x射线应力测定法

x射线应力测定法

x射线应力测定法是应力分析方法的一种。它利用X射线穿透金属晶格时发生衍射的原理，测量金属材料或构件的表面层由于晶格间距变化所产生的应变，从而算出应力。可以无损地直接测定试件表层的应力或残余应力。

出于适应工业现场实测和各种结构材料的不同性能以及大型构件的应力测定的需要，当前的研究工作主要是实现测试工作标准化，提高测试精度和测试效率。以及采用双X射线管，双计数管，和配用电子计算机进行数据处理和程序控制的X射线应力测定系统。

什么是应力

物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。

物体中一点在所有可能方向上的应力称为该点的应力状态。但过一点可作无数个平面，是否要用无数个平面上的应力才能描述点的应力状态呢？通过下面的分析可知，只需用过一点的任意一组相互垂直的三个平面上的应力就可代表点的应力状态，而其它截面上的应力都可用这组应力及其与需考察的截面的方位关系来表示。

如下图所示，P为直角坐标系0XYZ中一变形体内的任意点，在此点附近切取一个各平面都平行于坐标平面的六面体。此六面体上三个互相垂直的三个平面上的应力分量即可表示该点的应力状态。

x射线应力测定原理

平行相干的X射线射到金属结晶表面时，会发生衍射(如下图)。

图a

描述X射线衍射现象的布拉格公式为：

通常取衍射级数n为1。

因此，可通过测量衍射角的变化来确定晶格间距s的变化。

当测定图b所示构件上一点O在x方向的表面应力时，须在与试件表面法线z成角度的方向上射入一束波长为λ的X射线。

在各向同性材料的均匀弹性变形条件下，有如下的关系：

式中E和v分别为材料的弹性模量和泊松比； 为ψ方向的应变； 为法线取OP方向的特定晶格面的X射线衍射角；θ0为材料无应力状态时的衍射角。

x射线应力测定法优点和实际应用

优点

x射线应力测定法可以无损地测量构件中的应力或残余应力，特别适宜于测量薄层和裂纹的应力分布。是检验产品质量，研究材料强度，选用较佳工艺的一种重要手段。

实际应用测量

测定应力时，通常只要测量4～5个具有不同入射角（一般取0°、15°、30°45°、60°）的X射线的衍射角，作出  曲线，用Z小二乘法求出斜率，就可确定  。这就是用X射线测定应力的基本方法——  法，其精度较高。此外，还有0°-45°法、单一倾斜法等。

曾经先后采用过照相法（由底片记录衍射环半径）和计数管法（由计数管记录衍射角，见图3），接收、记录X射线的衍射，如用电子计数器记录宽大衍射条纹的峰值强度位置时，可采用较精确的ZX法和常用的半高法等。

计数管法

用X射线测定应力，其精度受到许多因素的影响，如被测试件材料的结构、晶粒的粗细程度、衍射面的选择、X射线的波长、采用的测量方法、被测试件表面的平滑度和处理情况等。

计数管法

70年代开始使用的多缝平行光阑的平行光束X射线应力测定仪，具有限制X射线入射和衍射光束的水平发散度的效能，提高了测量的精度。X射线测定应力的精度，已能达到±（1～2）千克力/毫米2。