一种铝合金板材内部残余应力定点无损检测方法

摘要

本发明针对铝合金板材或简单结构形状的铝合金构件因热处理或其它原因在材料内部产生残余应力，采用容易获得的可工业化实用的重金属阳极靶的X射线管辐射，利用布拉格原理和弹性力学原理，通过无应力标样的制备获得参考原始晶面间距d0，然后通过短波长X射线仪的定位，测出板材或构件内部所需测试部位材料的晶面间距，经计算得到该点的残余应力。通过此方法，可以获得沿板材不同厚度的X射线衍射谱，测试到相应点的残余应力，得到沿厚度方向的应力梯度。对于铝合金材料，测试的板材最大厚度可以在40mm以内。应力测试的仪器误差在20MPa以内。

主权项

一种铝合金板材内部残余应力定点无损检测方法，所述方法包括步骤如下：1.1衍射体积中心位置的确定：将衍射仪2θ角固定在铝（111）晶面衍射峰位置，在样品架上固定薄铝箔片，将样品架垂直于散射矢量方向的轴（Z轴）以0.1mm步长移动，探测器记录每个位置固定时间的衍射强度，用高斯函数拟合或者重心法确定衍射体积中心位置；1.2试样切割及测试位置选择：对铝合金板进行切割，轧向和横向尺寸切割至7‑10倍所述铝合金板的厚度尺寸，将铝合金板固定在样品架上，铝合金板横向平行于散射矢量方向，衍射体积中心位于衍射仪理论圆心且位置固定，通过样品架的X、Y、Z轴和欧拉角K转动实现铝合金板的不同区域进入衍射体积，实现铝合金板不同区域的应力测定；K=45度时，板横向平行于水平方向，此时通过Z轴的移动实现所述铝合金板板厚不同位置的衍射谱提取；1.3铝合金板横向晶面间距测量：选择好测试位置，衍射仪θ角转到2.5度，2θ角转到铝（111）晶面衍射峰强度最大位置进行K角扫描，K角从30度扫描到60度，记录每度的衍射强度大小，K角固定在衍射强度最大位置；铝合金板厚度位置和K角位置选择好后，2θ角转到铝（111）晶面衍射峰附近开始测试，扫描铝（111）衍射峰，步长为0.01度，记录各角度衍射强度；1.4铝合金板轧向晶面间距测量：K角转动90度，换成铝合金板轧向平行于水平方向重复步骤1.3的测试过程；1.5无应力标样制备及参考晶面间距的测量：对铝合金板进行无应力参考标样的切割，根据往复运动的振幅大小将铝合金板邻近测试部位某区域利用线切割切成4~6mm（轧向）×4~6mm（横向）×铝合金板厚度尺寸（法向）多块小长方体单元，切割使用线切割，最后将切割下的小块按原位置重新堆垛，边缘处用树脂固定，将标样安放在样品架上用测量铝合金板的同样方法测试其轧向和横向（111）的晶面间距；1.6测试数据进行计算：此时铝合金板应力计算的公式可以简化为： σ RD = E hkl ( 1 - v hkl 2 ) [ ϵ RD + v hkl ϵ TD ] σ TD = E hkl ( 1 - v hkl 2 ) [ ϵ TD + v hkl ϵ RD ] 其中σRD、σTD分别是轧向和横向的残余应力，Ehkl、vhkl分别是衍射所用晶面的弹性模量和泊松比，εRD、δTD分别是轧向和横向的应变由下式确定： ϵ = d - d 0 d 0 = λ / 2 sin θ - λ / 2 sin θ 0 λ / 2 sin θ 0 其中θ是铝合金板测出的布拉格衍射角的一半，θ0是由无应力参考标样测出的布拉格衍射角的一半，θ和θ0都是通过对衍射谱进行拟合而得来。