè)備上

逐漸廣泛應(yīng)用，對相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平提升具有積極意義。例如，中國兵器

集團(tuán)616廠的396發(fā)動機(jī)曲軸、617廠主戰(zhàn)坦克綜合傳遞箱體傳動軸/扭力軸、

618廠裝甲運(yùn)兵車扭力軸，及高鐵電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸（永濟(jì)電機(jī)廠）、鐵路貨車輪對

輪軸（唐山車輛廠、太原鐵路局）、水輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸（成都國家電力研究院）、航

空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子中心軸（黎明航空發(fā)動機(jī)研究所）等大量軸類零件開始了工程應(yīng)用

和試驗研究。

項目組標(biāo)準(zhǔn)起草人員緊密聯(lián)系我國高端領(lǐng)域國家尖端裝備研制和生產(chǎn)使用

的迫切需求，結(jié)合軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布無損檢測技術(shù)發(fā)展的成熟度，及時

研發(fā)了軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的超聲無損檢測方法，經(jīng)過大量的工程應(yīng)

用和實踐，形成了本項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，旨在規(guī)范該技術(shù)方法的工程應(yīng)用及檢測過程和

檢測結(jié)果的一致性；該標(biāo)準(zhǔn)的實施將促進(jìn)軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布的超聲無損

檢測方法在我國無損檢測領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，提高航空、兵器、船舶和車

輛、電力和軸承與傳動、高端機(jī)床領(lǐng)域等制造業(yè)精密軸類構(gòu)件的相關(guān)無損檢測與

質(zhì)量評估的發(fā)展，檢測結(jié)果可作為反饋信息用于指導(dǎo)制造工藝和設(shè)計等，推動相

關(guān)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，該標(biāo)準(zhǔn)方法的實施將促進(jìn)更多企業(yè)在傳動軸、扭力軸

和扭桿等構(gòu)件的無損檢測應(yīng)用。

2、主要工作過程

起草(草案、調(diào)研)階段:計劃下達(dá)后，2022年9月1日全國鋼標(biāo)委無損檢測

分技術(shù)委員會分委員會組織各起草單位成立了起草工作組，由北京理工大學(xué)為組

長單位，負(fù)責(zé)主要起草工作。工作組對國內(nèi)外軸類構(gòu)件產(chǎn)品超聲無損檢測方法和

技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研，同時廣泛搜集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)外技術(shù)資料，

進(jìn)行了大量的研究分析、資料查證工作，結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)驗，進(jìn)行全面總結(jié)和歸

納，在此基礎(chǔ)上編制出《鋼產(chǎn)品無損檢測軸類構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力分布狀態(tài)超聲

檢測方法》標(biāo)準(zhǔn)草案初稿。經(jīng)工作組及有關(guān)專家研討后，對標(biāo)準(zhǔn)草案初稿進(jìn)行了

認(rèn)真的修改，于2022年10月形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿及其編制說明等相關(guān)附件，

報全國鋼標(biāo)委無損檢測分技術(shù)委員會分委員會秘書處。

3、主要參加單位和工作組成員及其所做的工作

本標(biāo)準(zhǔn)由北京理工大學(xué)、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、北京北方車輛廠、內(nèi)蒙

古第一機(jī)械制造廠、山西柴油機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司、黎明發(fā)動機(jī)制造技術(shù)有限公

司、國家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、中車永濟(jì)電機(jī)有限公司、中車唐山

機(jī)車車輛有限公司，濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司。

主要成員:徐春廣、宋文淵、盧鈺仁、楊光粲、尹鵬、董莉、薛建忠、李培

祿、栗雙怡、單志鵬、李宏偉、李文凱、張文君、肖定國、白龍、劉仕淵、李喆、

董德秀、鄧韜、李陽、劉海寧、孫明學(xué)、張云龍、許紅紅、孫東、李宗強(qiáng)，等。

工作分工:徐春廣任工作組組長，主持全面協(xié)調(diào)工作，負(fù)責(zé)對各階段標(biāo)準(zhǔn)的

審核;盧鈺仁為本標(biāo)準(zhǔn)主要執(zhí)筆人，負(fù)責(zé)本標(biāo)準(zhǔn)的具體起草與編制;宋文淵、尹

鵬、栗雙怡負(fù)責(zé)國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和資料的收集、分析及資料查證，對產(chǎn)品生

產(chǎn)工藝、性能和使用經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)和歸納;盧鈺仁、宋文淵負(fù)責(zé)對國內(nèi)外產(chǎn)品和

技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展情況進(jìn)行全面調(diào)研，李培祿負(fù)責(zé)對各方面的意見及建議進(jìn)行歸

納、整理。冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院董莉和薛建忠負(fù)責(zé)立項籌備和協(xié)調(diào)工作，其

它參編單位相關(guān)人員參加了技術(shù)應(yīng)用和驗證工作。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)在制定/修訂過程中，遵循“面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主制定、適時

推出、及時修訂、不斷完善”的原則，注重標(biāo)準(zhǔn)修訂與技術(shù)創(chuàng)新、試驗驗證、產(chǎn)

業(yè)推進(jìn)、應(yīng)用推廣相結(jié)合，本著先進(jìn)性、科學(xué)性、合理性和可操作性以及標(biāo)準(zhǔn)的

目標(biāo)、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性和規(guī)范性的原則來進(jìn)行本標(biāo)準(zhǔn)的制定/

修訂工作。

采用國際標(biāo)準(zhǔn)制修訂的標(biāo)