轧辊残余应力的大小和分布形态,直接影响裂纹的形成和裂纹出现的部位.然而目前没有一种成熟的方法适合于现场轧辊的残余应力测试,因此本文提出了基于临界折射纵波的超声波应力测试技术,并对其进行了系统的研究.对基于临界折射纵波的超声波应力测量的基本原理进行了系统的研究.推导出了单向应力状态下材料中应力的变化量与声时差的变化量之间的关系,研究表明,应力的变化与声时差的变化成正比关系.分析了影响超声波应力测量精度的主要因素(包括材料织构、温度、材料组织、工件表面状态和耦合剂等).利用临界折射纵波测量表面应力,相对其它波型而言是一种最灵敏的方法,而且织构对临界折射纵波的影响最小.建立了一套基于临界折射纵波的超声波应力测量系统.该系统采用"一发二收"的模式测量超声波在材料中的传播时间.由于两个接收探头的距离是固定不变的,这样就可以检测两个接收探头接收到超声波的时间差来得到声速的变化,而不必考虑发射探头的发射时间.由于采用了100MS/s的高速数据采集卡和插值方法将测量时间分辨率缩短为0.1ns,这样大大地提高了测量精度.测试了Cr5钢和球墨铸铁二种材料的应力常数.临界折射纵波在每种材料中传播速度的变化量与材料中应力的改变量具有线性关系,但不同材料的应力常数存在一定的差别.研究表明,100MPa的应力引起两接收探头间声时差的改变量大约为20ns左右.