Page 93 - 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

准, 零应力试样标定结果如图2所示。
2 试验结果与分析

理论上, 布拉格角度越大所测量的误差越小, 故
选取设备最大测量角度为±30° ; 角个数在3个以下
ψ
时测量稳定性较差, 故选取5个以上的角度进行残余
应力检测, 每个角度依照角度个数自动进行分配, 测
量角度个数分为6组, 分别为5 , 7 , 9 , 11 , 13 , 15个。
30° 检测角度分配结果如表 3 所示。依据上述
正交试验设计方案对试样进行残余应力测量, 为评
图2 零应力试样标定结果
价 ψ 角个数、 准直器直径、 摇摆角度对残余应力测
针对残余应力检测进行效率优化分析, 笔者采 量的误差影响, 采用均值、 方差及极差对试验结果进
用标准应力试样进行测量, 每个试样重复检测5次。 行分析, 正交试验分析结果如表4所示。
表3 30° 检测角度分配结果

序号 检测角度 /( ° )
1 30 11.8 0 -11.8 -30 - - - - - - - - - -
2 30 21.17 11.8 0 -11.8 -21.17 -30 - - - - - - - -
3 30 23.46 16.32 11.8 0 -11.8 -16.32-23.46 -30 - - - - - -
4 30 24.8 19.29 11.8 5.55 0 -5.55-11.8 -19.29 -24.8 -30 - - - -
5 30 25.68 21.17 16.32 11.8 3.99 0 -3.99 -11.8 -16.32 -21.17 -25.68 -30 - -
6 30 26.3 22.49 18.46 11.8 9.07 2.8 0 -2.8 -9.07 -11.8 -18.46 -22.49 -26.6 -30
表4 残余应力检测正交试验分析结果 2.1 不同 ψ 角个数对测量的影响

ψ 角个数 / 准直器直 摇摆角度 / 误差 X 射线衍射法检测原理如图3所示 [ 12 ] , 图中 η
序号 方差
个 径 / mm ( ° ) 平均值 角为无应力状态下1 / 2干涉圆锥的半顶角, X 射线
1 5 1 1 10.54 7.51 应力分析仪通过检测不同方向的 ψ 角来测量材料
2 5 2 2 9.42 3.77
在应力应变下的晶格间距, 测量试样始终保持静止
3 5 3 3 11.14 6.43
状态, 通过旋转摇臂改变 X 射线和计数管相对于试
4 7 1 2 7.84 7.39
样表面的倾角得到不同方向的 角。如果表面存
5 7 2 3 7.13 2.76 ψ
在残余应力, X 射线会发生衍射现象, 最终被探测器
6 7 3 1 7.47 5.68
7 9 2 1 4.45 2.08 接收, 得到材料表面的残余应力数值。
8 9 3 2 6.3 3.17 从正交试验结果可以看出, 角个数从9开始,
ψ
9 9 1 3 5.84 5.71
残余应力测量误差开始减小, 但 ψ 角个数对数据稳
10 11 3 3 6.63 2.89
定性的影响较小, 正交试验分析结果说明, 适当增加
11 11 1 1 5.67 6.76
12 11 2 2 4.59 1.80 ψ 角个数能够提高残余应力测量精确度, 但过多的
设置 角个数会导致残余应力测量时间较长, 测量
13 13 2 3 4.15 1.91 ψ
14 13 3 1 3.31 2.62 效率大大降低。
15 13 1 2 5.38 3.84
16 15 3 2 6.73 2.36
17 15 1 3 5.68 4.30

18 15 2 1 5.02 2.30
依据正交试验结果, 第12组数据误差及数据波
动较小, 故选取 ψ 角个数为 11 个, 准直器直径为

2mm , 摇摆角度为 2° , 以此作为极差分析试验组,
以明确 ψ 角个数、 准直器直径、 摇摆角度对残余应
图3 X 射线衍射法检测原理示意
力测量数据稳定性及测量时间的影响。
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无损检测