殘余應(yīng)力分析儀— 滿足日本標(biāo)準(zhǔn)JSMS-SD-14-20

日本Pulstec公司制造    型號(hào)：μ-X360s

   X射線是表面殘余應(yīng)力測(cè)定技術(shù)中為數(shù)不多的無損檢測(cè)法之，是根據(jù)材料或制品晶面間距的變化測(cè)定應(yīng)力的，至今仍然是研究得較為廣泛、深入、成熟的殘余應(yīng)力分析和檢測(cè)方法之，被廣泛的應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的各域。2012年日本Pulstec公司開發(fā)出基于全二維探測(cè)器技術(shù)的新代X射線殘余應(yīng)力分析儀——μ-X360n，將用X射線研究殘余應(yīng)力的測(cè)量速度和精度推到了個(gè)全新的高度，設(shè)備推出不久便得到業(yè)界好評(píng)。由于其技術(shù)之進(jìn)、測(cè)試數(shù)據(jù)可重復(fù)性之高、使用之便攜，設(shè)備經(jīng)推出便備受業(yè)界青睞！ 近期，日本Pulstec公司成功克服技術(shù)難點(diǎn)，發(fā)布了新的產(chǎn)品型號(hào)：μ-X360s，將全二維面探測(cè)器技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能完善再次升！

產(chǎn)品點(diǎn)：

相較于傳統(tǒng)的X射線殘余應(yīng)力測(cè)定儀，新代μ-X360s具有以下點(diǎn)：

更快速：二維探測(cè)器次性采集獲取完整德拜環(huán)，單角度次入射即可完成測(cè)量。

更準(zhǔn)確：次測(cè)量可獲得500個(gè)衍射點(diǎn)進(jìn)行殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)擬合，結(jié)果更準(zhǔn)確。

更輕松：無需測(cè)角儀，單角度次入射即可，復(fù)雜形狀和狹窄空間的測(cè)量不再困難。

更方便：無需任何液體冷卻裝置，支持便攜電池供電。

更強(qiáng)大：具備區(qū)域應(yīng)力測(cè)量功能，晶粒均勻性、材料織構(gòu)、殘余奧氏體分析等功能。

晶粒取向分析	晶粒均勻性分析

應(yīng)用域：

1.  機(jī)械加工域：測(cè)量機(jī)床、焊接、鑄造、鍛壓、裂紋等構(gòu)件的殘余應(yīng)力。

2.  冶金行業(yè)：測(cè)量熱壓、冷壓、煉鐵、煉鋼、煉鑄等工業(yè)生產(chǎn)構(gòu)件的殘余應(yīng)力。

3. 各種零配件制造：測(cè)量電站汽輪機(jī)制造、發(fā)動(dòng)機(jī)制造、油缸、壓力容器、管道、陶瓷、裝配、螺栓、彈簧、齒輪、軸承、軋輥、曲軸、活塞銷、萬向節(jié)、機(jī)軸、葉片、刀具等工業(yè)產(chǎn)品的殘余應(yīng)力。

4. 表面改性處理：測(cè)量滲氮、滲碳、碳氮共滲、淬火、硬化處理、噴丸、振動(dòng)沖擊、擠壓、滾壓、金剛石碾壓、切削、磨削、車（銑）、機(jī)械拋光、電拋光等工藝處理后構(gòu)件中的殘余應(yīng)力。

5. 民生基礎(chǔ)建設(shè)域：

(1)海洋域：測(cè)量船舶、海洋、石油、化工、起重、運(yùn)輸、港口等域設(shè)備和設(shè)施的殘余應(yīng)力。

(2)能源域：測(cè)量核工業(yè)、電力（水水電、熱電核電）、水工程、天然氣工程等域的設(shè)備和設(shè)施的殘余應(yīng)力。

(3)基礎(chǔ)建設(shè)工程域：測(cè)量挖掘、橋梁、汽車、鐵路、航空航天、交通、鋼結(jié)構(gòu)等工程域所用材料、構(gòu)件及其它相關(guān)設(shè)備設(shè)施的殘余應(yīng)力。

6. 國(guó)防jun工域：測(cè)量武·器裝備、重型裝備等產(chǎn)品的殘余應(yīng)力。

測(cè)試原理概述：

全二維面探測(cè)器技術(shù)

--單角度次入射后，用二維探測(cè)器獲得完整德拜環(huán)。通過比較沒有應(yīng)力時(shí)的德拜環(huán)和有應(yīng)力狀態(tài)下的變形德拜環(huán)的差別來計(jì)算應(yīng)力下晶面間距的變化以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)力

--施加應(yīng)力后，分析單次入射前后德拜環(huán)的變化，即可通過殘余應(yīng)力分析軟件獲得殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)

應(yīng)用軟件：

1. 采用全二維面探測(cè)器獲取完整德拜環(huán)，X射線單角度次入射即可完成應(yīng)力測(cè)量

2. 全自動(dòng)軟件測(cè)量殘余應(yīng)力并可顯示出半峰寬數(shù)值

3. 內(nèi)在定位標(biāo)記和CCD相機(jī)方便樣品定位，操作其簡(jiǎn)單快捷

4. 快捷進(jìn)入預(yù)設(shè)各種材料測(cè)量條件，鍵執(zhí)行測(cè)量

設(shè)備選件

1. 殘留奧氏體分析

用于提供自動(dòng)計(jì)算剩余奧氏體含量的軟件分析功能

2. XY掃描控制臺(tái)

用于在平面內(nèi)X方向和Y方向準(zhǔn)確調(diào)節(jié)探測(cè)器位置，并對(duì)樣品表面進(jìn)行殘余應(yīng)力區(qū)域測(cè)試，X、Y方向的行程為20cm

3. 電解拋光裝置

用電化學(xué)腐蝕的方法對(duì)金屬表面做剝層處理

4. 振蕩單元裝置

用于粗晶樣品殘余應(yīng)力測(cè)試

5.多種靶材可供選擇

用戶可以自己更換X射線靶材以滿足更廣的測(cè)試材料需求，可換靶材包括：Cr，V，Cu，Co，Mn

應(yīng)用案例

   殘余應(yīng)力直接影響金屬制品的疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力、腐蝕能力、尺寸穩(wěn)定性和使用壽命，因此在工業(yè)和軍事等部門受到普遍重視。基于全二維探測(cè)器分析方法的新代殘余應(yīng)力分析儀不僅精度更高，而且不再需要測(cè)角儀、不再需要多個(gè)入射角才能完成測(cè)量、不再需要冷水機(jī)，因此將很大改善了復(fù)雜形狀部件檢測(cè)、狹窄空間檢測(cè)、野外工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、大面積部件檢測(cè)等測(cè)量的難度，具有更廣泛的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，基于全二維探測(cè)器分析方法的便攜式X射線殘余應(yīng)力分析儀可以用來檢測(cè)焊接處疲勞，齒輪，圓棒，角焊縫，機(jī)軸狹窄區(qū)，彈簧等；在戶外工程中，它可以用來檢測(cè)管道焊縫，油罐焊縫，除掉外層水泥的建筑內(nèi)層，橋梁金屬，高速鐵軌等。

■    實(shí)驗(yàn)室內(nèi)輕松勝任各種部件檢測(cè) — —快速、高精度、復(fù)雜形狀全面分析  

■   戶外工程現(xiàn)場(chǎng)原位殘余應(yīng)力應(yīng)力檢測(cè)— —變得如此簡(jiǎn)單

• 
  

• 可裝便攜箱，整機(jī)重約8.8公斤，單手可攜帶

  設(shè)備體積小巧，可現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)龐大物體

• 無需測(cè)角儀，個(gè)入射角完成全部測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不再受空間限制

• 電池即可支持工作

（a）橋梁檢測(cè) （b）輥軸檢測(cè) （c）油罐焊縫檢測(cè)

■ 噴丸域應(yīng)用

近日，Yuji Kobayashi博士在噴丸工藝制備的應(yīng)力標(biāo)樣基礎(chǔ)上，比較了sin2Ψ和cosα兩種殘余應(yīng)力分析方法下所測(cè)得的殘余應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)步驗(yàn)證了基于全二維面探技術(shù)的cosα殘余應(yīng)力分析方法測(cè)試結(jié)果的可靠性，相關(guān)結(jié)果已發(fā)表在雜志《The Shot Peener》上，詳見：Summer 2019，Volume 33, Issue 3 | ISSN 1069-2010。文章中所采用的基于全二維面探技術(shù)的殘余應(yīng)力測(cè)試設(shè)備為日本Pulstec公司制造的型號(hào)為μ-X360s的新代便攜式X射線殘余應(yīng)力分析儀。該設(shè)備將全二維面探測(cè)器技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能再次完善升。相比于傳統(tǒng)X射線殘余應(yīng)力測(cè)定儀，該設(shè)備具有更快速的測(cè)量時(shí)間（二維探測(cè)器次性采集獲取完整德拜環(huán)，單角度次入射即可完成測(cè)量，全過程平均約60秒），更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果（次測(cè)量可獲得500個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)擬合，結(jié)果更準(zhǔn)確），更便的測(cè)試條件（測(cè)量精度高，無需冷卻水），以及更強(qiáng)大的測(cè)試功能（具備區(qū)域應(yīng)力自動(dòng)測(cè)量功能，晶粒大小、材料織構(gòu)、殘余奧氏體分析等功能），深受機(jī)械加工、民生基礎(chǔ)建設(shè)、國(guó)防jun工等域廣大同行的青睞。

案例導(dǎo)圖：

基于全二維面探測(cè)器技術(shù)獲得的德拜環(huán)衍射圖像

Yuji Kobayashi博士用到的應(yīng)力標(biāo)樣

   以上圖片來源：《The Shot Peener》Summer 2019，Volume 33, Issue 3 | ISSN 1069-2010

■ 三維應(yīng)力分析及用

   目前已經(jīng)有越來越多的同行家和學(xué)者開始對(duì)μ-X360系列以及該設(shè)備所采用的的方法感興趣。尤其，基于cosα方法的殘余應(yīng)力分析儀設(shè)備因?yàn)橐苿?dòng)方便，使得對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞進(jìn)行原位評(píng)估成為可能。Takumi Fujita等人的工作表明[1]：基于德拜環(huán)的應(yīng)力分析儀跟傳統(tǒng)的X射線衍射應(yīng)力分析儀相比，可快速獲得疲勞、斷裂準(zhǔn)則、裂紋萌生以及滾動(dòng)接觸次表面安定限等信息；而且，該系統(tǒng)不僅可以用來研究滾動(dòng)接觸疲勞機(jī)理還可對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞的演變程度進(jìn)行定量評(píng)估。Takumi Fujita等人發(fā)表的文章中，關(guān)于三維應(yīng)力測(cè)量及德拜環(huán)測(cè)量所采用的設(shè)備就是日本Pulstec公司制造的型號(hào)為μ-X360的X射線殘余應(yīng)力分析儀設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

[1]. Evaluation of Rolling Contact Fatigue Using X-Ray Diffraction Ring, Materials Performance and Characterization, 2016.5.1,pp23-37.

測(cè)試數(shù)據(jù)

■  無應(yīng)力鐵粉的殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

■  鈦合金（ TC4 ）殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果：內(nèi)孔位置原位測(cè)量

發(fā)表文章

1. K. Ito et al. / Materials and Design 61 (2014) 275-280

2. J.-S. Wang et al. / Materials Characterization 99 (2015) 248–253

3. R. Gadallah et al. / Marine Structures 44 (2015) 232e253

4. J.S. Robinson, W. Redington / Materials Characterization 105 (2015) 47–55

5. K. Sugimoto et al. / International Journal of Fatigue, Volume 100, Part 1, July 2017, Pages 206-214

6. N. Karunathilaka et al. / Metals 2019, 9, 783

7. R. Hajavifard et al. / Materials 2019, 12, 1646

8. M. Knyazeva et al. / Materials 2018, 11, 2290

用戶單位：

清華大學(xué)

上海交通大學(xué)

天津大學(xué)

山東大學(xué)

東北大學(xué)

北京科技大學(xué)

北京交通大學(xué)

西南交通大學(xué)

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