《激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法金屬材料》

團體標(biāo)準編制說明

（征求意見稿）

一、工作簡況

1.任務(wù)來源

依據(jù)中航學(xué)字[2024]38號文“關(guān)于《激光超聲應(yīng)力檢測方法金屬材料》與《激光

超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法金屬材料》兩項團體標(biāo)準立項的通知”，《激光超聲應(yīng)力檢測

方法金屬材料》與《激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法金屬材料》兩項團體標(biāo)準于2024

年4月15日立項。并在全國團體標(biāo)準信息平臺()進行了公示。

2.工作組情況

本團體標(biāo)準由北京翔博科技股份有限公司、中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所、北京衛(wèi)

星制造廠有限公司、沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司、中國船舶集團有限公司第七一

九研究所等共同編寫。

主要分工情況如下：

主要起草單位主要起草人主要任務(wù)

進行項目調(diào)研和分析，進行系統(tǒng)設(shè)計、論證和

北京翔博科技股份有張勇、錢宏相關(guān)試驗驗證工作；

限公司斌執(zhí)筆編制初稿、征求意見稿并完成報批稿；

討論稿、報批稿的專家溝通與匯總

中國航發(fā)沈陽發(fā)動機耿長建、陳參與技術(shù)論證與相關(guān)驗證工作；

研究所曉龍參與標(biāo)準的編寫、技術(shù)把關(guān)和方案討論

北京衛(wèi)星制造廠有限楊凱、張斌、專業(yè)性指導(dǎo)；

公司王天明參與標(biāo)準的編寫、方案討論

沈陽飛機工業(yè)（集團）孫國雁、趙

專業(yè)性指導(dǎo)，技術(shù)方案討論

有限公司軍

中國船舶集團有限公李旭、熊景

專業(yè)性指導(dǎo)，技術(shù)方案討論

司第七一九研究所毅、唐敏

3.國內(nèi)外情況

激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法是基于激光的新型應(yīng)用，利用低能量激光誘導(dǎo)的超聲

波作用于材料內(nèi)部，驅(qū)動材料內(nèi)部質(zhì)點運動，使晶格產(chǎn)生微觀塑性變形，使零件呈現(xiàn)

出對疲勞特性有利的壓應(yīng)力狀態(tài)，達到應(yīng)力調(diào)控效果。該方法尚未建立相應(yīng)的國家標(biāo)

-2-

準、行業(yè)標(biāo)準或者團體標(biāo)準，同時也未檢索到相關(guān)的國際標(biāo)準。

相近的標(biāo)準有GB/T38811-2020《金屬材料殘余應(yīng)力聲束控制法》，后者原理是：

在不改變材料的物理和力學(xué)性能情況下，聲束借助耦合介質(zhì)傳導(dǎo)進入構(gòu)件內(nèi)部，驅(qū)動

材料內(nèi)部質(zhì)點沿著聲束方向發(fā)生振動，實現(xiàn)對材料內(nèi)部特定方向殘余應(yīng)力調(diào)控。聲束

指向性可以使聲波能量聚焦到材料表面和內(nèi)部任何部位，實現(xiàn)材料內(nèi)部局部聚焦和定

向消減和均化殘余應(yīng)力。

本方法與前述標(biāo)準方法相比，重點變化在于使用脈沖激光在被處理構(gòu)件上激發(fā)超

聲波，相對能夠獲得的超聲波類型和能量級別均大幅提升，處理效率高、應(yīng)力調(diào)控效

果更好，且激光超聲調(diào)控方法在應(yīng)用時更為簡便，對構(gòu)件的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性更強，具有更

加廣泛的適用場景和更高的生產(chǎn)效率。同時，激光超聲應(yīng)力調(diào)控所用的激光能量相對

于激光沖擊強化（HB/Z20027-2014《激光沖擊處理工藝》）更低，通常低于1焦耳，

在達到工件殘余應(yīng)力調(diào)控效果的同時，避免了在工件表面產(chǎn)生明顯的沖擊凹坑。

4.制訂的基本原則

本標(biāo)準的制定工作遵循“協(xié)調(diào)一致、科學(xué)實用、指導(dǎo)操作、易用性”的原則

協(xié)調(diào)一致原則。編制的新標(biāo)準應(yīng)與相關(guān)的法律法規(guī)和現(xiàn)有標(biāo)準要求相協(xié)調(diào)，標(biāo)準

編制過程中應(yīng)盡可能采用約定俗成的術(shù)語和詞匯。

科學(xué)實用原則。在尊重科學(xué)、緊密結(jié)合實踐、廣泛征求意見及調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，

緊貼實際生產(chǎn)過程，具有可操作性和實用性。

指導(dǎo)操作原則。編制組將本標(biāo)準定位為一份指導(dǎo)性技術(shù)文件。旨在為標(biāo)準使用者

提供必要信息，切實地指導(dǎo)實踐與操作。標(biāo)準應(yīng)明確處理參數(shù)、流程等。

易用性原則。編制標(biāo)準時，應(yīng)充分吸收國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準的成功經(jīng)驗，充分考慮零件

生產(chǎn)過程的具體情況，緊密結(jié)合現(xiàn)狀，保持易用性和適度先進性。

二、標(biāo)準的研制情況

1.制訂的主要工作內(nèi)容

制定標(biāo)準工作計劃、編制制定的原則、標(biāo)準編制內(nèi)容等。

標(biāo)準編制內(nèi)容包括：

1）標(biāo)準的適用范圍

本標(biāo)準規(guī)定了激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控的人員、環(huán)境、設(shè)備、試樣、工藝參數(shù)選擇

與確定、調(diào)控程序、報告等方面要求。

-3-

本文件適用于各種金屬材料零件或試件的殘余應(yīng)力調(diào)控。

2）一般要求

本標(biāo)準對激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控應(yīng)用的人員、環(huán)境、設(shè)備、試樣提出一般性要求，

對設(shè)備的構(gòu)成和各功能模塊及技術(shù)參數(shù)要求進行說明。

3）主要技術(shù)參數(shù)的確定

標(biāo)準給出了實際應(yīng)用過程中需確定幾個重要的參數(shù)條件選取和確定原則，包括激

光入射角度、激光的能量和重復(fù)頻率、光斑的形狀和尺寸、搭接率、吸收層的材質(zhì)和

厚度等方面的參數(shù)條件，對部分參數(shù)條件給出了推薦范圍。

4）調(diào)控的程序

激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控步驟主要包括：工藝方案制定確定、工藝驗證、調(diào)控前準

備、調(diào)控處理、后續(xù)處理、檢驗、報告。標(biāo)準對激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控各流程環(huán)節(jié)的

具體實施方法和要求進行了說明。

5）報告

標(biāo)準給出了激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控報告的一般要求。

2.標(biāo)準制訂的基本過程

2024年3月，北京翔博科技股份有限公司收集有關(guān)技術(shù)和標(biāo)準情況，依據(jù)翔博

科技自主技術(shù)，提出團體標(biāo)準項目申請。

2024年4月12日，中國航空學(xué)會團體標(biāo)準推進工作委員會聯(lián)合在北京組織召開

了《激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法》與《激光超聲應(yīng)力檢測方法》兩項團體標(biāo)準立項評

審會。經(jīng)與會專家認真的評議和討論，認為：激光超聲應(yīng)力檢測正處于技術(shù)應(yīng)用和推

廣時期，具有較好的應(yīng)用場景，標(biāo)準立項必要性充分，申報單位具有相應(yīng)的技術(shù)儲備，

標(biāo)準編制方案可行，符合中國航空學(xué)會團體標(biāo)準立項要求。評審專家組一致同意該兩

項團體標(biāo)準通過立項評審。建議標(biāo)準名稱修改，范圍限定在“金屬材料”，改為：《激

光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法金屬材料》與《激光超聲應(yīng)力檢測方法金屬材料》。建

議團體標(biāo)準編制過程中注意與現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準協(xié)調(diào)，聚焦航空零件應(yīng)用場景和檢測要求，

精準標(biāo)準名稱和范圍，明確定義專業(yè)術(shù)語，提出滿足市場需求、技術(shù)先進的指標(biāo)和要

求。

2024年4月16日，團標(biāo)立項正式在全國團體標(biāo)準信息服務(wù)平臺公示。

-4-

2024年5月，課題對標(biāo)準內(nèi)容進行研究，形成標(biāo)準初稿。

2024年5月16日，中國航空學(xué)會團體標(biāo)準推進工作委員會在北京翔博科技會議

室組織召開了《激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法金屬材料》與《激光超聲應(yīng)力檢測方法金

屬材料》兩項團體標(biāo)準討論會議會。與會專家聽取了標(biāo)準主要起草單位翔博科技、航

發(fā)606所等對標(biāo)準征求意見稿的范圍、框架以及標(biāo)準主要內(nèi)容等情況的匯報，并對有

關(guān)問題進行了研討交流。

2024年6月，課題組依據(jù)研討會意見和建議，修改完成征求意見稿。并于2024

年6月20日開始正式征求意見。

擬定2024年7月-8月完成征求意見。

擬定2024年9月下旬起，編制組針對收集的專家意見，進一步修改完善標(biāo)準內(nèi)

容，形成標(biāo)準送審稿，并于10月提請審查。

3.解決的主要問題

疲勞、斷裂、變形是高端裝備常見的失效形式，通常與其應(yīng)力水平和分布狀態(tài)有

著密切的聯(lián)系。國內(nèi)外相關(guān)研究表明，近表層應(yīng)力水平和疲勞壽命息息相關(guān)，內(nèi)部應(yīng)

力又決定了零部件的尺寸穩(wěn)定性，應(yīng)力是零部件的關(guān)鍵健壯度指標(biāo)已成為業(yè)界共識。

對零件進行殘余應(yīng)力調(diào)控是消除殘余應(yīng)力危害、提升產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性的重要

途徑。常規(guī)的消除應(yīng)力工藝如熱時效、自然時效和振動時效等工藝均是對零件整體進

行調(diào)控，難以聚焦至局部重點關(guān)注部位，常難以達到理想的殘余應(yīng)力調(diào)控效果。而零

件失效往往起源或發(fā)生于載荷集中的局部應(yīng)力敏感區(qū)，如邊緣、焊縫、榫槽、倒角、

齒根、軸承滾道等。

-5-

激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法專注于局部位置殘余應(yīng)力調(diào)控，針對上述這些典型局

部區(qū)域進行針對性調(diào)控，相對傳統(tǒng)方法能夠有效提升殘余應(yīng)力調(diào)控效果，使零件關(guān)鍵

位置獲得有益的殘余應(yīng)力分布，消除失效隱患，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

4.其他情況

無。

三、主要試驗（或驗證）情況

目前已針對航空航天領(lǐng)域常用的鈦合金、高溫合金、鋁合金、軸承鋼等金屬材料，

開展了大量激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控試驗工作，基本掌握了激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控的應(yīng)

用方法和工藝參數(shù)控制，并從殘余應(yīng)力和疲勞壽命方面驗證了該工藝方法應(yīng)用的可行

性和效果。

四、標(biāo)準中如果涉及專利，應(yīng)有明確的知識產(chǎn)權(quán)說明

本標(biāo)準可能涉及發(fā)明專利《基于激光調(diào)制的熱振復(fù)合應(yīng)力消除方法、裝置和設(shè)備》

（ZL202211542571.9）、發(fā)明專利《基于環(huán)形光束激光超聲增強的應(yīng)力消除方法》（專

利號：ZL202211542577.6）。

標(biāo)準正文中未對專利進行引用，也為限制或指定使用該項專利中方法。標(biāo)準使用

時，可依據(jù)實際需求考慮。

五、預(yù)期達到的社會效益等情況

標(biāo)準的推廣和實施，有助于解決航空等制造領(lǐng)域的殘余應(yīng)力相關(guān)問題，使零件關(guān)

鍵位置獲得有益的殘余應(yīng)力分布，消除失效隱患，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

六、采用國際標(biāo)準和國外先進標(biāo)準情況

激光超聲殘余應(yīng)力調(diào)控方法是北京翔博科技基于激光的新型應(yīng)用試驗成果提煉

而出，在國內(nèi)外無相應(yīng)技術(shù)，本標(biāo)準旨在對該新方法的原理、使用方法、流程進行介

紹和推廣，無對應(yīng)的國際標(biāo)準。

七、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準，特別是強制性標(biāo)準的協(xié)

調(diào)性

在現(xiàn)行法規(guī)和強制性標(biāo)準中均無相關(guān)內(nèi)容的要求。

為保證設(shè)備安全性，標(biāo)準中應(yīng)用了GB7247.1《激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)

-6-

備分類、要求》。

八、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

九、標(biāo)準性質(zhì)的建議說明

中國航空學(xué)會團體標(biāo)準為推薦性標(biāo)準。

十、貫徹標(biāo)準的要求和措施建議

各企業(yè)推薦參考本文件進行試驗，試驗成功，可將試驗方法和工藝參數(shù)納入企業(yè)

技術(shù)文件。

十一、廢止現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準的建議

無。

十