X射線應力測定法

實驗應力分析方法的一種。利用X射線穿透金屬晶格時發生衍射的原理，測量金屬材料或構件的表面層由於晶格間距變化所產生的應變，從而算出應力。可以無損地直接測定試件表層的應力或殘餘應力。

基本介紹

• 中文名：X射線應力測定法
• 外文名：X-raymethod for stress measurement

1. 原理

平行相干的X射線射到金屬結晶表面時，會發生衍射（圖1）。描述X射線衍射現象的布拉格公式為：

圖1 金屬結晶衍射圖

（1）

通常取衍射級數n為1。

因此，可通過測量衍射角的變化來確定晶格間距s的變化。

當測定圖2所示構件上一點O在x方向的表面應力時，須在與試件表面法線z成角度的方向上射入一束波長為λ的X射線。在各向同性材料的均勻彈性變形條件下，有如下的關係：

式中E和v分別為材料的彈性模量和泊松比；為ψ方向的應變；為法線取OP方向的特定晶格面的X射線衍射角；θ₀為材料無應力狀態時的衍射角。

圖2 X射線測定原理圖

優點

可以無損地測量構件中的應力或殘餘應力，特別適宜於測量薄層和裂紋尖端的應力分布。是檢驗產品質量，研究材料強度，選用較佳工藝的一種重要手段。

套用

測定應力時，通常只要測量4～5個具有不同入射角（一般取0°、15°、30°45°、60°）的X射線的衍射角，作出 曲線，用最小二乘法求出斜率，就可確定。這就是用X射線測定應力的基本方法——法，其精度較高。此外，還有0°-45°法、單一傾斜法等。

實際測量

曾經先後採用過照相法（由底片記錄衍射環半徑）和計數管法（由計數管記錄衍射角，見圖3），接收、記錄X射線的衍射，如用電子計數器記錄寬大衍射條紋的峰值強度位置時，可採用較精確的重心法和常用的半高法等。

圖3 計數管法

用X射線測定應力，其精度受到許多因素的影響，如被測試件材料的結構、晶粒的粗細程度、衍射面的選擇、X射線的波長、採用的測量方法、被測試件表面的平滑度和處理情況等。

70年代開始使用的多縫平行光闌的平行光束X射線應力測定儀，具有限制X射線入射和衍射光束的水平發散度的效能，提高了測量的精度。X射線測定應力的精度，已能達到±（1～2）千克力/毫米²。

發展

為了適應工業現場實測和各種結構材料的不同性能以及大型構件的應力測定的需要，當前的研究工作主要是實現測試工作標準化，提高測試精度和測試效率。以及採用雙X射線管，雙計數管，和配用電子計算機進行數據處理和程式控制的X射線應力測定系統。