專利名稱：一種鋁合金板材內(nèi)部殘余應(yīng)力定點無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用X射線衍射掃描無損檢測鋁合金板材內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法， 也適合具有平行面鋁合金構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力沿厚度方向的定點分布無損檢測。
背景技術(shù)：
鋁合金經(jīng)過鑄造擠壓和熱處理后產(chǎn)生極大的應(yīng)力，這主要是由于板材在淬火的急速冷卻過程中，板材的表面與心部的冷卻速度不同，存在冷卻梯度，使得板材的表面層受到附加壓應(yīng)力而心部受到拉應(yīng)力，使板材產(chǎn)生極大的殘余應(yīng)力，板材越厚，這種熱的梯度就越大，所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也越大，導(dǎo)致成品狀態(tài)的板材機加工時產(chǎn)生變形，對于大厚型的鋁板往往需要進行預(yù)拉伸以便減小因熱處理產(chǎn)生的應(yīng)力，預(yù)拉伸的目的是產(chǎn)生一定的應(yīng)力以抵消部分熱處理帶來的殘余應(yīng)力，使最終產(chǎn)品的殘余應(yīng)力盡可能降低。預(yù)拉伸的變形量是決定最終殘余應(yīng)力大小的關(guān)鍵，但預(yù)拉伸的變形量需要根據(jù)淬火后板材的內(nèi)部殘余應(yīng)力分布來確定，而目前內(nèi)部殘余應(yīng)力的無損檢測是個難題，本發(fā)明就是針對此問題，采用短波長X射線衍射透射的方法，利用布拉格原理，對鋁合金板材內(nèi)部殘余應(yīng)力進行定點測定，其目的是可以進行預(yù)拉伸板拉升量的優(yōu)化，實時掌握和控制鋁板生產(chǎn)加工中的應(yīng)力，促進航空業(yè)中的大飛機、航天飛行器及軌道交通能源中急迫需求各種鋁板材的應(yīng)用。對晶體材料的應(yīng)力無損測定世界上通用的是X射線衍射方法。但普通X射線管靶材只能進行晶體材料表面20微米以內(nèi)的衍射，因此測定的應(yīng)力實則是表面層的一個平均平面應(yīng)力。要無損測定內(nèi)部的應(yīng)力只能通過中子衍射或同步輻射，而中子衍射需要先進反應(yīng)堆，同步輻射需要極大的光源，兩者都需要巨額投入，目前我國用中子衍射和同步輻射進行晶體材料內(nèi)部應(yīng)力的測試研究還在探索過程，國際上利用中子衍射和同步輻射對晶體材料殘余應(yīng)力已進行了相當(dāng)?shù)难芯?，但鑒于不同材料有其特殊性，因此在標(biāo)樣的制備等方法上也有所不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用重金屬鎢靶短波長χ射線衍射儀無損測定鋁合金板內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下(1)衍射體積中心位置的確定將衍射儀2 θ角固定在鋁(111)晶面衍射峰位置， 在樣品架上固定薄鋁箔片，將樣品架垂直于散射矢量方向的軸(Ζ軸)以0. Imm步長移動， 探測器記錄每個位置固定時間的衍射強度，用高斯函數(shù)擬合或者重心法確定衍射體積中心位置；(2)試樣切割及測試位置選擇對待測鋁合金板進行切割，軋向和橫向尺寸切割至7-10倍厚度尺寸，將待測鋁合金板樣品固定在樣品架上，鋁合金板橫向平行于散射矢量方向，衍射體積中心位于衍射儀理論圓心且位置固定，通過樣品臺的Χ、Υ、Ζ軸和歐拉角(K)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)樣品的不同區(qū)域進入衍射體積，實現(xiàn)樣品不同區(qū)域的應(yīng)力測定；κ = 45度時，板橫向平行于水平方向，此時通過Z軸的移動實現(xiàn)板厚不同位置的衍射譜提?。?3)鋁合金板橫向晶面間距測量選擇好測試位置，衍射儀θ角轉(zhuǎn)到2. 5度，2 θ 角轉(zhuǎn)到鋁(111)晶面衍射峰強度最大位置進行K角掃描，K角從30度掃描到60度，記錄每度的衍射強度大小，K角固定在衍射強度最大位置；厚度位置和K角位置選擇好后，2 θ角轉(zhuǎn)到鋁(111)晶面衍射峰附近開始測試，掃描鋁(111)衍射峰，步長為0.01度，記錄各角度衍射強度；(4)鋁合金板軋向晶面間距測量Κ角轉(zhuǎn)動90°，換成鋁合金板軋向平行于水平方向重復(fù)步驟1. 3的測試過程；(5)無應(yīng)力標(biāo)樣制備及參考晶面間距的測量對鋁合金板進行無應(yīng)力參考標(biāo)樣的切割，根據(jù)往復(fù)運動的振幅大小將鋁合金板鄰近測試部位某區(qū)域利用線切割切成4 6mm(軋向)Χ4 6mm(橫向)X板厚度尺寸(法向)多塊小長方體單元，切割使用線切割， 最后將切割下的小塊按原位置重新堆垛，邊緣處用樹脂固定，將標(biāo)樣安放在樣品架上用測量鋁合金板的同樣方法測試其軋向和橫向(111)的晶面間距。(6)測試數(shù)據(jù)進行計算此時鋁合金板應(yīng)力計算的公式可以簡化為
權(quán)利要求
-1. 一種鋁合金板材內(nèi)部殘余應(yīng)力定點無損檢測方法，所述方法包括步驟如下1.1衍射體積中心位置的確定將衍射儀2 θ角固定在鋁(111)晶面衍射峰位置，在樣品架上固定薄鋁箔片，將樣品架垂直于散射矢量方向的軸(Ζ軸)以0. Imm步長移動，探測器記錄每個位置固定時間的衍射強度，用高斯函數(shù)擬合或者重心法確定衍射體積中心位置；1.2試樣切割及測試位置選擇對待測鋁合金板進行切割，軋向和橫向尺寸切割至 7-10倍厚度尺寸，將待測鋁合金板樣品固定在樣品架上，鋁合金板橫向平行于散射矢量方向，衍射體積中心位于衍射儀理論圓心且位置固定，通過樣品臺的Χ、Υ、Ζ軸和歐拉角(K)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)樣品的不同區(qū)域進入衍射體積，實現(xiàn)樣品不同區(qū)域的應(yīng)力測定；K = 45度時，板橫向平行于水平方向，此時通過Z軸的移動實現(xiàn)板厚不同位置的衍射譜提??；1.3鋁合金板橫向晶面間距測量選擇好測試位置，衍射儀θ角轉(zhuǎn)到2. 5度，2 θ角轉(zhuǎn)到鋁(111)晶面衍射峰強度最大位置進行K角掃描，K角從30度掃描到60度，記錄每度的衍射強度大小，K角固定在衍射強度最大位置；厚度位置和K角位置選擇好后，2 θ角轉(zhuǎn)到鋁 (111)晶面衍射峰附近開始測試，掃描鋁(111)衍射峰，步長為0.01度，記錄各角度衍射強度；1.4鋁合金板軋向晶面間距測量Κ角轉(zhuǎn)動90°，換成鋁合金板軋向平行于水平方向重復(fù)步驟1. 3的測試過程；1. 5無應(yīng)力標(biāo)樣制備及參考晶面間距的測量對鋁合金板進行無應(yīng)力參考標(biāo)樣的切害I]，根據(jù)往復(fù)運動的振幅大小將鋁合金板鄰近測試部位某區(qū)域利用線切割切成4 6mm(軋向)X4 6mm(橫向)X板厚度尺寸(法向)多塊小長方體單元，切割使用線切割，最后將切割下的小塊按原位置重新堆垛，邊緣處用樹脂固定，將標(biāo)樣安放在樣品架上用測量鋁合金板的同樣方法測試其軋向和橫向(111)的晶面間距。
1.6測試數(shù)據(jù)進行計算此時鋁合金板應(yīng)力計算的公式可以簡化為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金板材內(nèi)部殘余應(yīng)力定點無損檢測方法，其特征在于所述步驟1. 3中，針對粗晶，增加步驟如下在同一厚度的X或Y方向的平行往復(fù)運動，以增大衍射的統(tǒng)計性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金板材內(nèi)部殘余應(yīng)力定點無損檢測方法，其特征在于對于鋁合金板中一般存在的黃銅織構(gòu)Brass {011} <211>以及S織構(gòu){123}<634>，鋁 (111)晶面極密度最大位置在偏離軋向20度附近，如果軋向無法直接測量，可以測量此方向的(111)晶面間距，再通過彈性力學(xué)關(guān)系轉(zhuǎn)換為軋向應(yīng)變，計算公式如下 _ εα-Sm sin2 a
全文摘要
本發(fā)明針對鋁合金板材或簡單結(jié)構(gòu)形狀的鋁合金構(gòu)件因熱處理或其它原因在材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，采用容易獲得的可工業(yè)化實用的重金屬陽極靶的X射線管輻射，利用布拉格原理和彈性力學(xué)原理，通過無應(yīng)力標(biāo)樣的制備獲得參考原始晶面間距d0，然后通過短波長X射線儀的定位，測出板材或構(gòu)件內(nèi)部所需測試部位材料的晶面間距，經(jīng)計算得到該點的殘余應(yīng)力。通過此方法，可以獲得沿板材不同厚度的X射線衍射譜，測試到相應(yīng)點的殘余應(yīng)力，得到沿厚度方向的應(yīng)力梯度。對于鋁合金材料，測試的板材最大厚度可以在40mm以內(nèi)。應(yīng)力測試的儀器誤差在20Mpa以內(nèi)。
文檔編號G01L1/25GK102169033SQ201010586489
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者何長光, 張津, 彭正坤, 牟建雷, 鄭林, 高振桓 申請人:北京科技大學(xué)