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X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法-STRESS
XRD 2009-01-10 21:07:39 阅读616 评论2 字号：大中小
X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法
什么是残余应力？
外力撤除后在材料内部残留的应力就是残余应力。但是，习惯上将
残余应力分为微观应力和宏观应力。两种应力在X射线衍射谱中的表现是不相同的。微观应力是指晶粒内部残留的应力，它的存在，使衍射峰
变宽。这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两
者形成卷积。通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换
方法来求得微观应力的大小。宏观应力是指存在于多个晶体尺度范围内的应力，相对于微观应力存在的范围而视为宏观上存在的应力。一般情
况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。宏观残余应力（以下称残余应力）在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉
应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。通过测量
样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。
X射线衍射法测量残余应力的发展
X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不
透明材料的残余应力是最常用的方法。20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。后来日本成功设计出的X射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展作了巨大贡献。1961年德国的
E.Mchearauch提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。
X射线衍射法测量残余应力的基本原理
Ｘ射线衍射测量残余内应力的基本原理是以测量衍射线位移作为
原始数据，所测得的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎克定
律由残余应变计算得到的。
其基本原理是：当试样中存在残余应力时，晶面间距将发生变化，
发生布拉格衍射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且移动距离的大小
与应力大小相关。用波长λ的X射线，先后数次以不同的入射角照射到试样上，测出相应的衍射角2θ，求出2θ对sin2ψ的斜率M，便可算出应力σψ。
Ｘ射线衍射方法主要是测试沿试样表面某一方向上的内应力σφ。为此需利用弹性力学理论求出σφ的表达式。由于Ｘ射线对试样的穿入能力有限，只能探测试样的表层应力，这种表层应力分布可视为二维应
力状态，其垂直试样的主应力σ3≈0(该方向的主应变ε3≠0)。由此，可求得与试样表面法向成Ψ角的应变εΨ的表达式为：
εψ的量值可以用衍射晶面间距的相对变化来表示，且与衍射峰位移联系起来，即：
式中θ０为无应力试样衍射峰的布拉格角，θψ为有应力试样衍射峰位的布拉格角。
于是将上式代入并求偏导，可得：
其中K是只与材料本质、选定衍射面HKL有关的常数，当测量的样品是同一种材料，而且选定的衍射面指数相同时，K为定值，称为应力系数。M是（2θ）-sin2ψ直线的斜率，对同一衍射面HKL，选择一组ψ值（0°、15°、30°、45°），测量相应的（2θ）ψ以（2θ）-sin2ψ作图，并以最小二乘法求得斜率M，就可计算出应力（φ是试样平面内选定主应力方向后，测得的应力与主应力方向的夹角）。由于K<0，所以，M<0时，为拉应力，M>0时为压应力，而M=0时无应力存在。
样品与衍射面之间的关系
衍射仪测量测量残余应力的实验方法
在使用衍射仪测量应力时，试样与探测器θ-2θ关系联动，属于固
定ψ法。通常ψ=0°、15°、30°、45°测量数次。
当ψ=0时，与常规使用衍射仪的方法一样，将探测器(记数管)放在
理论算出的衍射角2θ处，此时入射线及衍射线相对于样品表面法线呈
对称放射配置。然后使试样与探测器按θ-2θ联动。在2θ处附近扫描得
出指定的HKL衍射线的图谱。当ψ≠０时，将衍射仪测角台的θ-2θ联
动分开。先使样品顺时针转过一个规定的ψ角后，而探测器仍处于0。
然后联上θ-2θ联动装置在2θ处附近进行扫描，得出同一条HKL衍射
线的图谱。
最后，作2θ-sin2ψ的关系直线，最后按应力表达σ=K·Δ2θ/Δsin2ψ= K·M求出应力值。
残余内应力测试的数据处理
由布拉格方程可知，θ角越大则起测量误差引起△ｄ/ｄ的误差越小，
所以测量时应选择θ角尽量大于衍射面。取n个不同的ψ角度进行测
定2θi(i=1，2，3，…，n)，一般可取n≥４，采用数据处理程序对2θΨ
的原始测量数据进行扣除背底、数值平滑、确定峰位等处理后给出2θΨ
值然后采用最小二乘法将各数据点回归成直线：设直线方程为：
其中：
式中n为测量数据的数目。由上式可求得直线斜率M。
查出弹性模量E和泊松比υ，可计算出K，然后由σ=K·Ｍ求出应力。
衍射峰位的确定
在宏观应力测量中，准确地测定衍射峰的位置是极其重要的。常用
的定峰方法很多，如半高宽法、1/8高度法、峰顶法、切线法等，三点抛物线拟合定峰法等。
最常用的是三点抛物线法，这是一种较为精确而不过于繁杂的定峰
位法。即：在衍射峰顶附近取以等角度间隔Δ2θ分开的三个数据点，求得其抛物线顶点。
利用MDI Jade，确定峰位的方法很多。寻峰是最简单的峰位确定
方法，寻峰报告中显示了衍射峰的峰位、强度等相关的数据；计算峰面
积命令也不失为一种好的方法，峰位精确性应在寻峰方法之上；第三种
方法就是对峰进行拟合，通常采用抛物线拟合方法（Jade中有多种函数拟合法，详见《X射线衍射数据软件JADE的中文操作手册》，拟合时不需要扣除背景和Kα２，Jade会自动扣除其影响，但需要适当平滑。
另外，JADE6.5中有应力计算功能，但发现JADE5无此功能，但可以
进行峰的拟合。
其它软件也可以完成峰的拟合，计算出峰的位置。
用Ｘ射线法测定应力中存在的问题
在平面应力的假定下，由2θ-sin2ψ直线的斜率来求测宏观应力，
是常规的应力测定方法。但在测量中往往发现其2θ-sin2ψ关系偏离线性，呈曲线、分裂或波动现象，这表明在材料中存在应力梯度、垂直表
面的切应力或织构。“ψ分裂”是指在ψ和-ψ方向测定得到不同的2θ(ε）值，使2θ-sin2ψ曲线分成两支。我们知道，这是垂直于表面的切应力σ13、σ23≠０的结果。对此问题的粗略处理是取±ψ测量值的平均，计算平均
的应力值。在应力的Ｘ射线测定中，还可能存在2θ-sin2ψ关系的“振荡”现象，表明材料中存在明显的织构。在实验过程中可选用高衍射角，低
对称性的高指数衍射面衍射线，这样的衍射线较少受织构的影响。
残余应力测量实验方法的发展
X射线的穿透深度较小，只能测量材料表面的残余应力，如果需要
测量材料内部的残余应力，或者测量应力梯度，其能力则显得有些苍白。
通常解决的办法是需要采用剥层法。即对样品逐层剥离，测量每层表面
的应力，然后采用一定的算法扣除因为剥层造成的应力松弛，换算成各
层真实的应力。
近年来，有人采用中子衍射法和同步辐射X射线透过法来测量材料
深度的残余应力。
中子衍射法是一种测量结构内部应力的常用方法。中子衍射法以中
子流为入射束，照射试样，当晶面符合布拉格条件时，产生衍射，得到
衍射峰。该方法的原理与普通X射线衍射方法类似，也是根据衍射峰位置的变化，求出应力。但与普通X射线衍射法相比，中子衍射法利用中子能穿透试样较大深度的特性，可以测得样品内部残余应力，且适于对
大块试样进行测定。因此，中子衍射法对测定样品内部平均残余应力具
有很大的优越性。
因为同步辐射X射线的强度高可以透过样品，国外已有学者采用透过法测量金刚石与硬质合金复合层的内部残余应力。
残余应力计算软件的使用
1 数据测量
先对样品作一个70-140°范围内的扫描，观察样品的衍射峰情况，
选择一个强度较高，不漫散，衍射面指数较高的衍射峰作为研究对象峰。按照残余应力测量的要求，设置不同的ψ（0°，15°，30°，45°）角，以慢速扫描方式测量不同ψ角下的单峰衍射谱。每个ψ角的测量数据保存为一个文件，如00，10，20，30，40等。
值得注意的是，通常高角度衍射峰都是很漫散的，对精确地确定峰
位有困难，但是，如果所选衍射峰的角度太低，在ψ=45°时，可能不出现衍射峰或者峰强极低而漫散，同样带来计算误差。这时只能选择ψ较小的数据，如ψ=0°，10°，20°，30°，40°）并且尽量地多选择几个ψ角来测量，使实验数据更加密集，减小实验误差，还有就是选择ψ角时，
表面残余应力测试方法
表面残余应力测试方法 由于X射线的穿透深度极浅，对于钛合金仅为5μm，所以X射线法是一种二维平面残余应力测试方法。现在暂定选择钛靶，它与钛合金的晶面匹配较好。（110）晶面 一、试样的表面处理 X射线法测定的是试件的表面应力，所以试件的表面状况对测量结果也有很大的影响。试件表面不应有油污、氧化皮或锈蚀等；测试点附近不应被碰、擦、刮伤等。 （1）一般可以使用有机溶剂（汽油）洗去表面的油泥和脏污。 （2）去除氧化皮可以使用稀盐酸等化学试剂（根据试样选择合适浓度，如Q235钢用10％的硝酸酒精溶液浸蚀5min）。 （3）然后依据测试目的和测试点表面实际情况，正确进行下一步的表面处理。如果测量的是切削、磨削、喷丸、光整、化铣、激光冲击等工艺之后的表面应力，以及其它表面处理后引起的表面残余应力，则绝不应破坏原有表面不能进行任何处理，因上述处理会引起应力分布的变化，达不到测量的目的。必须小心保护待测试样的原始表面，也不能进行任何磕碰、加工、电化学或化学腐蚀等影响表面应力的操作。对于粗糙的表面层，因凸出部分释放应力，影响应力的准确测量，故对表面粗糙的试样，应用砂纸磨平，再用电解抛光去除加工层，然后才能测定。 （5）若被测件的表面过于粗糙，将使测得的应力值偏低。为了提高试件的表面光洁度，又不产生附加产力，比较好的办法是电解抛光法。该法还可用于去除表面加工层或进行试件表层剥除。 （6）若单纯为了进行表层剥除，亦可以用更为简单的化学腐蚀法，较好的腐蚀剂是浓度为40％的(90％H202+10％HF)的水溶液。但化学腐蚀后的表面光洁度不如电解抛光。为此可在每次腐蚀前用金相砂纸打磨试件表面，但必须注意打磨的影响层在以后的腐蚀过程中应全部除去。 二、确定测量材料的物相，选定衍射晶面。 被测量的衍射线的选择从所研究的材料的衍射线谱中选择哪一条(hkl)面干涉线以及相应地使用什么波长的X射线是应力测定时首先要决定的。当然事先要知道现有仪器提供的前提条件：一是仪器配置了哪几种靶材的x射线管，它决定了有哪几个波长的辐射可以选用；二是测角仪的2θ范围。一般选用尽可能高的衍射角，使得⊿θ的增大可以准确测得。 在一定的应力状态下具有一定数值的晶格应变εφ,ψ对布拉格角θ0值越大的线条造成的衍射线角位移d(2θ)φ.ψ必也越大，因此测量的准确度越高。同时，在调整衍射仪时不可避免的机械调节误差对高角线条的角位置2θ的影响相对地也比较小。正因为如此X射线应力测定通常在2θ>90°的背反射区进行，并尽量选择多重性因子较高的衔射线。举例来说，对铁基材料常选用Cr靶的Ka线，α—Fe的(211)晶面的衍射线。 若已知X射线管阳极材料和Ka线波长，利用布拉格方程可计算出各条衍射线的2θ值，从中选择出高角线条。可以从《材料中残余应力的X射线衍射分析和作用》的附录中查得常用重要的金属材料和部分陶瓷材料在Cu，Co，Fe，Cr四种Kal线照射下的高角度衍射线。由于非立方晶系材料受波长较短的X射线照射时出现较多的衍射线，因此最好选择那些弧立的、不与其它线条有叠合的高角衍射线作为测量对象。
【X射线衍射】15：X射线衍射仪测量残余应力的原理方法和实验
X射线衍射方法测量残余应力的原理与软件使用方法 Huangjw 2006.6.22 什么是残余应力？ 外力撤除后在材料内部残留的应力就是残余应力。但是，习惯上将残余应力分为微观应力和宏观应力。两种应力在X射线衍射谱中的表现是不相同的。微观应力是指晶粒内部残留的应力，它的存在，使衍射峰变宽。这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两者形成卷积。通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换方法来求得微观应力的大小。宏观应力是指存在于多个晶体尺度范围内的应力，相对于微观应力存在的范围而视为宏观上存在的应力。一般情况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。宏观残余应力（以下称残余应力）在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。通过测量样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。 X射线衍射法测量残余应力的发展 X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是最常用的方法。20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。后来日本成功设计出的X射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展作了巨大贡献。1961年德国的E.Mchearauch提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。
X 射线衍射法测量残余应力的基本原理 Ｘ射线衍射测量残余内应力的基本原理是以测量衍射线位移作为原始数据，所测得的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎克定律由残余应变计算得到的。 其基本原理是：当试样中存在残余应力时，晶面间距将发生变化，发生布拉格衍射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且移动距离的大小与应力大小相关。用波长λ的X射线，先后数次以不同的入射角照射到试样上，测出相应的衍射角2θ，求出2θ对sin 2ψ的斜率M，便可算出应力σψ。 Ｘ射线衍射方法主要是测试沿试样表面某一方向上的内应力σφ。为此需利用弹 性力学理论求出σφ的表达式。由于Ｘ射线对试样的穿入能力有限，只能探测试 样的表层应力，这种表层应力分布可视为二维应力状态，其垂直试样的主应力σ3≈0(该方向的主应变ε3≠0)。由此，可求得与试样表面法向成Ψ角的应变εΨ的表达式为： )(sin 1212σσυψσυεψψ+?+=E E 式中1σ、2σ为沿试样表面的主应力，E，υ是试样的弹性模量和泊松比。 εψ的量值可以用衍射晶面间距的相对变化来表示，且与衍射峰位移联系起来，即： )(cot 00θθθεψψ??=?=d d 式中0θ为无应力试样衍射峰的布拉格角，ψθ为有应力试样衍射峰位的布拉格角。 于是将上式代入并求偏导，可得： ) (sin )2(180cot )1(220ψθπθυσφ??+? =E 令
残余应力检测方法概述
第1 页 共 2页 残余应力检测方法概述 目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多，为便于分类，人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为：应力松弛法（样品将被破坏）和无损检测法（样品不被破坏）两类。以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。 一、常见的残余应力检测方法： 1. 应力松弛法 (1) 盲孔法 该方法最早由Mather 于1934年提出，其基本原理就是通过孔附近的应变变化，用弹性力学来分析小孔位置的应力，孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。由于这类设备操作起来非常简单，近年来被广泛使用。 (2) 切条法 Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条，然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。 (3) 剥层法 该方法是通过物理或化学的方法去除试件的 一层并测量其去除后的曲率，根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。该方法常用于形状简单的试件，且测试过程快捷。 2. 无损检测方法 (1) X 射线衍射法 X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变，进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力，目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提出的sin2ψ方法。日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪，为该方法的推广做出了巨大的贡献。 (2) 中子衍射法。 中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的，都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变，并根据弹性力学方程计算残余应力。但中子散射能量更高，可以穿透的深度更大，当然中子衍射的成本也是最昂贵的。 (3) 超声波法。 该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象，通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度，尽管超声波方法也属无损检测方法，但其仍需进一步完善。 二、最新的残余应力检测方法 cos α方法早在1978年就由S.Taira 等人提出， 但真正应用于残余应力测试设备中还是近几年的事情。日本Pulstec 公司于2012年研制出了世界上首款基于cos α方法的X 射线残余应力分析仪，图1是设备图片（型号：μ-x360n ）。
残余应力及如何测量
为什么会有残余应力 金属材料在产生应力的条件消失后，为什么有部分的应力会残留在物体内？为什么这些应力不会随外作用力一起消失？ 金属材料在外力作用下发生塑性变形后会有残余应力出现!而只发生弹性变形时却不会产生残余应力. 原因：金属在外力作用下的变形是不均匀的,有的部位变形量大,而有的部位小,它们相互之间又是互相牵连在一起的整体,这样在变形量不同的各部位之间就出现了一定的弹性应力-----当外力去除后这部分力仍然存在,就是所谓的残余应力.根据它们存在的范围可分为:宏观应力\微观应力和晶格畸变应力.注意它们是在一定范围存在的弹性应力. 残余应力不只是金属有，非金属也存在，比如混凝土构件。残余应力的根源在于卸载后受力物体变形的不完全可逆性。 金属残留在物体内的应力是由分子间力的取向不同导致的。外力撤销后，外力所造成的残余变形导致了残余应力。通常用热处理、时效处理来消除残余应力。因为材料受外力作用后，金属的组织产生晶格变形，并不会随外力消失而恢复。所以会产生残余应力。组织产生晶格变形了，自身储存了一些能量但级别又克服不了别的晶格的能量。所以就回有残余应力。 我们真正关心的是零件加工后的质量。由于毛坯制造过程中会造成较大的残余应力，而这些零件毛坯中处于“平衡”状态的残余应力在加工之前不引起毛坯明显变形。当零件加工之后，原来毛坯中残余应力的“平衡状态”被打破，应力释放出来，会造成零件很快变形而失去应有的加工精度。减小毛坯中因制造而残留在毛坯内部残余应力对零件加工质量的影响，通常要进行消除应力的热处理，对要求精度高的零件要在粗加工后进行人工时效处理，加快残余应力的重新分布面引起的变形过程，然后再精加工。不仅对细长轴，而且包括所有要经过冷校直的零件(如型钢、导轨)，应当注意残余应力对零件加工精度的影响。影响高精度零件质量的残余应力主要是在加工过程中产生的。在切削过程中的残余应力由机械应力和热应力两种外因引起。机械应力塑性变形是切削力使零件表层金属产生塑性变形，切削完成后又受到里层未变形金属牵制而残留拉应力(里层金属产生残余压应力)。第三变形区内后刀面与已加工表面的挤压与摩擦又使表面金属产生残余压应力(里层金属产生残余拉应力)。如果第一变形区内应力造成的残余应
强化玻璃的表面应力测定
热强化浮法玻璃的表面应力测定（物理钢化玻璃） 翻译和整理：苏州精创光学仪器有限公司 尚修鑫刘文钰 著作人：岸井贯 1热强化玻璃以及表面应力 以平板玻璃做素材的热强化（也叫风冷强化、物理强化）玻璃的用途以及性能比较多样化。因此它的品质管理也就相应的变得比较重要了。特别是表面的应力与强度有着直接性的关联。强度分别为1000kg/cm2的玻璃与几百kg/cm2的玻璃各有各的实用之处。后者被称为“倍强度玻璃”——比未强化过的玻璃强度大数倍程度的玻璃，新的JIS也就发行了。 要对表面应力进行管理，就需要利用光学现象、基于光弹性原理基础上的表面应力仪来检测。 2 玻璃表面应力的分布以及光弹性效果 平板玻璃的表面，如果忽略大气压的话就是一个自由的表面，作用于表面成直角的力为零，因此应力只是平行于表面的。 3个存在并相互垂直的主应力，一个垂直于表面，强度为零。其他两个都在玻璃表面（如图1） 平板玻璃 图1 平板玻璃的三条主应力线的角度关系 其中一条垂直与表面并且绝对值为零
光沿着表面进入玻璃内部，如果存在应力，玻璃就会带有双折射性，一条振动波线垂直于表面，相对应另外一条振动波线平行于表面，两者各自都带有不同的折射率。（图2） 图2 传播到玻璃表面的光 垂直于表面的振动波A与平行于表面的振动波B 这两者的折射率的差叫做双折射△n 双折射是与光的路线呈直角，与表面平行的应力，表面垂直的应力之间的差成比例的。但是由于两者的应力之后为零，所以双折射只同与光的线路成直角方向的表面应力成比例了。比例定数C是根据玻璃的组成来决定玻璃的性质，被称之为光弹性常数。 因此就诞生了如下公式 双折射△n=C*表面应力P 公式（1） 使用穿透光来进行的光弹性实验中，通常使用nm/cm kg/cm2来表示光弹性常数的单位。在使用公式（1）进行换算的时候将nm/cm读成10-7比较好。 比如平板玻璃的光弹性常数大约为2.6（nm/cm）/(kg/cm2)=2.6*10-7(kg/cm2)-1 代替kg/cm2 也可以用Pa和Mpa来换算成光弹性常数。 折射率利用真空中的光速度与玻璃中的光速度的比例，因此用穿透光进行光弹性测定的公式也就出来了，即 光路差=C*应力*光经过的长度=△n*光经过的长度
残余应力测试
2.测试方法 目前常用的残余应力测试方法主要有三种：一是盲孔法，二是X射线衍射法，三是磁弹性法。 盲孔法需在工件表面测量部位钻φ1.5~2mm深2mm的小孔（粘贴专用应变花），通过测读释放应变确定残余应力的大小，所测应力为孔深范围内的平均应力，同一测点无法重复测量比较； X射线衍射法可以做到无损测试，但由于X射线穿透力有限，一般只能测出几个微米范围内平均应力； 磁弹性法是近几年发展较快应用比较成熟的一种残余应力测试方法，具有方便、无损、快速、准确的特点。 对采用盲孔法和X射线衍射法检测残余应力，施工强度大，测量精度难以保证。尤其盲孔法不能对同一位置进行重复性测量，测量数据的符合性差。因此，三峡发电机组转子圆盘支架焊缝残余应力的测试采用了磁弹法技术。 残余应力的测量方法 残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。 有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。 机械方法目前用得最多的是钻孔法（盲孔法），其次还有针对一定对象的环芯法。 物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性 法和超声法。 X射线衍射法依据X射线衍射原理，即布拉格定律。布拉格定律把宏观上可以准确测 定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。材料中的应力所对应的弹性应变必然表征 为晶面间距的相对变化。当材料中有应力σ存在时，其晶面间距d 必然随晶面与应力相对 取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角2θ也会相应改变。因此有可能通过测量 衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。从这里可以看出X射线衍射法测定 应力的原理是成熟的，经过半个多世纪的历程，在国内外，测量方法的研究深入而广泛，测 试技术和设备已经比较完善，不但可以在实验室进行研究，可且可以应用到各种实际工件， 包括大型工件的现场测量。
塑料内应力检测方法和内应力消除方法的
塑料内应力检测方法和内应力消除方法的 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
塑料内应力检测方法和内应力消除方法的资料 最近公司产品客户投诉有不明原因的开裂现象，个人怀疑是内应力集中所致。以下资料中遗憾的是没有PP和PVC及PE塑料注射成形零件由于结构设计，模具设计和工艺的局限性，在注塑和冷却过程中总会同时伴有压力和拉力的产生，而较高的残余应力（表面拉力）将会导致零件过早失效。为了有效规避零部件产生这种失效，更合理的设计和工艺是必需的。同时，快速而有效的检测在研发和生产过程中可以帮助我们及时发现缺陷，并可避免问题的扩散。目前评估塑料注射成形零件表面及附近区域残余应力的方法之一是溶剂沉浸测试法。沉浸后，高应力集中区域会有相应的裂纹产生，以此我们就可以快速有效地对设计和工艺进行评估和改进。以下部分是主要树脂生产商GE和Bayer推荐的适合于各自主要产品的溶剂测试法。我们需要在供应商品质控制流程中加入该检测结果。GEP Lexan/Cycoloy系列塑料Lexan 系列（PC）：常用于手机镜片，导光板，机壳。Cycoloy系列（PC+ABS）：常用于手机机壳。对于用Lexan和Cycoloy系列塑料成形的零件，内应力的检查都可以采用以下方法：1．醋酸沉浸法：（1）将零件完全浸入24摄氏度的冰醋酸中30秒；（2）取出后立即清洗，后晾干检查表面；（3）仔细观察外观，若有细小致密的裂纹，说明此处有应力存在，裂纹越多，应力越大;（4）重复上述操作，在冰醋酸中浸2分钟，再检查零件，若有深入塑料的裂纹，说明此处有很高的内应力，裂纹越严重，内应力越大。2．甲乙酮 + 丙酮沉浸法：将零件完全浸入21摄氏度的1：1的甲乙酮 + 丙酮的混合液中，取出后立即甩干，依上法检查，有应力的零件应在60-75摄氏度下加热2-4小时以清除应力，也可在25%的丙酮中浸
ASTM C 1279-2009 退火、热处理和全钢化平玻璃边缘和表面应力的无损光弹性无损测量标准方
译文 名称：ASTM C1279-2009 退火、热处理和全钢化平玻璃边缘和表面应力光弹性无损测量标准方法 1.总则 1.1这个测试方法覆盖了退火、热增强和全钢平板玻璃的边缘和表面应力检测。 1.2这个测试方法是无损的。 1.3这个测试方法是用光线传输，即光线透过玻璃。 1.4这个测试方法不适于化学钢化玻璃。 1.5使用过程描述，表面应力只能在浮法玻璃的锡面上检测。 1.6表面应力的测量仪器设计的表面反射指数是被规范在一定范围内。 1.7值的单位为SI单位。没有其他的测量单位包括在标准中。 1.8这个标准未明确顾及安全的地方，如果有的话，与此相关联的可以使用。这个使用人应当建立适当安全和健康行为和决定其先期使用的适用性。 2.涉及文件 2.1ASTM标准 C162玻璃技术和玻璃生产 C770测量玻璃应力的方法-光系数 C1048热处理浮法玻璃规范-Kind HS、KindFT镀膜和非镀膜玻璃 E691产品和实验室内研究测试方法的测试精度操作 2.2其他文件 工程标准手册 钢化玻璃表面和边缘应力 3.术语 3.1定义： ，在被测样品和观察者之间指定位置。 ，一种产生高质量透过光程差的双折射材料：位置在待测样品和分析仪之间。 3.2这种方法的条款定义，涉及C162术语。
4.测试方法概要 4.1这个标准里面描述了两种测试方法： 4.2两种方法都使用光弹性的基本概念。因为要产生应力，材料应具有各向异性和双折射性。当偏振光传播通过各向异性材料，沿着最大和最小主应力方向分解成不同速度和振动方向的光线，这两光线产生相对光程差，相对光程差与测量的应力成正比；而且可以用补偿片精确检测。使用额外背景看钢化玻璃的表面和边缘应力。 5.注意事项和使用 5.1热增强玻璃和全钢化玻璃的强度和性能受热处理过程影响重大。 5.2边缘和表面应力水平被GTA的工程标准手册C1048和外来标准所规定。 5.3这种方法提供了直接方便的无损检测退火和热处理玻璃残余的表面和边缘应力。 6.操作原则 6.1过程A：测量表面应力： ，用楔形补偿器测量基于表面应力产生的光程差（见图1）。 ，在样品表面产生的光程差Rs中加上补偿片产生的光程差Rc。分析器A放置在视野和补偿片Wc 之间，会产生可见的具有稳定的光程差R的条纹或线条，其中： R=Rs+Rc 因为样品产生的光程差和表面应力S成正比，光线路径t，因此，可以得出： Rs=C*S*t=C*S*ax 其中：R：相对光程差 C：光弹系数 S：路径t垂直方向上的表面应力 t：在进口和出口点1、2之间的光传播路径 a：几何因子（与棱镜设计有关）a=t/x，这个常量被制造商所确定。 ，按一下计算： Rc=b*y b是一个常量，由补偿片制造商确定。观察者在补偿片上看到的总的光程差R。 R=Rs+Rc=a*C*S*x+b*y ，因此斜线见图2。角度θ是这些相对平行的包含光线的条纹倾斜角、见图1和图2。这种测量应力是与斜角θ的切线成正比，使用量角仪和校准设备常数K Mpa（psi），被制造商确定。 在实际过程（见一下9.1）中，操作者测量观察到的条纹的倾斜角θ。 注1.本章所涉及的表面应力测量仪器是由宾夕法尼亚州北威尔士的应变光学技术设计的。 Note2.浮法玻璃的应力常数通常为2.55到2.65 布儒斯特。可以使用C770测量标准中所描述的方法来校准。 6.2步骤B：测量边缘应力
盲孔法测残余应力
关于构件的残余应力检测（盲孔法检测） 一、前言 （1）应力概念 通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。 按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类： 第Ⅰ类内应力是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。 第Ⅱ类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的区域）的内应力。 第Ⅲ类内应力是存在于极小范围（几个原子间距）的内应力。 在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。到目前为止，第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第Ⅰ类内应力。 （2）应力作用 机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用寿命的因素；而不适当的残余应力则会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，甚至导致变形、开裂等早期失效事故。 （3）应力的产生 在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为： 1.不均匀的塑性变形； 2.不均匀的温度变化； 3.不均匀的相变 （4）应力的调整 针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。 通常调整残余应力的方法有： ①自然时效 把构件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长，一般不采用。 ②热时效 热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效，只要退火温度和时间适宜，应力
玻璃表面应力的测定
玻璃表面应力的测定 平板玻璃一般以表面压应力大小的不同分为钢化玻璃、半钢化玻璃及退火玻璃。根据美国ASTM C1048-1997b 标准规定，各种玻璃的表面压应力范围为：钢化玻璃>69MPa (10,000psi) ，半钢化玻璃为：24MPa (3500psi) ~ 51MPa (7500psi). 我国新近出台的<<幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃>>国家标准也对应力作了明确要求, 半钢化玻璃为24-69 MPa, 钢化玻璃为95MPa 以上. 长期以来，国内厂家由于长期缺乏检测手段期对国际技术的了 解，仅依赖大量的抗冲击试验及碎片试验来确定钢化生产工艺参数及对玻璃质量的控制。不仅成本高昂，而且费时费力，反馈慢，可操作性极差，检验工作往往流于形式，无法真正将批量产品质量置于有效控制之下。对于半钢化玻璃而言，抗冲击及碎片试验无任何作用。以低成本快速方便地实现全面的质量控制，必须采用应力检测方法来稳定生产及产品质量。 表面应力无损检测技术有利于稳定钢化玻璃的生产及质量，更重要的是为检验半钢化玻璃质量提供了切实可行的测试手段。 1. 玻璃应力检测原理 玻璃经热处理冷却后，表面通常形成一定的压力，其方向平行于玻璃表面。因玻璃表面压应力与内部张应力相互平衡、及应力的各向同性，用垂直玻璃平面的透射光是无法测应力的。 当偏振光通过有应力的玻璃时，形成二束相互垂直且传播速度不同的光束，此现象即通常所称的“ 双折射” ，双折射率为：Dn =na-nb , Dn与玻璃中的应力s成正比，即Dn=C*s。假设光线在玻璃中的传播距离为t，则两光束的光程差R=Dn*t，即应力可由如下公式算出： s =Dn/C 或s =R/t*c 其中 C 称为应力光学常数，对于浮法玻璃，C=2.65。 目前测定表面应力的方法可归纳为二种：微分表面折射法（Differential Surface Refractometry, 简称DSR）和表面掠角偏光法（Grazing Angle Surface Polarimetry, 简称GASP） 2. DSR表面应力仪 此种仪器由美国GAERTNER SCIENTIFIC公司研制并生产，中国建材院也研制成功了类似的仪器。DSR表面应力仪一般由光源、棱镜、滤镜、望远物镜、测微目镜等部分组成（图一）。 DSR的工作原理见图二。当一定入射角的光线到达玻璃与棱镜的交界面时，由于双折射率的不同，光束会分成以不同临界角a，b反射返回棱镜的两路光束，通过用测微目镜测定两光束之间的距离，即可得到Dn数据并依据公式s =Dn/C算出应力s值。 如果应力s =100MPa，浮法玻璃的C=2.65′10-12 m2/N ，则依据公式 Dn=C*s=0.000265. 此数据极小，很难精确测定，因此DSR表面应力仪精度不高，只能用于测定高应力玻璃，不能用于半钢化玻璃。GAERTNER SCIENTIFIC 公司在其仪器操作手册中明确表示：“ 此仪器无
残余应力测定方法(精)
第二章残余应力测定方法 残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。 物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。它们分别利用晶体的X射线衍射现象.材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。它们是无损的测量方法。其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为精确的一种测量方法。磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。物理法的测试设备复杂.昂贵.精度不高。特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。 机械方法包括切割法、套环法和钻孔法（下面主要介绍）等，它是把被测点的应力给予释放，并采用电阻应变计测量技术测出释放应变而计算出原有残余应力。残余应力的释放方法是通过机械切割分离或钻一盲孔等方法，因此它是一种破坏性或半破坏性的测量方法，但它具有简单、准确等特点。 从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。 一、分离法测量残余应力 切割法和套环法都是将被测点与其邻近部分分开以释放残余应力，因此统称分离法。它是测量残余应力的一种最简单的方法，多用于测量表面残余应力或沿厚度方向应力变化较小的构件上的残余应力。 （一）、切割法：在欲测部位划线：划出20mm×20mm的方格将测点围在正中。在方格内一定方向上贴应变计和应变花，再将应变计与应变仪相连，通电调平。然后用铣床或手锯慢速切割方格线，使被测点与周围部分分离开。切割后，再测应变计得到的释放应变。它与构件原有应变量值相同、符号相反，因此计算应力时，应将所得值乘以负号。 释放后的残余应力计算方法如下： 1、如果已知构件的残余应力为单向应力状态，只要在主应力方向贴一个应变片（如图3.1）即可。分割后得释放应变ε，由虎克定律可知其残余应力为：σ=-Eε（1） 2、如果构件上残余应力方向已知，则在测点处沿主应力方向粘贴两个应变片1和2（如图3.2所示）。分割构件后测出ε1和ε2，计算残余主应力为： 3、如图被测点残余主应力方向未知，则需贴三向应变花（如图3.3所示）。连接应变仪调平后，沿虚线切割开，观察应变仪，直到切割处温度下降到常温时，测出再按（3）公式计算出主应力及其方向来。 （二）、套环法：在一些大型构件上，切割法有时难于进行，这时可采用套环法进行分离。其原理及贴片
塑料内应力检测方法和内应力消除方法的
塑料内应力检测方法和内应力消除方法的资料 最近公司产品客户投诉有不明原因的开裂现象，个人怀疑是内应力集中所致。 以下资料中遗憾的是没有PP和PVC及PE 塑料注射成形零件由于结构设计，模具设计和工艺的局限性，在注塑和冷却过程中总会同时伴有压力和拉力的产生，而较高的残余应力（表面拉力）将会导致零件过早失效。为了有效规避零部件产生这种失效，更合理的设计和工艺是必需的。同时，快速而有效的检测在研发和生产过程中可以帮助我们及时发现缺陷，并可避免问题的扩散。 目前评估塑料注射成形零件表面及附近区域残余应力的方法之一是溶剂沉浸测试法。沉浸后，高应力集中区域会有相应的裂纹产生，以此我们就可以快速有效地对设计和工艺进行评 估和改进。 以下部分是主要树脂生产商GE和Bayer推荐的适合于各自主要产品的溶剂测试法。我们需 要在供应商品质控制流程中加入该检测结果。 GEP Lexan/Cycoloy系列塑料 Lexan 系列（PC）：常用于手机镜片，导光板，机壳。 Cycoloy系列（PC+ABS）：常用于手机机壳。 对于用Lexan和Cycoloy系列塑料成形的零件，内应力的检查都可以采用以下方法： 1．醋酸沉浸法： （1）将零件完全浸入24摄氏度的冰醋酸中30秒； （2）取出后立即清洗，后晾干检查表面； （3）仔细观察外观，若有细小致密的裂纹，说明此处有应力存在，裂纹越多，应力越大; （4）重复上述操作，在冰醋酸中浸2分钟，再检查零件，若有深入塑料的裂纹，说明此处 有很高的内应力，裂纹越严重，内应力越大。 2．甲乙酮 + 丙酮沉浸法：将零件完全浸入21摄氏度的1：1的甲乙酮 + 丙酮的混合液中，取出后立即甩干，依上法检查，有应力的零件应在60-75摄氏度下加热2-4小时以清除应力， 也可在25%的丙酮中浸泡30分钟去除应力。
X射线应力测定方法
§1-6宏观残余应力的测定 残余应力的概念： 残余应力是指当产生应力的各种因素不复存在时，由于形变，相变，温度或体积变化不均匀而存留在构件内部并自身保持平衡的应力。按照应力平衡的范围分为三类： 第一类内应力，在物体宏观体积范围内存在并平衡的应力，此类应力的释放将使物体的宏观尺寸发生变化。这种应力又称为宏观应力。材料加工变形（拔丝，轧制），热加工（铸造，焊接，热处理）等均会产生宏观内应力。 第二类内应力，在一些晶粒的范围内存在并平衡的应力。第三类内应力，在若干原子范围内存在并平衡的应力。通常把第二和第三两类内应力合称为“微观应力”。下图是三类内应力的示意图，分别用sl,sll,slll表示。 构件中的宏观残余应力与其疲劳强度，抗应力腐蚀能力以及尺寸稳定性等有关，并直接影响其使用寿命。如焊接构件中的残余应力会使其变形，因而应当予以消除。而承受往复载荷的曲轴等零件在表面存在适当压应力又会提高其疲劳强度。因此测定残余内应力对控制加工工艺，检查表面强化或消除应力工序的工艺效果有重要的实际意义。 测定宏观应力的方法很多，有电阻应变片法，小孔松弛法，超声波法，和X射线衍射法等等。除了超声波法以外，其它方法的共同特点都是测定应力作用下产生的应变，再按弹性定律计算应力。X射线衍射法具有无损，快速，可以测量小区域应力等特点，不足之处在于仅能测量二维应力，测量精度不十分高，在测定构件动态过程中的应力有一些困难。 1-4-1 X射线宏观应力测定的基本原理
测量思路： 金属材料一般都是多晶体，在单位体积中含有数量极大的，取向任意的晶粒，因此，从空间任意方向都能观察到任一选定的{hkl}晶面。在无应力存在时，各晶 （如下图所示）。 粒的同一{hkl}晶面族的面间距都为d 当存在有平行于表面的张引力（如σφ）作用于该多晶体时，各个晶粒的晶面间距将发生程度不同的变化，与表面平行的{hkl)（ψ=0o）晶面间距会因泊松比而缩小，而与应力方向垂直的同一{hkl)（ψ=90o）晶面间距将被拉长。在上述两种取向之间的同一{hkl)晶面间距将随y 角的不同而不同。即是说，随晶粒取向的不同，将从0度连续变到90度，而面间距的改变将从某一负值连续变到某一正值。应力越大，?d的变化越快。 为求出σφ的大小，显然，只要测出ψ=90o时的?d就能通过胡克定律 σ =E?ε =E(hkl)?(?d/d0)计算出来。然而，由于ψ=90o时的X衍射线方向无法直接测到（衍射线指向样品内部），因此可以考虑其它角度时的?d变化情况（如下图所示）。 显然，只要知道了y-?d的变化规律，可以得到ψ=90o时的?d值，从而计算出σφ的数值。下面从力学角度建立y-?d的关联性。
铸件残余应力测量方法
铸件残余应力测量方法 铸件残余应力的测定方法可以分为机械测定法和物理测定法。机械法测残余应力是采用机械机械加工的手段，对被测铸件进行部分加工或完全剥离，使被测构件上的残余应力部分释放或完全释放，使用电阻应变测量技术测出残余应力的方法，机械法最常见的是盲孔法。其优点是测量精度以及准确性高，缺点是会对构件造成一定程度损伤。物理测量法又叫非破坏无损伤测量方法，它无需对材料进行分割，可直接求得残余应力。物理法最常见的是磁测法，对构件无损伤，但测量成本比较高。目前较常用且适合铸件残余应力的分析测试技术主要就是盲孔法和磁测法。 盲孔法残余应力测量是在平衡状态下的原始应力场上钻孔，以去除一部分具有应力的金属，而使圆孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变量，就可以计算原应力场的应力值。盲孔法是工程中最通用的的残余应力测定方法，准确性最高，技术较为成熟，并且具有相关国家标准。 磁测法残余应力测量主要是通过测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生变化确定残余应力的大小和方向。铁磁材料其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。磁导率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过特定残余应力计算软件，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。磁性法检测工件须具有铁磁性，否则此方法无效。 铸件残余应力的检测，针对不同铸件和不同的测试目的选择最佳的测定方案，主要考虑以下几个方面：允许结构受损伤的程度；测试的应力种类；铸件性能变化的影响；现场测试的适应性；费用和时间。
X射线应力测定仪操作步骤方法
爱斯特X射线应力测定仪操作步骤 一、测应力 （1）开机之前，先开循环水（开关在水箱背部） 然后打开水箱前部的3个开关（先开电源——最上方，接着是泵——最下方，等到中间开关指示灯不闪（等大约60s）再开中间的开关。） 注：水箱里的水大约4L，等水量不足时加水，无需换水。 （2）打开低压控制箱（上方）——先开右侧开关，再开左侧（驱动电源），左侧电源开启后电机就不能手动调整，已固定。 （3）打开高压控制箱开关。 （4）找到测试点。对测试位置进行调节，使得测试点位于回转中心（点与十字架完全重合）。 （5）测试前预热10min左右。选择“应力测试快捷方式”，填写所测材料的基本信息，选择好各类参数，衍射峰角度范围在144~168之间，一般铁素体的衍射峰出现在156.4度左右。可以根据测试的实际情况调整测试范围，如果工件进行过喷丸处理，要适当增大测试的角度。 管压选择——20~25，一般选择20（Cr靶）最大为28。当测曲面用0.5 1.0 1.5 的准直管，用28kv ,8Ma 管流——5~6，一般选择5，最大为8。 步距一般为0.1，时间为0.5，当有质构时，时间调为1s （6）测试结束选择另存为保存，要不然新的数据会覆盖当前数据！ （7）测试结束进行标定（相当于对整套设备位置进行还原） （注：测试过程发现参数设置不合理或者其他问题，按空格键暂停。另外在测试过程中不要动软件显示屏，否则容易当机。） 二、测残奥 操作步骤如上，选择“测试残奥”快捷方式，步距设为0.1，衍射峰角度一般在128~129左右。马氏体为156.4左右！ 注意事项：
1.探头管的直径可供选择的有?0.5??4，曲面测量时，选择小的探头，曲面直径在10左右，使用?1.5或者?2，测试齿根应力，采用?1的探头。 平面应力测量时，一般选择?2或者?3。 换探头时，探头小口朝正后方插入即可。 2.大多数的金属材料可以使用Cr靶，测试钛合金时，使用Cu靶。 电解抛光机使用 1.用胶带把无需处理的地方包起来，防止整个表面都被腐蚀。 2.接好电源和插线（同色相接），黑色夹持工件，把浸在饱和盐水里的棉球用镊子塞入红色探头，然后在需要抛光处进行擦拭。注意观察电流大小，达到5A左右较为适宜。太小的话看看盐水浓度是不是不够，擦拭时带一点力道。
X射线残余应力测定
X射线残余应力测定 一、材料中内应力的分类 1、引言 当产生应力的因素不存在时(如外力去除、温度已均匀、相变结束等)，由于材料内部不均匀塑性变形(包括由温度及相变等引起的不均匀体积变化)，致使材料内部依然存在并且自身保持平衡的弹性应力称为残余应力，或内应力。 一方面，残余应力可能对材料疲劳强度及尺寸稳定性等均成不利的影响。 另一方面，为了改善材料的表层性能(如提高疲劳强度)，有时要在材料表面还要引入压应力(如表面喷丸)。 当多晶材料中存在内应力时，必然还存在内应变与之对应，导致其内部结构(原子间相对位置)发生变化。 从而在X射线衍射谱线上有所反映，通过分析这些衍射信息，就可以实现内应力的测量。 2、内应力的分类 材料中内应力可分为三大类。 第I类应力，应力的平衡范围为宏观尺寸，一般是引起X射线谱线位移。 第II类内应力，应力的平衡范围为晶粒尺寸，一般是造成衍射谱线展宽。 在通常情况下，这三类应力共存与材料的内部。 因此其X射线衍射谱线会同时发生位移、宽化及强度降低的效应 A、第I类内应力 材料中第I类内应力属于宏观应力，其作用与平衡范围为宏观尺寸，此范围包含了无数个小晶粒.在X射线辐照区域内，各小晶粒所承受内应力差别不大，但不同取向晶粒中同族晶面间距则存在一定差异。 当材料中存在单向拉应力时，平行于应力方向的(hkl)晶面间距收缩减小(衍射角增大)，同时垂直于应力方向的同族晶面间距拉伸增大(衍射角减小)，其它方向的同族晶面间距及衍射角则处于中间。 当材料中存在压应力时，其晶面间距及衍射角的变化与拉应力相反。 材料中宏观应力越大，不同方位同族晶面间距或衍射角之差异就越明显，这是测量宏观应力的理论基础。 上述规律适用于单向应力、平面应力以及三维应力的情况。 B、第II类内应力 第II内应力是一种微观应力，其作用与平衡范围为晶粒尺寸数量级。 在X射线的辐照区域内，有的晶粒受拉应力，有的则受压应力。不同取向晶粒中同族晶面间距差异不大。 各晶粒的同族(hkl)晶面具有一系列不同的晶面间距 dhkl±Δd值。 因此，在材料X射线衍射信息中，不同晶粒对应的同族晶面衍射谱线位置将彼此有所偏移。 各晶粒衍射线将合成一个在 2θhkl±Δ2θ范围内的宽化衍射谱线。 材料中第II类内应力(应变)越大，则X射线衍射谱线的宽度越大，据此来测量这类应力(应变)的大小。 必须指出的是，多相材料中的相间应力，从应力的作用与平衡范围上讲，应属于第II类应力的范畴。
焊接残余应力的测试
焊接残余应力的测试 一、实验目的 1.了解ASM1.0全自动应力、应变监测记录仪的结构和工作原理。 2.掌握应力释放法的测试原理及操作技术。 二、实验原理 焊接残余应力的测量方法，按其原理可分为应力释放法、物性变化法（X 射线法、磁性法）等，应力释放法又可分为小孔法（即盲孔法）、套孔法与梳状切条法（及全释法）。本实验采用小孔法进行测量。 对板钻小孔可以评价释放的径向应变。在应力场中去一直径为d 的圆环，并在圆环上粘贴应变片，在圆环的中心处钻一直接为d 0的小孔（图1），由于钻孔使应力的平衡受到破坏，测出孔周围的应力变化，就可以用弹性力学的理论来推算出小孔处的应力。设应变片中心与圆环中的连线与x 轴的夹角为α，其释放的径向应变r ε和钻孔释放的残余应力之间的关系，可按照带孔无线板的弹性理论，同时承受双轴薄膜应力x σ和y σ（理解为主应力）的条件求解。 ()()y x r B A B A σασαεcos cos +++= 2 021? ? ? ??+-=d d E A μ ??? ??? ????? ??-??? ??++-=4 02031421d d d d E B μμ 图1 小孔法所用的应变花示意图 为了完全确定未知的双轴残余应力状态（两个主应力σ1和σ2，以及主应力方向β），必须至少在圆环上的三个不同测量方向评价释放的径向应变r ε（如采用三个应变片组成的应变花）。常用的应变花布置是?=0α、?=45α和?=90α（对应00ε、45ε和90ε）。 ()()20090452009000 902,1--2-B 41 A 4εεεεεεε σ+±+=
三、实验设备及器材 1. ASM1.0全自动应力、应变检测仪一台 2. 残余应力打孔装置一台 3. 焊接铝板一块 4. 应变片、瞬干胶水若干 四、实验方法与步骤 1.将待测部位用砂纸磨至表面光亮，用酒精进行清洗，清除待测部位表面的杂志和氧化物，直到准备粘贴应变片的部位干净为止。 2.将502速干胶均匀涂于应变片背面，迅速把应变片粘在所测位置，轻压使其与工件表面紧密结合，应变片与金属之间无气泡无脱胶现象。 3.将应变片末端引线与应变仪连接的导线焊接。注意应使所有应变片的导线长度保持一致，以免产生电阻值的差异导致测量不准。将应变仪调零，用万用表检查应变片与工件绝缘程度和阻值变化情况。 4.设置残余应力相应参数，用直径为2.0mm的砖头在应变片中心处打出深2.0mm的盲孔，记录残余应力数据。 五、实验数据记录 六、实验结果整理及分析 1. 焊接残余应力测试过程中哪些因素容易引起测量误差？如何减小误差？ 1、应变片的粘贴质量。应变片粘贴不好会引起数据漂移和精度下降。
残余应力的测量方法
残余应力的测量方法 由于工件经过振动时效处理以后其残余应力降低，所以测定工件振动时效前后残余应力的变化量也是判断振动时效效果的方法之一。 1. 盲孔法： 它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔，以去除一部分具有应力的金属，而使圆孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变量，就可以计算原应力场的应力值。测量仪器；应变仪.盲孔钻. 应变花。 2.X射线法： X射线应力测定方法是利用X射线衍射测定试样中晶格应变求出工件表面应力的方法。但是由于χ光应力测定仪的测量精度较差.比较适合用于测定具有较大残余应力的工件，如普通纲件.焊接件 .淬火件等。З.磁性法： 磁性法测量残余应力是利用铁磁材料的压磁效应即在应力作用下.铁磁材料的各方向上的导磁率发生不同的变化，从而产生磁各向异性.通过对导磁率变化的测定来确定残余应力的方法。此法目前尚处于试验或试用阶段，我所正在进行探讨采用此方法的可能性。有关的数据处理方法在科学试验中，有着大量的测试数据，但是有时这些数据并不能使我们一目了然，而通过对这些数据进行科学的整理和分析，就可以帮助我们总结出许多现象和问提。目前，这一问提已经引起越来越多的科技工作者的注意和重视，我们试验中每批试件尺寸精度保持性的数据都是几百个，甚至上千多个，因此初步尝试用一些简单的数理统计方法分析.整理了大批试验数据，取得了一定的成效。 4.测量误差分析： 对大量的数据运用数理统计方法进行分析 .整理时，经常要用到算术平均值（X ）及离差（s ） 其表达式为：