鈹材X射線殘余應力無損測定原理和方法.pdf

1、鈹屬稀有輕金屬，因其具有低密度、高比強度和比熱容以及良好的導熱性等優(yōu)點，而被廣泛應用于核能、航空和航天工業(yè)。鈹作為結構材料，在其加工制造過程中，都會不同程度的在其內(nèi)部引入殘余應力，在很多情況下，這些殘余應力均對鈹及其制品的使用帶來不良的影響。由于鈹及其制品的應用領域相對特殊，與廣泛使用的結構材料——鋼鐵相比，其殘余應力的無損測定十分困難，有關這一方面的報導并不多見。X射線衍射法測殘余應力是一種成熟的技術，但由于鈹屬輕元素材料，對X射線的

2、吸收較小，所以X射線的穿透深度較大，而現(xiàn)有大多數(shù)X射線應力儀均是針對鋼鐵等重元素材料設計的。因此，如何利用現(xiàn)有儀器，通過改變測定技術和計算方法，使其適合于鈹材殘余應力的無損測定就具有十分重要的意義。 論文系統(tǒng)分析了現(xiàn)有X射線殘余應力測定方法，針對這些方法和美國ASTX2001X射線應力分析儀在測定鈹焊件和熱等靜壓件殘余應力時存在的問題，基于X射線在鈹材中的強穿透能力，首次提出了適合鈹材三維殘余應力測定的X射線層析掃描法，能夠無損

3、測定鈹材的三維殘余應力及深度分布，同時還可以計算出被測材料的無應力晶面間距d0，計算結果由相關系數(shù)R、泊松比v和誤差分析三個機制約束，可靠性強；首次提出X射線殘余應力測定的積分變換法，根據(jù)線彈性理論的平衡條件和表面邊界條件，推導得出殘余應力分量隨深度變化的模型方程，僅用一種特征X射線就能夠確定鈹材的三維殘余應力及深度分布，較之多波長法有較大的進步，可避免因換靶而造成的測定點位置的不唯一性，提高了測試精度；設計出適合鈹及其制品殘余應力測定

4、的X射線層析掃描測量系統(tǒng)，由X射線多旋轉(zhuǎn)變量控制系統(tǒng)控制能夠提供四個運動自由度、可安裝被測工件的測量臺運動，并采用在ASTX2001X射線應力分析儀上加裝錐度限位狹縫的方法，可以有效地限制進入X射線應力儀探測器的非測試點的衍射信息，使每次測試的點被控制在約0.4mm的范圍內(nèi)，籍助于X射線層析掃描測定法，實現(xiàn)對工件進行殘余應力的逐點、逐面和逐層的層析掃描，延伸了ASTX2001X射線應力分析儀的應用范圍，使該應力儀不僅能夠測定鋼鐵等重元素

5、材料的殘余應力，而且也可以在加裝了錐度限位狹縫后用于無損測定鈹材等輕元素材料的殘余應力。 論文還就X射線殘余應力層析掃描法和X射線殘余應力測定的積分變換法編制出相應的計算機程序，用鈹焊件的實驗數(shù)據(jù)對X射線殘余應力層析掃描測定方法進行了驗證，結果表明，鈹?shù)牟此杀葀接近已知的0.022，計算出的無應力(103)晶面的面間距d0與根據(jù)晶體學中晶面間距公式計算出的鈹(103)晶面的間距(1.02293×10-10m)也較為一致，證明了該

6、方法的正確性；用經(jīng)熱等靜壓處理的φ10的鈹圓片試樣驗證了X射線殘余應力測定的積分變換法，根據(jù)模型方程，按給定的距試樣表面的深度值，即可求得該深度處的應力分量，結果表明，鈹圓片試樣中的正應力分量σ11、σ22隨深度的變化較大，分別從表面的129.4681MPa和25.8521MPa變化至距表面0.7mm處的-156.8644MPa和-31.3150MPa，而切應力分量σ12、σ13和σ23及正應力分量σ33的值均很小。 論文提出的