金属件应力检测（X射线-残余应力）检测

核心概念

残余应力是指当外部载荷移除后，仍存在于材料内部并保持自身平衡的应力。它产生于各种制造和加工过程，如焊接、铸造、热处理、机加工、喷丸等。

X射线残余应力检测的原理是基于zhuming的 X射线衍射 和 布拉格定律。

检测原理：布拉格定律

布拉格定律： 

n

λ

=

2

d

sin

⁡

θ

nλ=2dsinθ

λ

λ： 入射X射线的波长（已知）。

d

d： 晶面间距（待测）。

θ

θ： 衍射角（可测量）。

基本原理：

当一束单色X射线照射到具有晶体结构的材料（如金属）时，会被晶体中原子的规则排列所衍射。

无应力状态下，材料的晶面间距 

d

0

d 

0

  是固定的，对应一个特定的衍射角 

θ

0

θ 

0

 。

当材料存在应力时，会导致晶格发生弹性应变：拉应力使晶面间距 

d

d 增大；压应力使晶面间距 

d

d 减小。

根据布拉格定律，晶面间距 

d

d 的变化会导致衍射角 

2

θ

2θ 发生移动。

通过jingque测量衍射角 

2

θ

2θ 的移动量，就可以反向计算出晶格应变，再根据材料的弹性模量（胡克定律），即可计算出残余应力值。

测量方法

Zui常用的是 sin²ψ 法。

方法概述：

在测量点，使用X射线以不同的入射角 

ψ

ψ（psi）照射样品。

对于每一个 

ψ

ψ 角，测量对应的衍射角 

2

θ

ψ

2θ 

ψ

 。

晶格应变 

ε

φ

ψ

ε 

φψ

  与 

sin

⁡

2

ψ

sin 

2

 ψ 呈线性关系。

通过绘制 

2

θ

ψ

2θ 

ψ

  相对于 

sin

⁡

2

ψ

sin 

2

 ψ 的曲线，从其斜率即可计算出沿特定方向 

φ

φ (phi) 的应力。

测量几何：

Ω 几何： X射线管和探测器在ψ平面上一起移动。

Ψ 几何： 样品台倾斜（改变ψ角），而X射线管和探测器固定。这是更常见的实验室设备配置。

检测流程

样品准备：

样品表面需清洁，无油污、氧化皮和涂层（除非测量涂层本身的应力）。

对于微小区域或复杂形状，可能需要使用专用夹具。

测量参数选择：

靶材：选择能产生特定波长X射线的靶材（如Cr靶、Cu靶），以便对特定晶面进行测量。

衍射晶面：根据材料选择，例如对于铁素体钢，常使用Cr-Kα射线测量(211)晶面。

测量：

将设备对准测量点。

在不同ψ角下进行一系列衍射峰扫描。

现代设备自动完成数据采集。

数据分析：

软件自动拟合每个ψ角下的衍射峰，确定jingque的 

2

θ

2θ 位置。

绘制 

2

θ

2θ ~ 

sin

⁡

2

ψ

sin 

2

 ψ 图。

根据斜率和材料的弹性常数（X射线弹性常数），计算出应力值。

主要特点与优势

无损检测：不会破坏样品或构件。

juedui测量：可以直接给出应力数值（MPa），而不仅仅是相对比较。

高空间分辨率：测量光斑可以小到1-2毫米，甚至几十微米，适合测量应力梯度剧烈的区域（如焊缝）。

可测量三维应力：通过复杂的测量和分析，可以分离出表面三维应力状态。