CN113310611A - 一种短波长特征x射线内部应力无损测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，包括X射线源及其入射准直器、测角仪、试样架、至少两个探测器及其接收准直器组等；各探测器及其相应的接收准直器均与探测器支架固定连接，各个探测器与接收准直器一一对应，由测角仪驱动各探测器及其相应的接收准直器转动；各探测器的接收口指向对应的接收准直器的出射口，接收准直器的接收口指向衍射仪圆圆心。在使用过程中可以调节接收准直器和探测器的位置，使多个探测器与样品之间具有不同的角度，从而使得各个探测器可以对应样品中不同的衍射晶面，从而实现同时对样品中多个衍射晶面进行测试，提高测试效率。本发明还提供了一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法，同样具有上述有益效果。

Description

一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置及方法

技术领域

本发明涉及X射线应力无损测定技术领域，特别是涉及一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置以及一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法。

背景技术

短波长特征X射线衍射技术利用重金属靶X射线管作为辐射源，能够无损检测材料工件内部残余应力、织构和物相等，相比于中子衍射技术和高能同步辐射的硬X射线衍射技术，应用短波长特征X射线衍射技术的成本更低、维护费用少。

短波长特征X射线衍射技术是采用重金属靶X射线管发出的强穿透性特征X射线，如WKα、AuKα、AgKα、UKα、WKβ等，无损检测衍射仪圆圆心处物质的衍射谱，进而计算出样品的应力等。但是在现有技术中，短波长特征X射线衍射技术的内部应力测试效率较低，所以如何提高短波长特征X射线衍射技术的内部应力测试效率是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，具有较高的测试效率；本发明的另一目的在于提供一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法，具有较高的测试效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，包括X射线源及其入射准直器、测角仪、探测器支架、试样架、至少两个探测器及其接收准直器组等；

所述各探测器及其相应的接收准直器组均与探测器支架固定连接，各个探测器与接收准直器一一对应，由测角仪驱动各探测器及其相应的接收准直器转动；所述各探测器的接收口指向对应的所述接收准直器的出射口，所述各接收准直器的接收口全部指向衍射仪圆圆心，所述试样架用于将样品待测部位移动至所述装置的衍射仪圆圆心；

所述X射线源辐射的X射线经入射准直器后，形成一束X射线，向所述衍射仪圆圆心辐射，所述探测器接收口中心与所述射线源出射口中心位于同一平面。可选的，包括三个所述探测器；所述接收准直器组包括三个所述接收准直器。

可选的，还包括测角仪，所述试样架固定于所述测角仪的一个旋转轴上。

可选的，所述测角仪与所述探测器支架固定连接，所述探测器支架固定于测角仪的另一个旋转轴上，所述测角仪用于带动所述探测器支架转动，以带动所述接收准直器组和探测器绕衍射仪圆圆心转动。

可选的，所述射线源包括入射准直器，所述入射准直器的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值；所述接收准直器的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值；所述入射准直器的通光截面和所述接收准直器的通光截面均为矩形，所述通光截面的高度均为0.1mm至10mm，包括端点值。

本发明还提供了一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法，包括：

X射线源、探测器及其接收准直器分别位于被测样品的两侧。

将样品固定于试样架，移动试样架，使所述样品的待测部位于衍射仪圆圆心，开启X射线源照射样品；

将所述样品转动至预设Ψ_hkl角度，以形成对应多个不同衍射晶面的多个Ψ_hkl角；

转动测角仪带动至少两个探测器绕所述衍射仪圆圆心转动，以使所述探测器通过接收准直器组接收对应所述衍射晶面的衍射X射线，测量对应所述衍射晶面的衍射谱，通过定峰确定衍射角2θ_hkl；

在测量所述衍射角2θ_hkl之后，判断任一所述衍射晶面对应的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角；若否，则将所述预设Ψ_hkl角度更新为下一预设Ψ_hkl角度，并执行将所述样品转动至预设Ψ_hkl角度，至判断任一所述衍射晶面对应的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角的步骤；

根据测得的衍射角2θ_hkl和对应的Ψ_hkl角计算所述待测试样品的应力。

可选的，在所述开启X射线源照射样品之前，所述方法还包括：

调整所述探测器与所述样品法线之间的角度，以使所述探测器位于所述样品衍射晶面理论衍射角度。

可选的，所述根据测得的衍射角2θ_hkl和对应的Ψ_hkl角计算所述待测试样品的应力包括：

根据所述衍射角2θ_hkl和对应的所述Ψ_hkl角，分别拟合不同衍射晶面的2θ_hkl-sin²Ψ_hkl值，得到不同晶面的衍射角2θ_hkl对sin²Ψ_hkl的变化斜率M_hkl，根据应力计算模型计算得到晶面的应力；所述应力计算模型为：

σ_hkl＝K_hkl·M_hkl

所述K_hkl为晶面应力常数，M_hkl为晶面2θ_hkl-sin²Ψ_hkl的斜率，2θ_hkl为所述晶面衍射角，E_hkl为晶面弹性模量，υ_hkl为晶面泊松比，Ψ_hkl为晶面的Ψ角。

可选的，还包括：

根据测得的多个衍射晶面的应力，计算算术平均值作为被测样品的被测部位应力值。

可选的，还包括：

根据测得的多个衍射晶面的应力，并基于相对衍射强度比，计算加权平均值作为被测样品的被测部位应力值。

本发明所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，包括X射线源及其入射准直器、测角仪、探测器支架、试样架、至少两个探测器及其接收准直器等；各探测器及其相应的接收准直器均与探测器支架固定连接，各个探测器与接收准直器一一对应，由测角仪驱动各探测器及其相应的接收准直器转动；所述各探测器的接收口指向对应的所述接收准直器的出射口，所述各接收准直器的接收口全部指向衍射仪圆圆心，所述试样架用于将样品待测部位移动至所述装置的衍射仪圆圆心；

在使用过程中可以调节探测器的位置，使多个探测器与样品之间具有不同的夹角，从而使得各个探测器可以对应测得样品中不同衍射晶面的衍射线，从而实现同时对样品中多个衍射晶面进行测试，提高测试效率。

本发明还提供了一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中测试部位的示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种短波长特征X射线内部应力测无损试方法的流程图；

图4为本发明实施例在固定Ψ角度下一次扫描得到的多个晶面的衍射谱示意图；

图5为本发明实施例所拟合得到的3个衍射晶面的2θ_hkl-sin²Ψ_hkl示意图。

图中：1.射线源、11.射线发生装置、12.入射准直器、2.接收准直器组、21.接收准直器、3.探测器支架、4.试样架、5.探测器、6.测角仪。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置。在现有技术中，通常仅设置一个探测器。在使用过程中，每一次扫描仅仅能对样品中一个衍射晶面进行测试，测试效率不高。

而本发明所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，X射线源及其入射准直器、测角仪、探测器支架、试样架、至少两个探测器及其接收准直器等；各探测器及其相应的接收准直器均与探测器支架固定连接，各个探测器与接收准直器一一对应，由测角仪驱动各探测器及其相应的接收准直器转动；各探测器的接收口指向对应的接收准直器的出射口，各接收准直器的接收口全部指向衍射仪圆圆心，试样架用于将样品待测部位移动至所述装置的衍射仪圆圆心；X射线源辐射的X射线经入射准直器后，形成一束X射线，向衍射仪圆圆心辐射，探测器接收口中心与射线源出射口中心位于同一平面。

在使用过程中可以调节探测器的位置，使多个探测器与样品之间具有不同的夹角，从而使得各个探测器可以对应测得样品中不同衍射晶面的衍射线，从而实现同时对样品中多个衍射晶面进行测试，提高测试效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1以及图2，图1为本发明实施例所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置的结构示意图；图2为本发明实施例中测试部位的示意图。

参见图1，在本发明实施例中，短波长特征X射线内部应力无损测试装置包括射线源1及其入射准直器12、测角仪6、探测器支架3、试样架4、至少两个探测器5及其接收准直器组2；所述接收准直器组2和所述探测器5均与所述探测器支架3固定连接，所述接收准直器组2包括至少两个接收准直器21，所述接收准直器21与所述探测器5一一对应；所述探测器5的接收口指向对应的所述接收准直器21的出射口，所述接收准直器组中2中接收准直器21的接收口全部指向所述衍射仪圆圆心，所述试样架4用于将样品待测部位移动至衍射仪圆圆心；所述射线源1的出射方向指向所述衍射仪圆圆心，所述探测器5与所述射线源1位于同一平面，所述探测器支架3用于带动所述探测器5沿所述平面绕所述衍射仪圆圆心转动。

上述试样架4用于固定样品。有关试样架4的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。上述射线源1用于发射短波长特征X射线，该射线源1的出射方向需要指向衍射仪圆圆心，以便在使用过程中特征X射线可以照射至固定于试样架4的样品的待测试部位，即样品待测部位。有关射线源1的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

上述探测器支架3固定连接有至少两个探测器5以及接收准直器组2，该接收准直器组2包括至少两个接收准直器21，且接收准直器21会与探测器5一一对应。需要说明的是，探测器5与接收准直器组2并不是在探测器支架3中不能移动，在本发明实施例中探测器5与接收准直器组2至少可以通过拆卸再安装的方式，或者其他方式在探测器5之间移动，以便于调整探测器5与样品之间的角度关系，从而在使用过程中使得探测器5可以接收不同材料的不同衍射晶面的衍射X射线。需要说明的是，在实际测量过程中，上述探测器5以及接收准直器组2均需要与探测器支架3固定连接，通常是固定在探测器支架3上。有关探测器支架3的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行和赘述。

上述探测器5的接收口需要指向对应的接收准直器21的出射口，而接收准直器21的接收口需要指向衍射仪圆圆心，从而使得在使用过程中样品产生的衍射X射线可以经过接收准直器21传播至探测器5，即使得在使用过程中探测器5可以通过接收准直器21接收对应衍射晶面的衍射X射线。有关探测器5以及接收准直器21的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

需要说明的是，在使用过程中上述多个接收准直器21以及射线源1通常需要指向试样架4中用于放置样品区域的同一个点，即同一衍射位置，以便于衍射X射线的接收和样品待测部保持不变。该待测部即本发明实施例所述的特征X射线内部应力无损测试装置的衍射体积。现在通常使用W靶等重金属靶，由于常规样品的衍射角通常在3°至10°左右，使得各个接收准直器21所对应的衍射体积基本重合，工程上认为不影响非应力突变处的应力测试，该衍射体积通常呈菱形。

上述探测器5接收口中心与射线源1出射口中心需要处于同一平面，使得探测器5可以接收到衍射X射线。而上述探测器支架3在测角仪6的驱动下可以带动探测器5沿该平面绕衍射仪圆圆心转动，以实现衍射角的测量。具体的，在本发明实施例中通常在探测器支架3上安装三个探测器5，相应的上述接收准直器组2则需要包括三个接收准直器21，以实现同时对测量样品中三个衍射晶面进行测量。当然，在本发明实施例中也可以设置其他数量的探测器5以及接收准直器21，视具体情况而定，在本发明实施例中不做具体限定。

具体的，本发明实施例所提供的短波长特征X射线应力测试装置通常还包括有测角仪6，该测角仪6通常与探测器支架3固定连接，探测器支架3固定于测角仪6的旋转轴上。在工作时，探测器支架3和探测器5跟随测角仪6转动，即所述测角仪6用于带动所述探测器支架3沿所述衍射仪圆转动，以具体通过测角仪测量衍射角。有关测角仪具体的结构和工作原理可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

具体的，上述试样架固定于所述测角仪6的一个旋转轴上，所述测角仪6可以用于带动所述试样架4转动，以改变试样的ψ角度。具体的，所述测角仪6与所述探测器支架固定连接，所述测角仪6用于带动所述探测器支架3转动，以带动所述接收准直器组2和探测器5绕衍射仪圆圆心转动。

通常情况下，在本发明实施例中上述射线源1通常包括射线发生装置11和入射准直器12，所述射线发生装置11的出射口指向所述入射准直器12，所述入射准直器12的出射口指向所述衍射仪圆圆心。即上述射线发生装置11具体用于在工作时产生特征X射线，而该特征X射线会先通过入射准直器12进行准直，然后照射至样品内部。有关射线发生装置11和入射准直器12的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

具体的，在本发明实施例中，所述入射准直器12的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值；所述接收准直器21的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值。将入射准直器12的通光宽度以及接收准直器21的通光宽度限制在上述范围内，可以保证较高的测试精度。当然，在本发明实施例中上述入射准直器12的通光宽度以及接收准直器21的通光宽度还可以有其他取值，在本发明实施例中不做具体限定。具体的，在本发明实施例中，所述入射准直器的通光截面和所述接收准直器的通光截面均为矩形，所述通光截面的高度通常均为0.1mm至10mm，包括端点值。当然，上述通光截面的形貌以及通光截面的尺寸还可以有其他取值，在此不做具体限定。

本发明实施例所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，包括射线源1及其入射准直器12、测角仪6、探测器支架3、试样架4、至少两个探测器5及其接收准直器组2；接收准直器组2和探测器5均与探测器支架3固定连接，接收准直器组2包括至少两个接收准直器21，接收准直器21与探测器5一一对应；探测器5的接收口指向对应的接收准直器21的出射口，接收准直器组2中接收准直器21的接收口全部指向衍射仪圆圆心，试样架4用于将样品4待测部位移动至衍射仪圆圆心；射线源1的出射方向指向衍射仪圆圆心，探测器5接收口中心与射线源1出射口中心位于同一平面。

在使用过程中可以调节探测器5的位置，使多个探测器5与样品4之间具有不同的角度，从而使得各个探测器5可以对应样品4中不同的衍射晶面。即在使用过程中不同的探测器5可以同时获取样品4中不同衍射晶面的衍射X射线，从而实现同时对样品4中多个衍射晶面进行测试，较大的提高测试效率。

下面对本发明所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法进行介绍，下文描述的测试方法与上文描述的短波长特征X射线内部应力无损测试装置的结构可以相互对应参照。

请参考图3，图4，图5，图3为本发明实施例所提供的一种短波长特征X射线内部应力测无损试方法的流程图；图4为本发明实施例在固定Ψ角度下一次扫描得到的多个晶面的衍射谱示意图；图5为本发明实施例所拟合得到的多个衍射晶面的2θ_hkl-sin²Ψ_hkl示意图。

参见图3，在本发明实施例中，短波长特征X射线应力测试方法包括：

S101：将样品固定于试样架，移动试样架，使样品的待测部位于衍射仪圆圆心，开启X射线源照射样品。

在本步骤中，会将样品固定于试样架，以便对样品进行测试。有关试样架的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。具体的，样品固定后，会通过移动试样架将样品的待测部，即需要测试的部位位于衍射仪圆圆心。

通常在本步骤之后，需要调整所述探测器与所述样品之间的角度，以使所述探测器对应所述样品预设的衍射晶面，使所述探测器位于所述样品衍射晶面理论衍射角度。具体的，会调整探测器之间的间距和角度，以及调整对应接收准直器的间距和角度，实现探测器与样品之间角度的调整，使得不同探测器的角度对应样品中不同衍射晶面的理论衍射角度，使得不同的探测器可以接收对应衍射晶面的衍射X射线。

需要说明的是，在调整探测器与样品之间的角度时，需要保证多个探测器接收的衍射线分别与入射线形成的衍射体积基本交于同一位置，并且不会随探测器的转动而改变。相应的，上述样品需要充满该衍射体积。

S102：将样品转动至预设Ψ_hkl角度，以形成对应多个不同衍射晶面的多个Ψ_hkl角。

在本步骤中，需要将样品转动至预设Ψ_hkl角度所处位置，通常会通过转动测角仪，以带动样品转动。在转动样品的过程中，会引起Ψ_hkl角的变化，即引起样品表面法线与探测器对应的衍射晶面法线之间夹角Ψ_hkl的变化。可以理解的是，在测试过程中，不同探测器对应的Ψ_hkl角均不相同；但是在转动试样架的过程中，不同探测器对应的Ψ_hkl角会同步变化，且改变的角度相同，当有n个衍射晶面时，(hkl)值取(h₁k₁l₁)、(h₂k₂l₂)、…(h_nk_nl_n)。

S103：转动测角仪带动至少两个探测器绕衍射仪圆圆心转动，以使探测器通过接收准直器组接收对应衍射晶面的衍射X射线，测量对应衍射晶面的衍射谱，通过定峰确定衍射角2θ_hkl。

在本发明实施例中，任一所述探测器对应一所述衍射晶面，所述探测器支架固定连接所述探测器和所述接收准直器组，所述接收准直器组包括至少两个接收准直器，所述接收准直器与所述探测器一一对应；所述探测器的接收口指向对应的所述接收准直器的出射口，所述接收准直器的接收口指向所述衍射仪圆圆心；所述射线源的出射方向指向所述衍射仪圆圆心，所述探测器接收口中心与所述射线源出射口中心位于同一平面，所述测角仪用于带动所述探测器沿所述平面绕所述衍射仪圆圆心转动。有关特征X射线应力测试装置的具体结构已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

在本步骤中，会转动测角仪带动探测器绕待衍射仪圆圆心转动，以接收不同角度的衍射X射线，其中不同探测器会接收不同衍射晶面所对应的衍射X射线。在转动过程中，探测器可以扫描得到衍射谱，对衍射谱进行定峰可以得到不同(hkl)衍射晶面衍射角2θ_hkl；多个探测器可以同时得到多个衍射晶面所对应的衍射角2θ_hkl。

参见图4，在本发明实施例中一次扫描即可得到多个衍射谱。以三个探测器为例，图4中2θ₁、2θ₂、2θ₃分别为三个探测器各自测量出的衍射谱定峰得到的衍射角2θ_hkl。

S104：在测量衍射角2θ_hkl之后，判断任一衍射晶面对应的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角。

在本步骤中，在测量得到一组Ψ_hkl角所对应的衍射角2θ_hkl之后，会判断当前测量的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角。若是，则说明全部数据已经测量完毕，可以直接执行S106，对样品的应力进行计算。若否，则意味着测量没有完成，需要执行下述S105，将样品转动的预设Ψ_hkl角度更新为下一预设Ψ_hkl角度，并循环至上述S102，以改变Ψ_hkl角，并在新的Ψ_hkl角下测量多个衍射晶面所对应的衍射角2θ_hkl。

S105：将预设Ψ_hkl角度更新为下一预设Ψ_hkl角度。

在本步骤中，会对预设位置进行更新，并循坏至上述S102，以在新的Ψ_hkl角下测量多个衍射晶面所对应的衍射角2θ_hkl。有关Ψ_hkl角的取值范围一般为40°-90°。在本发明实施例中，通常需要改变Ψ_hkl角三至六次，并测量相应的衍射角2θ_hkl，以完成对样品的测量。

S106：根据测得的衍射角2θ_hkl和对应的Ψ_hkl角计算待测试样品的应力。

在本步骤中，通常会先根据衍射谱定峰得到衍射角2θ_hkl，之后会根据衍射角2θ_hkl的具体度数以及Ψ_hkl角的具体度数，具体通过sin²Ψ法拟合2θ_hkl-sin²Ψ_hkl值，以得到斜率M_hkl；之后会根据公式σ_hkl＝K_hkl×M_hkl计算应力，其中K_hkl为(hkl)晶面的应力常数，可以由衍射角度、弹性模量和泊松比计算得到。需要说明的是，在本步骤中根据一个探测器所测量的衍射角分布即可得到一个应力，即在本步骤中可以计算得到样品多个衍射晶面的应力，相应的在本步骤中可以通过算术平均或加权平均的方式得到样品的平均应力。

相应的，本步骤通常具体包括：根据所述衍射角和对应的所述Ψ角，分别拟合2θ-sin²Ψ值，得到2θ_hkl对sin²Ψ_hkl的变化斜率M_hkl，根据应力测定公式σ_hkl＝K_hkl×M_hkl计算得到晶面的应力参数；其中K_hkl为应力常数，2θ_hkl为所述衍射角。

即在本步骤通常需要根据应力计算模型计算得到晶面的应力；所述应力计算模型为：

σ_hkl＝K_hkl·M_hkl

所述K_hkl为晶面应力常数，M_hkl为晶面(hkl)2θ_hkl-sin²Ψ_hkl的斜率，2θ_hkl为所述晶面衍射角，E_hkl为晶面弹性模量，υ_hkl为晶面泊松比，Ψ_hkl为晶面的Ψ角。

参见图5，图5为在本步骤中拟合2θ_hkl-sin²Ψ_hkl值时所得到的2θ_hkl-sin²Ψ_hkl示意图，其中2θ₁、2θ₂、2θ₃分别为三个探测器在某一ψ角度各自测量出的衍射角2θ。根据图5可以最终得到多个衍射晶面的应力，从而可以通过例如求算术平均值或加权平均值的方式得到样品的平均应力。即在本步骤之后，可以根据测得的多个衍射晶面(hkl)的应力，即对应晶面应力，计算其算术平均值作为被测样品的被测部位应力值。或者，在本步骤之后，可以根据测得的多个衍射晶面(hkl)的应力，即对应晶面应力，并基于相对衍射强度比，根据应力及其对应的衍射强度比计算多个晶面的加权平均值作为被测样品的被测部位应力值。

本发明实施例所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法，在使用过程中可以调节探测器的位置，使多个探测器与试样之间具有不同的角度，从而使得各个探测器可以对应样品中不同的衍射晶面。即在使用过程中不同的探测器可以同时获取样品中不同衍射晶面的衍射X射线，从而实现同时对样品中多个衍射晶面进行测试，较大的提高测试效率。

在本发明实施例中以测试20mm厚无应力铝粉的内部应力为例：

首先将样品安装在试样架上，通过移动试样架将样品的厚度中心置于衍射体积中心，如图2所示。

衍射晶面(h₁k₁l₁)、(h₂k₂l₂)、(h₃k₃l₃)分别为Al(111)、Al(220)和Al(311)，调整3个探测器和相应的准直器对应于上述衍射晶面理论衍射角度。

转动θ轴第一次至2.56°，从而转动样品的表面法线与衍射晶面法线形成第一个Ψ_hkl角度(Ψ₁₁₁＝90°，Ψ₂₂₀＝88.372°，Ψ₃₁₁＝87.65°)，转动不同θ轴角度，各衍射晶面形成的Ψ角度如下表1所示：

表1：不同θ轴角度条件下，各衍射晶面形成的Ψ角度

转动次数	θ轴角度	Ψ<sub>111</sub>	Ψ<sub>220</sub>	Ψ<sub>311</sub>
					1	2.56	90	88.372	87.65
2	-12.44	75	73.372	72.65
					3	-27.44	60	58.372	57.65
4	-42.44	45	43.372	42.65

2θ轴扫描获取各个晶面的衍射谱，定峰获得第1次的2θ₁₁₁、2θ₂₂₀、2θ₃₁₁值。

转动θ轴第i次(i＝2,3,4……)，并开展衍射谱的测试，定峰获得第i次的2θ₁₁₁、2θ₂₂₀、2θ₃₁₁值，如图3所示。

分别拟合2θ-sin²Ψ值，得到2θ_hkl-sin²Ψ_hkl的变化斜率M_hkl，通过拟合获得各衍射晶面的斜率M₁₁₁、M₂₂₀、M₃₁₁，如图4所示，其中M₁₁₁＝0.00163、M₂₂₀＝-0.000139、M₃₁₁＝0.00142。

计算应力，根据应力计算公式σ_hkl＝K_hkl×M_hkl，分别计算得到σ₁₁₁＝-17.4MPa、σ₂₂₀＝0.88MP_a和σ₃₁₁＝-7.5MPa，其中E₁₁₁＝73.4GPa,υ₁₁₁＝0.34，E₂₂₀＝71.9GPa，υ₂₂₀＝0.34,E₃₁₁＝70.2GPa,υ₁₁₁＝0.35。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置以及一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，包括X射线源及其入射准直器、测角仪、探测器支架、试样架、至少两个探测器及其接收准直器等。

所述各探测器及其相应的接收准直器均与探测器支架固定连接，各个探测器与接收准直器一一对应，由测角仪驱动各探测器及其相应的接收准直器转动；所述各探测器的接收口指向对应的所述接收准直器的出射口，所述各接收准直器的接收口全部指向衍射仪圆圆心，所述试样架用于将样品待测部位移动至所述装置的衍射仪圆圆心；

所述X射线源辐射的X射线经入射准直器准直后，形成一束X射线，向所述衍射仪圆圆心辐射，所述探测器接收口中心与所述射线源出射口中心位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，包括三个所述探测器和三个相应的接收准直器。

3.根据权利要求1所述的短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，所述试样架固定于所述测角仪的一个旋转轴上。

4.根据权利要求1所述的短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，所述测角仪与所述探测器支架固定连接，所述探测器支架固定于所述测角仪的另一个旋转轴上，所述测角仪用于带动所述探测器支架转动，以带动所述各探测器及其接收准直器绕衍射仪圆圆心转动。

5.根据权利要求1所述的短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，所述射线源包括入射准直器，所述入射准直器的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值；所述接收准直器的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值；所述入射准直器的通光截面和所述接收准直器的通光截面均为矩形，所述通光截面的高度均为0.1mm至10mm，包括端点值。

6.一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法，其特征在于，包括：

X射线源、探测器及其接收准直器分别位于被测样品的两侧。

将被测样品固定于试样架，移动试样架，使所述样品的待测部位于衍射仪圆圆心，开启X射线源照射样品；

将所述样品转动至预设Ψ_hkl角度，以形成对应多个不同衍射晶面的多个Ψ_hkl角；

转动测角仪带动至少两个探测器绕所述衍射仪圆圆心转动，以使所述探测器通过接收准直器组接收对应所述衍射晶面的衍射X射线，测量对应所述衍射晶面的衍射谱，通过定峰确定衍射角2θ_hkl；

在测量所述衍射角2θ_hkl之后，判断任一所述衍射晶面对应的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角；若否，则将所述预设Ψ_hkl角度更新为下一预设Ψ_hkl角度，并执行将所述样品转动至预设Ψ_hkl角度，至判断任一所述衍射晶面对应的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角的步骤；

根据测得的衍射角2θ_hkl和对应的Ψ_hkl角计算所述待测试样品的应力。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述开启X射线源照射样品之前，所述方法还包括：

调整所述探测器与所述样品法线之间的角度，以使所述探测器位于所述样品衍射晶面理论衍射角度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据测得的衍射角2θ_hkl和对应的Ψ_hkl角计算所述待测试样品的应力包括：

根据所述衍射角2θ_hkl和对应的所述Ψ_hkl角，分别拟合多个衍射晶面的2θ_hkl-sin²Ψ_hkl值，得到多个晶面的衍射角2θ_hkl对sin²Ψ_hkl的变化斜率M_hkl，根据应力计算模型计算得到晶面的应力；所述应力计算模型为：

σ_hkl＝K_hkl·M_hkl

所述K_hkl为晶面应力常数，M_hkl为晶面2θ_hkl-sin²Ψ_hkl的斜率，2θ_hkl为所述晶面衍射角，E_hkl为晶面弹性模量，υ_hkl为晶面泊松比，Ψ_hkl为晶面的Ψ角。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

根据测得的多个衍射晶面的应力，计算算术平均值作为被测样品的被测部位应力值。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

根据测得的多个衍射晶面的应力，并基于相对衍射强度比，计算加权平均值作为被测样品的被测部位应力值。

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