X射線衍射測量殘余應力的自動化解決方案
噴丸強化是一種廣泛使用的方法,其在工件表面產生壓縮應力,使其更耐用。如許多制造工藝一樣,拋噴丸強化也需要包括精準應力值的質量控制。用于測量拋噴丸強化工件殘余應力的常用技術是X射線衍射。
stresstech在無損過程控制和質量檢驗方面擁有30多年的經驗。stresstech產品線包括利用巴克豪森噪聲技術、孔鉆(ESPI:電子散斑圖案干涉技術)以及本文焦點-X射線衍射商網應力分析儀。隨著技術和制造的進步,產品線包括許多自動測量功能,并使用了工業機器人。工業機器人可用于測量具有復雜形狀和寬表面工件的殘余應力,通過自動化創建靈活的測量過程。stresstech機器人的X射線測量系統被稱為Xstress機器人。
根據X射線衍射數據測定殘余應力
X射線是具有較短的波長(即比可見光具有更高的能量)的電磁輻射波。短波長X射線非常適合探測材料中的面間距。使用面間距作為極限標距長度,X射線是理想的技術,并適用于所有的結晶材料,特別是金屬,同時也是用于陶瓷。其測量絕對應力,而無虛無應力樣品進行校準。
具有周期性晶格結構的材料可以用所謂的單位晶胞描述,其是包含用于指定各種材料晶體結構信息的最小體積單元。通過連接原子所在的點形成晶格結構。用于描述這些單位晶胞的常用的坐標系是米勒指數計數法。
最常見的X射線源是X射線管,其中電子被轟擊至目標金屬陽極。通過加熱離子電子。用高壓(25kv至6okv)將電子加速,這給予電子足夠的能量使其從目標金屬原子,發射特定于陽極材料的標識特征射線,這種接近單色射線可用于X射線衍射分析。
圖1:機器人通過X射線衍射 測量殘余應力
通過衍射峰位置計算應變,由衍射數據確定殘余應力。作用在測量材料上的應力改變了晶面間距,其可以被測量。在實踐中,首先測量無應力的金屬粉末以對特定材料的器件進行校準。在校準期間,將監測器放置到粉末的已知衍射角,并設置角度盤。然后通過測量具有多個傾斜度的晶格距離來計算應力,并且結果被繪制為d vs sin2x圖,其中d是測量的晶面間距,X是傾斜角。可從該d vs sin2X圖的斜率確定殘余應力。
X射線衍射是測量殘余應力的非破壞性的、簡便的方法。曝光區域量會影響檢測時間,而使用較大的準直器會減少測量所需時間。
布拉格定律描述了來自晶格面的X射線衍射。表示為λ=2dsinθ,其中λ是X射線的波長,d是晶面間距,θ是衍射角,如圖2所示。布拉格定律假定入射波和衍射波同相并經歷相長干涉。布拉格定律已證明其本身是精準的、正確的,使其成為衍射應用的有用工具。