X射線殘余應力測定裝置和方法制造方法及圖紙

一種Ｘ射線殘余應力測定裝置和方法，其裝置是在現有Ｘ射線殘余應力測定裝置的基礎上改Ｘ射線管為短波長Ｘ射線管，且管電壓高，所用接收狹縫為限位接收狹縫，其方法是在現有裝置的測定方法中采用短波長標識Ｘ射線，使被測點位于測角儀圓圓心，且通過限位接收狹縫，只允許被測點的衍射線進入輻射探測器。本發明專利技術能自動、無損、真實地測定Ｘ射線穿透范圍內的殘余應變和殘余應力在工件中的三維分布，具有高效、無損、操作簡便等優點。（*該技術在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬X射線殘余應力無損檢測裝置和方法。目前殘余應力無損檢測方法中，X射線法最成熟，用于殘余應力測定的Cr、Fe、Co靶X射線管，發出的標識X射線波長長，在銅及其合金或鋼鐵材料中的穿透深度僅10-6m數量級，所以，至今X射線法測定的只是工件表面某點的殘余應力。要測表面其他點的殘余應力，需人工移動工件至被測部位，或者移動應力儀至工件被測部位；要測殘余應力沿層深的分布，必須對工件進行破壞性的多次剝層和多次測定。剝層會引起殘余應力釋放，形狀簡單的工件如圓柱、圓筒等，可以按一定公式進行殘余應力剝層校正，而形狀復雜的工件這種校正則無法進行。剝層測定，不僅工作量大，測量精度差，而且是破壞性的測量方法。本專利技術的目的，就是為了克服上述只能無損測定表面殘余應力的不足，而提出一種主要用于鋁、鈹及其它低原子序數材料的X射線殘余應力斷層掃描測定裝置和方法。本專利技術的基本原理是X射線波長越短和被照射工件所用材料原子序數越低，入射X射線的穿透深度越深。探測來自不同深度不同部位的衍射線，就能無損探測殘余應力在工件內的三維分布。本專利技術的裝置結構面說明如下附附圖說明圖1為X射線殘余應力測定裝置框圖，其中1為X射線管；2為測角儀；3為入射光闌；4為工件；5為工作臺；6為接收狹縫；7為輻射探測器；8為X射線發生器電源；9為計數率器；10為打印機；11為計算機；12為穩壓電源。附圖2為平行限位接收狹縫結構剖面圖，其中1為狹縫(1)；2為狹縫(2)；3為狹縫(3)。附圖3為平行限位接收狹縫A向視圖。附圖4為平行限位接收狹縫俯視圖。附圖5為錐度限位接收狹縫結構剖面圖，其中1為上端開口；2為下端開口；3為光圈；4為步進電機；5為徑向葉片。附圖6為錐度限位接收狹縫俯視圖。附圖7為光圈結構圖。附圖8為實施例采用的裝置框圖，圖中的符號與附圖1相同。附圖9為被測工件示意圖，其中A、B、C、D、E、F為表面被測點的幾何位置。附圖10為過A、B、C、D、E、F的軸向截面被測點分布圖。附圖11為三維應力分布測量和計算框圖。下面結合附圖對本專利技術簡述如下本專利技術所涉及的X射線殘余應力無損檢測裝置和現有X射線應力儀一樣，包括X射線管、測角儀、入射光闌、接收狹縫和輻射探測器，這些部件均安放在一個可以升降的懸臂支架上。X射線管和接收狹縫位于測角儀圓圓周上，并可繞工件被測點為圓心的圓心轉動。本裝置基本結構如圖1所示，其主要特征是(1)采用Cu、Mo、Ag、W等重金屬材料為陽極的X射線管，使其發出穿透能力強的短波長標識X射線，對原子序數比較低的(如Z≤13)金屬和非金屬材料，可以穿透厘米數量級的深度，W標識X射線譜對鋼鐵材料可以穿透毫米數量級深度；(2)備有0.2，0.5，1和2mm直徑的入射光闌可任選用，最小能測定0.03mm2面積范圍的殘余應力；(3)用正比計數器或閃爍計數器探測衍射線時，采用附圖2所示平行限位接收狹縫，用位敏探測器探測衍射線時，采用附圖3所示的錐度限位接收狹縫；(4)為了實現斷層掃描，由微機控制置于工作臺的工件作X、Y、Z三維方向運動，其步長為0.1mm；(5)微機完成數據處理，由電傳打字機輸出各被測點的殘余應變和殘余應力，也可輸出工件中殘余應變和殘余應力分布圖。本裝置中的接收狹縫有兩種結構形式，一種是閃爍計數器和正比計數器配用的平行限位接收狹縫，其結構如附圖2，一種是與位敏探測器配用的錐度限位接收狹縫，其結構如附圖3。附圖2中的平行限位接收狹縫，由鉬、鉭等材料制成，圖中狹縫(1)和狹縫(2)尺寸為(8～10)×(0.15～0.3mm)，狹縫(3)尺寸為(8～10)×(1～3)mm。狹縫(1)和狹縫(2)之間的距離為13～15mm，狹縫(2)和狹縫(3)之間的距離為3～5mm。三個狹縫互相同向平行，且中心線互相重合。探測衍射線時，平行限位接收狹縫與正比計數器或閃爍計數器同步運動。附圖5中的錐度限位接收狹縫(以下簡稱錐度狹縫)，由鉬、鉭等材料制成，其錐度由位敏探測器可探測的有限角度決定。附圖5中的1為錐度狹縫的上端開口，其尺寸與位敏探測器的有效尺寸吻合，用4顆螺釘與位敏探測器連接；2為錐度狹縫下端，下端兩錐面的延伸相交于測角儀圓的圓心；3為安裝在錐度狹縫下端的光圈，光圈的孔徑由圖中步進電機4調節。光圈葉片由鉬、鉭等薄片制作，其最小孔徑為0.02mm，最大孔徑為4mm；5為錐度狹縫內沿測角儀圓徑向分布的、厚度為0.05mm的鉬或鉭薄片。鉬、鉭薄片2～6片，在錐內均勻排布。改變2θ位置時，錐度狹縫與位敏探測器同步移動。改變錐度狹縫的孔徑，可以調節探測張角的大小。本裝置適用于鈹、鋁及其合金、陶瓷材料和一些復合材料的殘余應變和殘余應力的斷層掃描測定。如果采用鎢標識X射線，還可測定毫米數量級的鋼鐵材料。X射線殘余應力測定方法包括(1)試樣表面處理；(2)調節試樣表面被測點與探頭(或X射線焦點)距離，使被測點位于測角儀圓的圓心；(3)選擇輻射和衍射條件；(4)搜集衍射譜和被測點的坐標位置，由微機進行數據處理，計算被測點的殘余應變和殘余應力；(5)根據需要由微機控制工作臺作X、Y、Z三維方向移動，便可測定穿透深度范圍內任意一點的殘余應力；(6)由微機進行數據處理，打印輸出各點的殘余應變和殘余應力，也可輸出工件中殘余應變和殘余應力分布圖。X射線殘余應力測定方法的特征是(1)采用穿透能力強的短波長X射線，即Cu、Mo、Ag、W標識X射線；(2)被測點可以在工件表面，也可以是工件內部X射線穿透范圍的任何一點，且測量時必須位于測角儀圓的圓心；(3)采用平行限位接收狹縫或錐度限位接收狹縫，以保證被測點的衍射線進入探測器，而將其他點的衍射線阻擋在探測器之外。本專利技術克服了現有的不足，能自動、無損地測定X射線穿透范圍內的殘余應變和殘余應力在工件中的三維分布，具有操作簡便，節約時間，測定的殘余應力值真實、可靠等優點。實施例附圖8為實施例所用裝置框圖，圖中的符號與附圖1相同，厚度為4±0.2mm的鈹焊件4，置于與理學MSF-2MX射線應力儀配套的側傾臺5上，調整試樣表面被測點A與X射線管焦點的距離為110±0.2mm，在探測器7前安放平行限位接收狹縫6。采用Cu靶，按常規方法操作儀器，管壓30KV，管流10mA，平行限位接收狹縫0.15mm。表面被測點A測試完畢后，將側傾臺升高2±0.2mm，此時工件上升2±0.2mm，圖中虛線所示為上升后的工件位置，相應測角儀圓的圓心移至表面以下2±0.2mm，該點(附圖10中的A1點)即為被測點。工件移動到位后，測定表面以下2±0.2mm這點的殘余應力，測試完畢，將側傾臺升高4±0.2mm，此時工件上升4±0.2mm，測角儀圓的圓心移至表面以下4±0.2mm，即移至工件底部，該點(即附圖10中的A2點)就是被測點。底部這點測試完畢，工件伴隨工件臺下降4±0.2mm，此時測角儀圓的圓心重新移至工件表面，即返回附圖10中的A點。根據予先安排的方案，調整側傾臺，使工件沿軸向每移50±0.2mm，重復以上步驟，將B、C、D、E、F各點徑向殘余應力沿軸向一截面上的分布測定出來，所得結果如表1所示。上述結果，由人工調節工作臺的運動完成，也可由微機控制步進電機驅動工作臺掃描運動完成。表1.A、B、C、D、E、F徑向截面殘余應力測定結果(MPa本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Ｘ射線殘余應力測定裝置，包括Ｘ射線管，測角儀，入射光闌，工作臺，接收狹縫，輻射探測器，Ｘ射線發生器電源，計數率器，打印機，微機和穩壓電源，其特征是：（１）Ｘ射線管為短波長Ｘ射線管，其陽極靶的材質為Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｗ等金屬，最高管電壓為２００～３００ＫＶ，最大管電流為８～１０ｍＡ，最低管電壓１０～２０ＫＶ，最低管電流１～２ｍＡ，并連續可調；（２）接收狹縫為限位接收狹縫；（３）工作臺由微機控制或手動，可作Ｘ、Ｙ、Ｚ三維方向運動。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周上祺，任勤，鄭林，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：85[中國|重慶]