金属构件的工艺性能及使用性能与金属材料内部残余应力紧密相关。在金属构件的使用及加工过程中,构件的变形、开裂、脆断或疲劳损伤等无一不与构件内部的残余应力存在密切联系。因此,开展残余应力表征研究、尤其对类似焊接接头区域具有复杂分布状态的残余应力进行定性、定量测定研究,对于降低设备的运行风险,保证材料使用的可靠性,开展结构完整性研究具有重要的现实意义。超声波在弹性金属多晶体中传播时,其传播速度与材料弹性性质有关,而残余应力的存在及材料的微观结构会影响材料的弹性性质。随着科学和工业的发展,超声波波速可以精确获得。通过大量的文献查阅,本课题选用最有效的一种超声测量方法：以声弹性学理论为基础的,围绕残余应力(或材料微观结构变化)-材料弹性性质-声传播速度三者之间的关系,采用超声波技术来表征材料中残余应力的变化。但现有该方法研究中存在的不足有：所测应力为声波传播方向平均应力、需标定材料声弹性系数、短距离内声传播时间测量精度低(如10mm以内,精度ns级)、复杂应力状态下超声测量的表征问题。针对以上问题,本课题选择Q345R钢的焊接接头作为复杂状态下材料残余应力的超声测量为主要内容,采用超声纵波和横波声速相结合的方法表征材料内部两维方向上的残余应力绝对值或者相对值。从焊缝结构不同区域微观组织分析着手,提出了对已有的描述声弹性理论公式的进行修正：针对短距离(10mm以内)内声速难以精确测量的难题,提出了采用基于相位比较法的“相位-频率”测量方法来确定声波传播时间；同时采用热轧整块钢板作为被检测对象,验证了采用Ritec超声系统和“相位-频率”计算声速方法的适用性。