Page 92 - 无损检测2023年第四期

王国浩, 等:

基于正交试验的 X 射线衍射法残余应力测量效率优化

测方法。无损检测方法主要包括 X 射线衍射法、 MINITAB统计分析软件对多因素及多水平进行正
中子 衍 射 法 [ 8 ] 、 磁 测 法 [ 9 ] 、 超 声 法 [ 10 ] 、 纳 米 压 痕 交试验设计。最终确定残余应力检测正交试验方
法 [ 11 ] 等, 有损检测方法包括钻孔法、 环心法、 切槽 案, 残余应力检测混合水平正交表如表2所示。
法、 剥层法等。目前在残余应力检测中, X 射线衍 表2 残余应力检测混合水平正交表
射法是使用范围最广、 可靠性最高的手段, 检测理 参数序号 ψ 角个数 / 个 准直器直径 / mm 摇摆角度 /( ° )
论也比较成熟, 在机械工程和材料科学领域应用 1 5 1 1
2 5 2 2
广泛 [ 12-14 ] 。
3 5 3 3
现有研究成果大多针对提高残余应力的测量精 4 7 1 2
度, 对于测量过程中的稳定性与高效性的研究则较 5 7 2 3
6 7 3 1
少。王贺权等 [ 15 ] 研究了 ψ 角个数为 2~10 的偶数
7 9 2 1
个数, 准直器直径为1~3mm , 探测器种类为线性 8 9 3 2
阵列与 SDD ( 硅漂移探测器) 等3类参数对数据误 9 9 1 3
差与稳定性的影响。文章以403不锈钢试样为例进 10 11 3 3
11 11 1 1
行表层残余应力检测, 探究测量参数 ψ 角个数为 5 12 11 2 2

~15的奇数, 准直器直径为1~3mm , 摇摆角度为 13 13 2 3
1°~3° 情况下, 3类参数对残余应力测量准确度、 测 14 13 3 1
15 13 1 2
量效率及稳定性的影响程度。 16 15 3 2
17 15 1 3
1 试验方法 18 15 2 1
1.1 正交试验设计 1.2 仪器标定及材料参数
正交试验法是目前试验设计方法中针对多因素 以304 不锈钢为例, 其检测参数选用可参考
多水平的常用优化分析方法, 具有高效率、 低成本等 钢及铸铁材料, 残余应力检测方法为同倾固定法,
优势 [ 16 ] 。笔者利用多因素混合水平正交表安排残 试样均为圆柱形材料, 检测试样实物及测点标记
余应力检测参数分析方案, 对残余应力数值结果进 如图1所示。
行均值、 方差及极差分析, 探究残余应力测量参数对 检测残余应力时首先需要标定零应力试样,

测量数据准确性、 测量效率及稳定性的影响。 用以保证试验设备完成检测准备, 标定时选用零
采用 X 射线衍射法中的同倾法测定残余应力。 应力试样进行超过 10 次以上的测定, 且误差不超

选取 ψ 角个数、 准直器直径及摇摆角度等3个因素 过±14MPa [ 19 ] , 则可以认为符合残余应力检测标
作为正交法研究对象。 角个数选取 6 种, 取值分
ψ
别为5 , 7 , 9 , 11 , 13 , 15个; 准直器直径取值为 1 , 2 ,

3mm ; 摇摆角度取值为1° , 2° , 3° 。
由于各因素的水平数量不同, 故水平因素处理
方法采用拟水平法 [ 17 ] 。残余应力检测正交试验因
素水平如表1所示。
表1 残余应力检测正交试验因素水平
因素
水平
ψ 角个数 准直器直径 / mm 摇摆角度 /( ° )
1 5 1 1
2 7 2 2
3 9 3 3
4 11 - -
5 13 - -
6 15 - -
图1 试样实物及测试点标记示意
确定残余应力检测正交试验因素水平后, 使用
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2023年 第45卷 第4期
无损检测