ATQ 005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)

本書系中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟（CSTM）合格評定試驗人員能力專業(yè)委員會與全國分析檢測人員能力培訓委員會（NTC）聯(lián)合組編的“CSTM/NTC專業(yè)試驗與通用基礎(chǔ)技術(shù)能力系列培訓教材”之一。
本書依據(jù)CSTM合格評定試驗人員能力專業(yè)委員會與NTC的《ATQ 005殘余應(yīng)力檢測技術(shù)考核與培訓大綱》編寫，包括殘余應(yīng)力檢測的相關(guān)基礎(chǔ)知識、殘余應(yīng)力的有損檢測和殘余應(yīng)力的無損檢測三部分內(nèi)容，介紹了鉆孔應(yīng)變法、全釋放應(yīng)變法、逐層剝離法、輪廓法、裂紋柔度法、深孔法、壓痕應(yīng)變法、X射線衍射法、中子衍射法、超聲法、磁測法等11種常用殘余應(yīng)力檢測技術(shù)。
本書涵蓋了從事殘余應(yīng)力檢測工作的試驗人員需要掌握的理論、儀器和應(yīng)用的通用基礎(chǔ)與專業(yè)試驗知識，并附有思考題，可作為培訓殘余應(yīng)力檢測人員的教材，也可作為高校和科研院所的相關(guān)科研、教學人員及分析檢測機構(gòu)技術(shù)人員的參考用書。

范弘，教授級高工，享受國務(wù)院政府特殊津貼專家。曾任鋼鐵研究總院測試所無損檢測室主任、國家冶金工業(yè)鋼材無損檢測中心主任，鋼研納克檢測技術(shù)有限公司無損檢測事業(yè)部總經(jīng)理，中國金屬學會分析測試分會委員、無損檢測專業(yè)委員會主任委員，冶金無損檢測人員資格鑒定與認證委員會秘書長，中國機械工程學會無損檢測分會常務(wù)委員，中國聲學學會檢測聲學分會委員，《物理測試》和《無損檢測》編委?，F(xiàn)退休返聘，擔任中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟（CSTM）秘書長，中國金屬學會無損檢測分會副主任委員。主持承擔國家重大科研課題11項；獲國家專利20余項；獲省部級科學技術(shù)獎一等獎1次、二等獎1次、三等獎3次（均為第1獲獎人）；主持制、修訂國家和行業(yè)標準19個、團體標準8個；著有《金屬材料的渦流檢測》和《鐵磁金屬材料的漏磁檢測》以及學術(shù)論文30余篇。從1992年起參加過大量金屬相關(guān)領(lǐng)域、行業(yè)的檢測技術(shù)中高 級人員的培訓教學。

1.《ATQ005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)》是國內(nèi)首部全面、系統(tǒng)介紹殘余應(yīng)力檢測技術(shù)的培訓教材。 2.《ATQ005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)》以標準規(guī)定的方法為導向，講述殘余應(yīng)力檢測在各個工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。 3.《ATQ005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)》全方位闡述殘余應(yīng)力檢測的基礎(chǔ)知識、概念和理論。目前同類書籍未見有相同的系統(tǒng)論述。 4.《ATQ005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)》介紹了11種常用殘余應(yīng)力檢測技術(shù)，均按照“基礎(chǔ)知識”“檢測方法和檢測設(shè)備”“數(shù)據(jù)處理”和“標準與應(yīng)用”四個模塊闡述，形成對所述技術(shù)全視角覆蓋。 5.《ATQ005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)》參編人員均為該領(lǐng)域參加過培訓教學的專家和教師，其中相當一部分作者主持制定或參與制定過殘余應(yīng)力檢測的國家標準，書中凝結(jié)了他們的經(jīng)驗，兼具權(quán)威性與實用性。

近二三十年以來，隨著工程和材料科學應(yīng)用需求的快速增長、微電子與計算機技術(shù)的進步和普及，殘余應(yīng)力檢測技術(shù)取得了突破性的進展，新的檢測方法不斷出現(xiàn)，測試儀器水平持續(xù)提升，實驗程序步驟愈加規(guī)范，測量數(shù)據(jù)精度大大提高，發(fā)展至今已形成二十多種較為完善的分析檢測方法。目前，殘余應(yīng)力檢測已成為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝效果改善、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和設(shè)備安全分析中不可缺少的重要手段。殘余應(yīng)力檢測也從隸屬于物理測試的一個學科分支，發(fā)展成為一個專門的檢測技術(shù)領(lǐng)域。伴隨著應(yīng)用日益廣泛，從事殘余應(yīng)力分析檢測的人員也越來越多。使分析檢測從業(yè)人員（特別是新人）全面、系統(tǒng)地了解檢測原理和檢測特點，熟練、規(guī)范地掌握檢測方法和檢測設(shè)備，完整、準確地運用檢測標準和檢測規(guī)則，已是殘余應(yīng)力檢測工作中面臨的一項重要任務(wù)內(nèi)容。
本書是在中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟（CSTM）合格評定試驗人員能力專業(yè)委員會和全國分析檢測人員能力培訓委員會（NTC）統(tǒng)一規(guī)劃下，按照《ATQ 005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)考核與培訓大綱》的要求，面向殘余應(yīng)力分析檢測人員編寫的一部專用培訓教材，同時也可供其他相關(guān)領(lǐng)域的分析檢測人員以及大專院校相關(guān)專業(yè)的學生參考。
本教材共分三大部分14章。第一部分是公共基礎(chǔ)知識部分，含3章內(nèi)容，分別介紹了金屬材料有關(guān)理論以及應(yīng)力和殘余應(yīng)力基本概念，殘余應(yīng)力檢測方法、分類、特點和結(jié)果不確定度評定，以及殘余應(yīng)力調(diào)控方法，旨在使讀者對殘余應(yīng)力檢測技術(shù)獲得概貌了解。第二部分和第三部分按殘余應(yīng)力的有損檢測和無損檢測分成兩類，分別介紹了11種常用殘余應(yīng)力檢測技術(shù)，共11章，每章都按照以檢測原理和應(yīng)用特點為內(nèi)容的“基礎(chǔ)知識”、以檢測工藝和主要工具為對象的“方法和設(shè)備”、以應(yīng)力計算和結(jié)果分析為主線的“數(shù)據(jù)處理”、以規(guī)范檢測和掌控實操為目標的“標準和應(yīng)用”四個模塊方式介紹一種殘余應(yīng)力檢測技術(shù)。
本教材由來自CSTM、東莞材料基因高等理工研究院、中國科學院金屬物理所、山東大學、石家莊鐵道大學、山東建筑大學、山東農(nóng)業(yè)大學、中鋁材料應(yīng)用研究院、武漢理工大學的16位專家學者組成編委會，共同合作撰寫完成，各位編著者分別承擔的工作如下：全書由范弘統(tǒng)稿主編；第1章中1.1由饒德林、1.2由馬艷玲、1.3由李榮鋒編寫；第2章中2.1由沈克、2.2由牛關(guān)梅和李榮鋒、2.3由范弘、2.4由沈克、2.5由饒德林和陳靜、2.6由馬艷玲編寫；第3章由馬艷玲編寫；第4章由李榮鋒編寫；第5章、第9章和第10章由陳靜編寫；第6章由吳桂毅編寫；第7章由張瑞堯編寫；第8章由路來驍、周長安和孫杰編寫；第11章由莫家豪、張瑞堯和汪選國編寫；第12章由高建波編寫；第13章由宋文濤編寫；第14章由范弘編寫。
在本教材編寫中，參考了大量國內(nèi)外公開發(fā)表的與殘余應(yīng)力檢測有關(guān)的資料，包括著作、文章、論文、標準和手冊等，在此謹向參考文獻的原作者表示感謝。在編寫過程中，編委會根據(jù)各行業(yè)殘余應(yīng)力分析檢測人員培訓的特點，兼顧各類知識層次人員的需求，力求通俗、實用，并盡量與國際、國內(nèi)殘余應(yīng)力檢測標準要求相一致。在系統(tǒng)地介紹殘余應(yīng)力檢測必要知識的同時，盡可能多地反映近年來科研和儀器制造方面的新成果。但由于應(yīng)力檢測技術(shù)涉及的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，測試儀器的類型、功能和性能不斷發(fā)展變化，以及受編著者學識和能力所限，書中難免有疏漏和不足之處，敬請讀者批評指正。
在本教材編寫過程中，王海舟院士給予了悉心、具體的指導，NTC秘書處佟艷春主任精心、周密組織，還有許多同志為本書付出了辛勤的勞動，在此一并致以深深的謝意。

《ATQ 005 殘余應(yīng)力檢測技術(shù)》編委會
2024年3月

第一部分殘余應(yīng)力檢測相關(guān)知識
第1章殘余應(yīng)力相關(guān)基礎(chǔ)知識2
1.1金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)2
1.1.1典型金屬晶體結(jié)構(gòu)2
1.1.2金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)7
1.1.3位錯及位錯運動10
1.2金屬材料的力學性能及彈性力學理論12
1.2.1基本概念13
1.2.2應(yīng)力狀態(tài)表征16
1.2.3應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系18
1.2.4應(yīng)力變換20
1.2.5應(yīng)變變換21
1.2.6彈性力學基本方程*25
1.3殘余應(yīng)力的基本概念28
1.3.1殘余應(yīng)力的定義28
1.3.2殘余應(yīng)力的產(chǎn)生28
1.3.3殘余應(yīng)力的種類31
1.3.4殘余應(yīng)力的影響40
思考題46
參考文獻47

第2章殘余應(yīng)力檢測技術(shù)概述48
2.1殘余應(yīng)力檢測的基本概念48
2.2殘余應(yīng)力檢測的主要方法和分類49
2.2.1殘余應(yīng)力主要檢測方法49
2.2.2殘余應(yīng)力檢測方法的分類51
2.3殘余應(yīng)力檢測的特點與局限性53
2.3.1殘余應(yīng)力檢測的特點53
2.3.2殘余應(yīng)力檢測的局限性54
2.4殘余應(yīng)力檢測方法的選擇55
2.4.1概述55
2.4.2適用對象的比較55
2.4.3檢測范圍的比較56
2.4.4檢測精度的比較57
2.4.5檢測特點的比較57
2.5殘余應(yīng)力應(yīng)變檢測法的主要設(shè)備58
2.5.1應(yīng)變計59
2.5.2應(yīng)變測量儀62
2.6殘余應(yīng)力檢測結(jié)果不確定度的評定方法65
2.6.1評定檢測結(jié)果不確定度的意義65
2.6.2評定檢測結(jié)果不確定度的基本概念65
2.6.3評定檢測結(jié)果不確定度的通用步驟66
2.6.4殘余應(yīng)力檢測結(jié)果不確定度評定實例67
思考題69
參考文獻70

第3章殘余應(yīng)力調(diào)控技術(shù)概述71
3.1殘余應(yīng)力調(diào)控的基本概念71
3.2內(nèi)膛擠壓法72
3.2.1內(nèi)膛擠壓法的原理72
3.2.2內(nèi)膛擠壓法的處理工藝72
3.2.3內(nèi)膛擠壓法的種類73
3.2.4內(nèi)膛擠壓法的處理效果74
3.3振動時效法74
3.3.1振動時效法原理和設(shè)備74
3.3.2振動時效參數(shù)選擇75
3.3.3振動時效操作程序76
3.3.4振動時效效果評定76
3.3.5振動時效法的特點77
3.3.6振動時效法的應(yīng)用77
3.4拋噴丸法79
3.4.1拋噴丸法的原理79
3.4.2拋噴丸法的種類及特點79
3.4.3拋噴丸法的工藝參數(shù)79
3.4.4拋噴丸法的處理效果80
3.5熱處理法80
3.5.1熱處理基礎(chǔ)知識80
3.5.2熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的概念81
3.5.3消除殘余應(yīng)力的熱處理方法82
3.5.4引入殘余壓應(yīng)力的熱處理方法83
3.6爆炸法83
3.6.1爆炸法的原理83
3.6.2爆炸法的工藝84
3.6.3爆炸處理效果的評價85
3.6.4爆炸法的特點85
3.6.5爆炸法對材料性能的影響85
3.7設(shè)計與工藝補償法*86
3.7.1設(shè)計與工藝補償法概述86
3.7.2設(shè)計與工藝補償法的應(yīng)用86
3.7.3設(shè)計與工藝補償法的特點91
思考題91
參考文獻92


第二部分殘余應(yīng)力有損檢測技術(shù)
第4章殘余應(yīng)力的鉆孔應(yīng)變法檢測技術(shù)94
4.1鉆孔應(yīng)變法基礎(chǔ)知識94
4.1.1鉆孔應(yīng)變法的發(fā)展簡史94
4.1.2鉆孔應(yīng)變法的基本原理95
4.1.3鉆孔應(yīng)變法的特點98
4.2鉆孔應(yīng)變法的檢測方法和檢測設(shè)備99
4.2.1鉆孔應(yīng)變法的檢測方法99
4.2.2鉆孔應(yīng)變法的檢測設(shè)備103
4.3鉆孔應(yīng)變法的數(shù)據(jù)處理104
4.3.1殘余應(yīng)力的計算104
4.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素109
4.3.3檢測結(jié)果的不確定度分析*110
4.4鉆孔應(yīng)變法的標準與應(yīng)用112
4.4.1鉆孔應(yīng)變法的檢測標準112
4.4.2鉆孔應(yīng)變法的典型應(yīng)用115
思考題120
參考文獻120

第5章殘余應(yīng)力的全釋放應(yīng)變法檢測技術(shù)122
5.1全釋放應(yīng)變法基礎(chǔ)知識122
5.1.1全釋放應(yīng)變法的發(fā)展簡史122
5.1.2全釋放應(yīng)變法的基本原理122
5.1.3全釋放應(yīng)變法的特點125
5.2全釋放應(yīng)變法的檢測方法和主要設(shè)備126
5.2.1全釋放應(yīng)變法的檢測工藝126
5.2.2全釋放應(yīng)變法的切割設(shè)備129
5.3全釋放應(yīng)變法的數(shù)據(jù)處理130
5.3.1殘余應(yīng)力的計算130
5.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素131
5.3.3檢測結(jié)果的不確定度評定*131
5.4全釋放應(yīng)變法的標準與應(yīng)用135
5.4.1全釋放應(yīng)變法的檢測標準135
5.4.2全釋放應(yīng)變法的典型應(yīng)用138
思考題143
參考文獻143

第6章殘余應(yīng)力的逐層剝離法檢測技術(shù)144
6.1逐層剝離法基礎(chǔ)知識144
6.1.1逐層剝離法的發(fā)展簡史144
6.1.2逐層剝離法的基本原理145
6.1.3逐層剝離法的特點148
6.2逐層剝離法的檢測方法和檢測設(shè)備149
6.2.1逐層剝離法的檢測方法149
6.2.2逐層剝離法的檢測設(shè)備151
6.3逐層剝離法的數(shù)據(jù)處理152
6.3.1殘余應(yīng)力的計算152
6.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素153
6.4逐層剝離法的應(yīng)用案例154
思考題159
參考文獻159

第7章殘余應(yīng)力的輪廓法檢測技術(shù)160
7.1輪廓法基礎(chǔ)知識160
7.1.1輪廓法的發(fā)展簡史160
7.1.2輪廓法的基本原理161
7.1.3輪廓法的前提假設(shè)161
7.1.4輪廓法的特點162
7.2輪廓法的檢測方法和檢測設(shè)備162
7.2.1輪廓法的檢測方法162
7.2.2輪廓法的檢測設(shè)備164
7.3輪廓法的數(shù)據(jù)處理166
7.3.1數(shù)據(jù)對齊和數(shù)據(jù)平均166
7.3.2數(shù)據(jù)清洗和平滑處理166
7.3.3有限元建模及殘余應(yīng)力的計算167
7.3.4測量結(jié)果的主要影響因素167
7.3.5誤差分析168
7.4輪廓法的標準與應(yīng)用169
7.4.1輪廓法的檢測標準169
7.4.2輪廓法的典型應(yīng)用172
練習題174
參考文獻175

第8章殘余應(yīng)力的裂紋柔度法檢測技術(shù)177
8.1裂紋柔度法基礎(chǔ)知識177
8.1.1裂紋柔度法的發(fā)展簡史177
8.1.2裂紋柔度法的檢測原理和基本假設(shè)177
8.1.3裂紋柔度法的特點179
8.2裂紋柔度法的檢測方法和檢測設(shè)備180
8.2.1裂紋柔度法的檢測方法180
8.2.2裂紋柔度法的檢測設(shè)備183
8.3裂紋柔度法的數(shù)據(jù)處理184
8.3.1柔度函數(shù)的計算184
8.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素185
8.3.3檢測結(jié)果的不確定度評定*186
8.4裂紋柔度法的典型應(yīng)用187
練習題191
參考文獻192

第9章殘余應(yīng)力的深孔法檢測技術(shù)193
9.1深孔法基礎(chǔ)知識193
9.1.1深孔法的發(fā)展簡史193
9.1.2深孔法的基本原理194
9.1.3深孔法的特點197
9.2深孔法的檢測方法與檢測設(shè)備197
9.2.1深孔法的檢測工藝197
9.2.2深孔法的主要設(shè)備201
9.3深孔法的數(shù)據(jù)處理和應(yīng)力計算203
9.3.1參考孔內(nèi)徑測量數(shù)據(jù)的處理203
9.3.2殘余應(yīng)力的計算204
9.3.3檢測結(jié)果的主要影響因素205
9.4深孔法的典型應(yīng)用208
思考題212
參考文獻212

第10章殘余應(yīng)力的壓痕應(yīng)變法檢測技術(shù)214
10.1壓痕應(yīng)變法基礎(chǔ)知識214
10.1.1壓痕應(yīng)變法的發(fā)展簡史214
10.1.2壓痕應(yīng)變法的基本原理215
10.1.3壓痕應(yīng)變法的特點217
10.2壓痕應(yīng)變法的檢測方法和檢測設(shè)備218
10.2.1壓痕應(yīng)變法的標定試驗218
10.2.2壓痕應(yīng)變法的檢測方法220
10.2.3壓痕應(yīng)變法的檢測設(shè)備221
10.3壓痕應(yīng)變法的數(shù)據(jù)處理224
10.3.1殘余應(yīng)力的計算224
10.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素225
10.3.3檢測結(jié)果的不確定度評定*227
10.4壓痕應(yīng)變法的標準與應(yīng)用231
10.4.1壓痕應(yīng)變法的檢測標準231
10.4.2壓痕應(yīng)變法的典型應(yīng)用233
思考題237
參考文獻237


第三部分殘余應(yīng)力無損檢測技術(shù)
第11章殘余應(yīng)力的X射線衍射法檢測技術(shù)240
11.1X射線衍射法基礎(chǔ)知識240
11.1.1X射線衍射法的發(fā)展簡史240
11.1.2布拉格定律與X射線檢測原理241
11.1.3X射線衍射法的特點244
11.2X射線衍射法的檢測方法和檢測設(shè)備245
11.2.1X射線衍射法的主要檢測方法245
11.2.2試樣的選擇和制備250
11.2.3X射線衍射法的檢測工藝步驟251
11.2.4X射線衍射應(yīng)力測量儀254
11.3X射線衍射法的數(shù)據(jù)處理256
11.3.1數(shù)據(jù)處理與應(yīng)力計算256
11.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素258
11.3.3檢測結(jié)果的不確定度分析與計算*259
11.4X射線衍射法的標準與應(yīng)用261
11.4.1X射線衍射法的檢測標準261
11.4.2X射線衍射法的典型應(yīng)用267
練習題268
參考文獻269

第12章殘余應(yīng)力的中子衍射法檢測技術(shù)271
12.1中子衍射法基礎(chǔ)知識271
12.1.1中子衍射法的發(fā)展簡史271
12.1.2中子衍射法的基本原理272
12.1.3中子衍射法的特點273
12.2中子衍射法的檢測方法和檢測設(shè)備274
12.2.1中子衍射法的檢測方法274
12.2.2中子衍射法的檢測設(shè)備279
12.3中子衍射法的數(shù)據(jù)處理281
12.3.1衍射數(shù)據(jù)分析281
12.3.2應(yīng)力計算283
12.3.3檢測結(jié)果的主要影響因素284
12.3.4檢測結(jié)果的不確定度評定*285
12.3.5報告結(jié)果287
12.4中子衍射法的標準與應(yīng)用288
12.4.1中子衍射法的檢測標準288
12.4.2中子衍射法的典型應(yīng)用290
思考題293
參考文獻294

第13章殘余應(yīng)力的超聲法檢測技術(shù)295
13.1超聲法基礎(chǔ)知識295
13.1.1超聲法的發(fā)展簡史295
13.1.2超聲法的檢測原理296
13.1.3超聲法的種類301
13.1.4超聲法的應(yīng)用特點302
13.2超聲法的檢測方法和檢測設(shè)備303
13.2.1超聲法的標定試驗303
13.2.2超聲法的檢測工藝306
13.2.3超聲法的檢測設(shè)備308
13.3超聲法的數(shù)據(jù)處理312
13.3.1殘余應(yīng)力的計算312
13.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素313
13.3.3檢測結(jié)果的不確定度分析*314
13.4超聲法的標準與應(yīng)用315
13.4.1超聲法的檢測標準315
13.4.2超聲法的典型應(yīng)用316
練習題319
參考文獻320

第14章殘余應(yīng)力的磁測法檢測技術(shù)321
14.1磁測法基礎(chǔ)知識321
14.1.1磁測法的種類和發(fā)展簡史321
14.1.2磁測法的檢測原理323
14.1.3磁測法的應(yīng)用特點329
14.2磁測法的檢測方法和檢測設(shè)備330
14.2.1磁測法的標定試驗330
14.2.2磁測法的檢測工藝333
14.2.3磁測法的檢測設(shè)備334
14.3磁測法的數(shù)據(jù)處理335
14.3.1殘余應(yīng)力的計算335
14.3.2檢測結(jié)果的主要影響因素336
14.4磁測法的標準與應(yīng)用337
14.4.1磁測法的檢測標準337
14.4.2磁測法的典型應(yīng)用340
練習題343
參考文獻344


思考題和練習題參考答案346