[发明专利]X射线残余应力测定装置和方法

说明书

本发明属X射线残余应力无损检测装置和方法。

目前残余应力无损检测方法中，X射线法最成熟，用于残余应力测定的Cr、Fe、Co靶X射线管，发出的标识X射线波长长，在铜及其合金或钢铁材料中的穿透深度仅10^-6m数量级，所以，至今X射线法测定的只是工件表面某点的残余应力。要测表面其他点的残余应力，需人工移动工件至被测部位，或者移动应力仪至工件被测部位；要测残余应力沿层深的分布，必须对工件进行破坏性的多次剥层和多次测定。剥层会引起残余应力释放，形状简单的工件如圆柱、圆筒等，可以按一定公式进行残余应力剥层校正，而形状复杂的工件这种校正则无法进行。剥层测定，不仅工作量大，测量精度差，而且是破坏性的测量方法。

本发明的目的，就是为了克服上述X射线残余应力测定装置和方法只能无损测定表面残余应力的不足，而提出一种主要用于铝、敏及其它低原子序数材料的X射线残余应力断层扫描测定装置和方法。

本发明的基本原理是：X射线波长越短和被照射工件所用材料原子序数越低，入射X射线的穿透深度越深。探测来自不同深度不同部位的衍射线，就能无损探测残余应力在工件内的三维分布。

本发明的装置结构图图面说明如下：

附图1为X射线残余应力测定装置框图，其中1为X射线管；2为测角仪；3为入射光阑；4为工件；5为工作台；6为接收狭缝；7为辐射探测器；8为X射线发生器电源；9为计数率器；10为打印机；11为计算机；12为稳压电源。

附图2为平行限位接收狭缝结构剖面图，其中1为狭缝(1)；2为狭缝(2)；3为狭缝(3)。

附图3为平行限位接收狭缝A向视图。

附图4为平行限位接收狭缝俯视图。

附图5为锥度限位接收狭缝结构剖面图，其中1为上端开口；2为下端开口；3为光圈；4为步进电机；5为径向叶片。

附图6为锥度限位接收狭缝俯视图。

附图7为光圆结构图。

附图8为实施例采用的装置框图，图中的符号与附图1相同。

附图9为被测工件示意图，其中A、B、C、D、E、F为表面被测点的几何位置。

附图10为过A、B、C、D、E、F的轴向截面被测点分布图。

附图11为三维应力分布测量和计算框图。

下面结合附图对本发明简述如下：

本发明所涉及的X射线残余应力无损检测装置和现有X射线应力仪一样，包括X射线管、测角仪、入射光阑、接收狭缝和辐射探测器，这些部件均安放在一个可以升降的悬臂支架上。X射线管和接收狭缝位于测角仪圆圆周上，并可绕工件被测点为圆心的圆心转动。

本装置基本结构如图1所示，其主要特征是：(1)采用Cu、Mo、Ag、W等重金属材料为阳极的X射线管，使其发出穿透能力强的短波长标识X射线，对原子序数比较低的(如Z≤13)金属和非金属材料，可以穿透厘米数量级的深度，W标识X射线谱对钢铁材料可以穿透毫米数量级深度；(2)备有0.2，0.5，1和2mm直径的入射光阑可任选用，最小能测定0.03mm²面积范围的残余应力；(3)用正比计数器或闪烁计数器探测衍射线时，采用附图2所示平行限位接收狭缝，用位敏探测器探测衍射线时，采用附图3所示的锥度限位接收狭缝；(4)为了实现断层扫描，由微机控制置于工作台的工件作X、Y、Z三维方向运动，其步长为0.1mm；(5)微机完成数据处理，由电传打字机输出各被测点的残余应变和残余应力，也可输出工件中残余应变和残余应力分布图。

本装置中的接收狭缝有两种结构形式，一种是闪烁计数器和正比计数器配用的平行限位接收狭缝，其结构如附图2，一种是与位敏探测器配用的锥度限位接收狭缝，其结构如附图3。

附图2中的平行限位接收狭缝，由钼、钽等材料制成，图中狭缝(1)和狭缝(2)尺寸为(8～10)×(0.15～0.3mm)，狭缝(3)尺寸为(8～10)×(1～3)mm。狭缝(1)和狭缝(2)之间的距离为13～15mm，狭缝(2)和狭缝(3)之间的距离为3～5mm。三个狭缝互相同向平行，且中心线互相重合。探测衍射线时，平行限位接收狭缝与正比计数器或闪烁计数器同步运动。