[發明專利]一種短波長特征X射線內部應力無損測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202110784497.0
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113310611B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 鄭林;竇世濤;張倫武;張津;車路長;王成章;周堃;何長光;彭正坤;封先河;陳新
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王云曉

1.一種短波長特征X射線內部應力無損測試裝置，其特征在于，包括X射線源及其入射準直器、測角儀、探測器支架、試樣架、至少兩個探測器及其接收準直器；

所述各探測器及其相應的接收準直器均與探測器支架固定連接，各個探測器與接收準直器一一對應，由測角儀驅動各探測器及其相應的接收準直器轉動；所述各探測器的接收口指向對應的所述接收準直器的出射口，所述各接收準直器的接收口全部指向衍射儀圓圓心，所述試樣架用于將樣品待測部位移動至所述裝置的衍射儀圓圓心；

所述X射線源輻射的X射線經入射準直器準直后，形成一束X射線，向所述衍射儀圓圓心輻射，所述探測器接收口中心與所述X射線源出射口中心位于同一平面；

多個探測器與樣品之間具有不同的夾角，使各個探測器對應測得樣品中不同衍射晶面的衍射譜；

根據測得的多個衍射晶面的應力，計算算術平均值作為樣品的被測部位應力值；或根據測得的多個衍射晶面的應力，基于相對衍射強度比，根據應力及對應的衍射強度比計算多個晶面的加權平均值作為樣品的被測部位應力值；

所述試樣架固定于所述測角儀的一個旋轉軸上；

所述測角儀與所述探測器支架固定連接，所述探測器支架固定于所述測角儀的另一個旋轉軸上，所述測角儀用于帶動所述探測器支架轉動，以帶動所述各探測器及其接收準直器繞衍射儀圓圓心轉動。

2.根據權利要求1所述的短波長特征X射線內部應力無損測試裝置，其特征在于，包括三個所述探測器和三個相應的接收準直器。

3.根據權利要求1所述的短波長特征X射線內部應力無損測試裝置，其特征在于，所述X射線源包括入射準直器，所述入射準直器的通光寬度的取值范圍為10μm至200μm，包括端點值；所述接收準直器的通光寬度的取值范圍為10μm至200μm，包括端點值；所述入射準直器的通光截面和所述接收準直器的通光截面均為矩形，所述通光截面的高度均為0.1mm至10mm，包括端點值。

4.一種短波長特征X射線內部應力無損測試方法，其特征在于，包括：

X射線源、至少兩個探測器及其相應的接收準直器分別位于樣品的兩側；

將樣品固定于試樣架，移動試樣架，使所述樣品的待測部位于衍射儀圓圓心，開啟X射線源照射樣品；

將所述樣品轉動至預設Ψ_hkl角度，以形成對應多個不同衍射晶面的多個Ψ_hkl角；所述Ψ_hkl角為樣品表面法線與探測器對應的衍射晶面法線之間夾角；

轉動測角儀帶動至少兩個探測器繞所述衍射儀圓圓心轉動，以使至少兩個所述探測器通過相應的所述接收準直器接收對應所述衍射晶面的衍射X射線，測量對應所述衍射晶面的衍射譜，通過定峰確定衍射角2θ_hkl；

在測量所述衍射角2θ_hkl之后，判斷任一所述衍射晶面對應的Ψ_hkl角是否為最終的Ψ_hkl角；若否，則將所述預設Ψ_hkl角度更新為下一預設Ψ_hkl角度，并執行將所述樣品轉動至預設Ψ_hkl角度，至判斷任一所述衍射晶面對應的Ψ_hkl角是否為最終的Ψ_hkl角的步驟；

根據測得的衍射角2θ_hkl和對應的Ψ_hkl角計算所述樣品的應力；

多個探測器與樣品之間具有不同的夾角，使各個探測器對應測得樣品中不同衍射晶面的衍射譜；

還包括：

根據測得的多個衍射晶面的應力，計算算術平均值作為樣品的被測部位應力值；或，根據測得的多個衍射晶面的應力，并基于相對衍射強度比，計算加權平均值作為樣品的被測部位應力值；

所述根據測得的衍射角2θ_hkl和對應的Ψ_hkl角計算所述樣品的應力包括：

根據所述衍射角2θ_hkl和對應的所述Ψ_hkl角，分別擬合多個衍射晶面的2θ_hkl-sin²Ψ_hkl值，得到多個晶面的衍射角2θ_hkl對sin²Ψ_hkl的變化斜率M_hkl，根據應力計算模型計算得到晶面的應力；所述應力計算模型為：

σ_hld＝K_hld·M_hld

所述K_hkl為晶面應力常數，M_hkl為晶面2θ_hkl-sin²Ψ_hkl的斜率，2θ_hkl為所述晶面衍射角，E_hkl為晶面彈性模量，υ_hkl為晶面泊松比，Ψ_hkl為晶面的Ψ角。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在所述開啟X射線源照射樣品之前，所述方法還包括：

調整所述探測器與所述樣品法線之間的角度，以使所述探測器位于所述樣品衍射晶面理論衍射角度。