x射線應力測定法

x射線應力測定法

x射線應力測定法是應力分析方法的一種。它利用X射線穿透金屬晶格時發(fā)生衍射的原理，測量金屬材料或構(gòu)件的表面層由于晶格間距變化所產(chǎn)生的應變，從而算出應力。可以無損地直接測定試件表層的應力或殘余應力。

出于適應工業(yè)現(xiàn)場實測和各種結(jié)構(gòu)材料的不同性能以及大型構(gòu)件的應力測定的需要，當前的研究工作主要是實現(xiàn)測試工作標準化，提高測試精度和測試效率。以及采用雙X射線管，雙計數(shù)管，和配用電子計算機進行數(shù)據(jù)處理和程序控制的X射線應力測定系統(tǒng)。

什么是應力？

物體由于外因（受力、濕度、溫度場變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復到變形前的位置。在所考察的截面某一點單位面積上的內(nèi)力稱為應力。同截面垂直的稱為正應力或法向應力，同截面相切的稱為剪應力或切應力。

物體中一點在所有可能方向上的應力稱為該點的應力狀態(tài)。但過一點可作無數(shù)個平面，是否要用無數(shù)個平面上的應力才能描述點的應力狀態(tài)呢？通過下面的分析可知，只需用過一點的任意一組相互垂直的三個平面上的應力就可代表點的應力狀態(tài)，而其它截面上的應力都可用這組應力及其與需考察的截面的方位關系來表示。

如下圖所示，P為直角坐標系0XYZ中一變形體內(nèi)的任意點，在此點附近切取一個各平面都平行于坐標平面的六面體。此六面體上三個互相垂直的三個平面上的應力分量即可表示該點的應力狀態(tài)。

x射線應力測定原理

平行相干的X射線射到金屬結(jié)晶表面時，會發(fā)生衍射。

描述X射線衍射現(xiàn)象的布拉格公式為：

通常取衍射級數(shù)n為1。

因此，可通過測量衍射角的變化來確定晶格間距s的變化。

當測定圖b所示構(gòu)件上一點O在x方向的表面應力時，須在與試件表面法線z成角度的方向上射入一束波長為λ的X射線。

在各向同性材料的均勻彈性變形條件下，有如下的關系：

式中E和v分別為材料的彈性模量和泊松比； 為ψ方向的應變； 為法線取OP方向的特定晶格面的X射線衍射角；θ0為材料無應力狀態(tài)時的衍射角。

x射線應力測定法優(yōu)點和實際應用

優(yōu)點

x射線應力測定法可以無損地測量構(gòu)件中的應力或殘余應力，特別適宜于測量薄層和裂紋的應力分布。是檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，研究材料強度，選用較佳工藝的一種重要手段。

實際應用測量

測定應力時，通常只要測量4～5個具有不同入射角（一般取0°、15°、30°45°、60°）的X射線的衍射角，作出   曲線，用Z小二乘法求出斜率，就可確定   。這就是用X射線測定應力的基本方法——   法，其精度較高。此外，還有0°-45°法、單一傾斜法等。

曾經(jīng)先后采用過照相法（由底片記錄衍射環(huán)半徑）和計數(shù)管法（由計數(shù)管記錄衍射角，見圖3），接收、記錄X射線的衍射，如用電子計數(shù)器記錄寬大衍射條紋的峰值強度位置時，可采用較精確的重心法和常用的半高法等。

計數(shù)管法

用X射線測定應力，其精度受到許多因素的影響，如被測試件材料的結(jié)構(gòu)、晶粒的粗細程度、衍射面的選擇、X射線的波長、采用的測量方法、被測試件表面的平滑度和處理情況等。

計數(shù)管法

70年代開始使用的多縫平行光闌的平行光束X射線應力測定儀，具有限制X射線入射和衍射光束的水平發(fā)散度的效能，提高了測量的精度。X射線測定應力的精度，已能達到±（1～2）千克力/毫米2。