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    X射线衍射测量残余应力的自动化解决方案

    阅读次数:2276  发布时间:2017/6/14 16:43:07
     抛喷丸强化是一种广泛使用的方法,其在工件表面产生压缩应力,使其更耐用。如许多制造工艺一样,抛喷丸强化也需要包括精准应力值的质量控制。用于测量抛喷丸强化工件残余应力的常用技术是X射线衍射。

    stresstech在无损过程控制和质量检验方面拥有30多年的经验。stresstech产品线包括利用巴克豪森噪声技术、孔钻(ESPI:电子散斑图案干涉技术)以及本文焦点-X射线衍射商网应力分析仪。随着技术和制造的进步,产品线包括许多自动测量工能,并使用了工业机器人。工业机器人可用于测量具有复杂形状和宽表面工件的残余应力,通过自动化创建灵活的测量过程。stresstech机器人的X射线测量系统被称为Xstress机器人。

     
    根据X射线衍射数据测定残余应力
    X射线是具有较短的波长(即比可见光具有更高的能量)的电磁辐射波。段波长X射线非常适合探测材料中的面间距。使用面间距作为极限标距长度,X射线是理想的技术,并适用于所有的结晶材料,特别是金属,同时也是用于陶瓷。其测量绝对应力,而无虚无应力样品进行校准。
     
    具有周期性晶格结构的材料可以用所谓的单位晶胞描述,其是包含用于指定各种材料晶体结构信息的*小体积单元。通过连接原子所在的点形成晶格结构。用于描述这些单位晶胞的常用的坐标系是米勒指数计数法。
     
    *常见的X射线源是X射线管,其中电子被轰击至目标金属阳极。通过加热离子电子。用高压(25kv至6okv)将电子加速,这给予电子足够的能量使其从目标金属原子,发射特定于阳极材料的标识特征射线,这种接近单色射线可用于X射线衍射分析。
     
    图1:机器人通过X射线衍射测量残余应力
     
    通过衍射峰位置计算应变,由衍射数据确定残余应力。作用在测量材料上的应力改变了晶面间距,其可以被测量。在实践中,首先测量无应力的金属粉末以对特定材料的器件进行校准。在校准期间,将监测器放置到粉末的已知衍射角,并设置角度盘。然后通过测量具有多个倾斜度的晶格距离来计算应力,并且结果被绘制为d vs sin²x图,其中d是测量的晶面间距,X是倾斜角。可从该d vs sin²X图的斜率确定残余应力。
     
    X射线衍射是测量残余应力的非破坏性的、简便的方法。曝光区域量会影响检测时间,而使用较大的准直器会减少测量所需时间。
    图2:来自晶格面的X射线衍射(布拉格定律)
     
    布拉格定律描述了来自晶格面的X射线衍射。表示为λ=2dsinθ,其中λ是X射线的波长,d是晶面间距,θ是衍射角,如图2所示。布拉格定律假定入射波和衍射波同相并经历相长干涉。布拉格定律已证明其本身是精准的、正确的,使其成为衍射应用的有用工具。

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