残余应力无损测试技术
压痕法残余应力测试
压痕法残余应力测试压痕法残余应力测试是一种常用的测试方法，用于评估材料表面的残余应力。
在材料制备或使用过程中，由于各种因素的影响，材料内部会形成一定的应力场。
这些残余应力可能会影响材料的性能和寿命，因此了解和控制残余应力对于材料工程来说非常重要。
在进行压痕法残余应力测试时，首先需要在待测试材料的表面施加一个样品尺寸相对较小的压痕。
这个压痕通常采用金刚石压头或硬质球体进行，因为金刚石具有较高的硬度和刚性，能够施加较大的压力而不易变形。
通过压痕产生的弹性变形和塑性变形，可以间接地测量出残余应力的大小和分布情况。
压痕法残余应力测试的原理是基于弹性力学和塑性力学的基本理论。
在施加压痕之前，材料表面是没有残余应力的。
但是，由于压痕会引起材料的局部弹性变形和塑性变形，会在其周围产生一定的应力场。
这些残余应力是由变形过程中的弹性回复和塑性留下的位错等缺陷引起的。
通过测量压痕的大小和形状以及周围材料的变形情况，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
通常，在进行压痕法残余应力测试时，会使用光学显微镜或扫描电子显微镜等设备对压痕进行观测和测量。
通过分析压痕的几何形状参数，结合合适的数学模型和理论，可以得到残余应力的精确值。
压痕法残余应力测试在材料科学和工程的许多领域中得到了广泛的应用。
它可以用于评估不同材料的制备工艺对残余应力的影响，以及不同材料在使用过程中的变化情况。
压痕法残余应力测试还可以用于研究材料的应力分布和应力引起的变形行为，进一步理解材料的力学性能和行为规律。
总结回顾起来，压痕法残余应力测试是一种基于压痕的方法，用于评估材料表面的残余应力。
通过测量压痕的大小和形状，以及分析周围材料的变形情况，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
这项测试在材料科学和工程领域具有广泛的应用，对于了解和控制材料的残余应力非常重要。
在本次的文章中，我们介绍了压痕法残余应力测试的基本原理和测试方法。
通过这项测试，可以评估材料表面的残余应力，进一步了解材料的性能和寿命。
x射线衍射测量残余应力实验指导书
X射线衍射方法测量材料的残余应力一、实验目的与要求1.了解材料的制备过程及残余应力特点。
2.掌握X射线衍射（XRD）方法测量材料残余应力的实验原理和方法。
二、了解表面残余应力的概念、分类及测试方法种类, 掌握XRD仪器设备的操作过程。
三、实验基本原理和装置..1.X射线衍射测量残余应力原理当多晶材料中存在内应力时, 必然还存在内应变与之对应, 导致其内部结构(原子间相对位置)发生变化。
从而在X射线衍射谱线上有所反映, 通过分析这些衍射信息, 就可以实现内应力的测量。
材料中内应力分为三大类。
第I类应力, 应力的平衡范围为宏观尺寸, 一般是引起X射线谱线位移。
由于第I类内应力的作用与平衡范围较大, 属于远程内应力, 应力释放后必然要造成材料宏观尺寸的改变。
第II类内应力, 应力的平衡范围为晶粒尺寸, 一般是造成衍射谱线展宽。
第III类应力, 应力的平衡范围为单位晶胞, 一般导致衍射强度下降。
第II类及第III类内应力的作用与平衡范围较小, 属于短程内应力, 应力释放后不会造成材料宏观尺寸的改变。
在通常情况下, 我们测得是残余应力是指第一类残余应力。
当材料中存在单向拉应力时, 平行于应力方向的(hkl)晶面间距收缩减小(衍射角增大), 同时垂直于应力方向的同族晶面间距拉伸增大(衍射角减小), 其它方向的同族晶面间距及衍射角则处于中间。
当材料中存在压应力时, 其晶面间距及衍射角的变化与拉应力相反。
材料中宏观应力越大, 不同方位同族晶面间距或衍射角之差异就越明显, 这是测量宏观应力的理论基础。
原理见图1。
由于X射线穿透深度很浅, 对于传统材料一般为几十微米, 因此可以认为材料表面薄层处于平面应力状态, 法线方向的应力(σz )为零。
当然更适用于薄膜材料的残余应力测量。
图1 x 射线衍射原理图图2中φ及ψ为空间任意方向OP 的两个方位角, εφψ 为材料沿OP 方向的弹性应变, σx 及σy 分别为x 及y 方向正应力。
表面残余应力测试技术研究及应用现状
表面残余应力测试技术研究及应用现状表面残余应力测试技术研究及应用现状摘要: 在生产、处理或加工材料的过程中，由于材料的局部区域的不均匀塑性变形，产生了残余应力。
残余应力对疲劳强度、抗蚀性、尺寸稳定性、相变、硬度等均有影响; 提高表面塑变抗力，降低表层的有效拉应力，可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，提高疲劳强度。
本文主要介绍一些常用的表面残余应力的测试技术以及应用现状。
关键词:表面残余应力;X －射线衍射; 测试参数金属材料在热处理、表面处理、表面改性、塑性变形加工等各种冷热加工之后或在切削、研磨、装配、铸造、焊接等加工工艺之后，材料的局部区域产生了不均匀的塑性变形，必然会产生内应力。
残余应力是一种弹性应力，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系，是材料中发生了不均匀的弹性形变或不均匀的弹塑性变形而引起的，或者说是材料的弹性各向异性或塑性各向异性的反映。
这种残余应力对疲劳强度、抗蚀性、尺寸稳定性、相变、硬度等均有影响。
此外，绝大多数机件的疲劳破坏是从表面开始的。
由于残余应力而影响或导致的机械零件失效达50% 以上，这也是工程界越来越关注的产品失效问题。
下面就介绍几种表面残余应力的测定技术。
目前广泛应用的残余应力测试方法可分为两大类：物理方法和机械方法。
物理法有X 射线法、磁测法和超声波法等；机械法也称应力释放法如电侧（盲孔、切割、套孔及逐次去层）法及光弹贴片钻孔法。
此外, 近些年还出现了硬度测定法、压痕测定法、全息干涉法、错位散斑干涉法、脆性涂层法等。
一、测定法简单介绍X 射线测定法X 射线衍射技术来测定材料中的残余应力，其测定的基本原理是基于X 射线衍射理论。
当一束具有一定波长λ的X 射线照射到多晶体上时，会在一定的角度2θ上接收到反射的X 射线强度极大值( 即所谓衍射峰) ，这便是X 射线衍射现象( 如下图) 。
X 射线的波长λ、衍射晶面间距d 和衍射角2θ之间遵从著名的布拉格定律:2d sinθ= n λ( n = 1，2，3……)在已知X 射线波长λ的条件下，布拉格定律把宏观上可以测量的衍射角2θ与微观的晶面间距d 建立确定的关系。
钻孔法测量残余应力
钻孔法测量残余应力测量原理钻孔法测量残余应力是基于材料力学中的应力释放原理。
当在材料表面钻孔时，孔周围的材料会发生弹性变形，这种变形会受到材料内部的残余应力的影响。
通过测量钻孔后的表面位移，可以确定孔周围的残余应力状态。
实验步骤钻孔法测量残余应力的实验步骤如下：1、选择合适的材料试件，进行表面处理，确保表面平整无杂质。
2、使用高精度的钻机在材料试件的表面钻孔，钻孔直径一般在0.5-1.0mm之间，孔深约为10-20mm。
3、在钻孔前、钻孔后和取下钻屑后分别使用光学显微镜观察孔周围的表面形貌，并记录下来。
4、根据观察到的表面形貌变化，计算出钻孔前后的位移量。
5、根据位移量和材料的弹性常数，计算出孔周围的残余应力。
精度分析钻孔法测量残余应力的精度主要受到以下因素的影响：1、钻孔直径和深度的精度：钻孔直径和深度的变化会影响位移量的测量精度，进而影响残余应力的计算精度。
2、表面处理质量：表面处理不干净会导致钻头受损，从而影响钻孔质量。
3、观察和测量误差：观察和测量表面形貌变化的过程中可能存在误差，导致位移量的计算不准确。
4、材料本身的力学性能：材料的弹性常数等力学性能参数的准确性也会影响残余应力的计算精度。
为了提高精度，需要采取以下措施：1、使用高精度的钻机和测量设备，确保钻孔直径和深度的准确性。
2、加强表面处理，确保表面干净无杂质。
3、使用高精度的光学显微镜进行观察和测量，减少人为误差。
4、对材料试件进行详细的质量和性能检测，确保其符合实验要求。
数据处理根据实验步骤中记录的位移量和材料的弹性常数，可以计算出孔周围的残余应力。
一般而言，钻孔法测量残余应力的数据处理可以采用以下步骤：1、计算钻孔前后的位移量差值，得到孔周围的位移变化量。
2、根据位移变化量和材料的弹性常数，利用应力释放原理计算孔周围的残余应力。
3、将计算得到的残余应力与实验前的预测值进行比较，评估测量结果的准确性。
4、如果测量结果不满足要求，可能需要重新进行实验，并检查实验步骤和数据处理方法是否正确。
残余应力测试
2.测试方法目前常用的残余应力测试方法主要有三种：一是盲孔法，二是X射线衍射法，三是磁弹性法。
盲孔法需在工件表面测量部位钻φ1.5~2mm深2mm的小孔（粘贴专用应变花），通过测读释放应变确定残余应力的大小，所测应力为孔深范围内的平均应力，同一测点无法重复测量比较；X射线衍射法可以做到无损测试，但由于X射线穿透力有限，一般只能测出几个微米范围内平均应力；磁弹性法是近几年发展较快应用比较成熟的一种残余应力测试方法，具有方便、无损、快速、准确的特点。
对采用盲孔法和X射线衍射法检测残余应力，施工强度大，测量精度难以保证。
尤其盲孔法不能对同一位置进行重复性测量，测量数据的符合性差。
因此，三峡发电机组转子圆盘支架焊缝残余应力的测试采用了磁弹法技术。
残余应力的测量方法残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。
有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。
机械方法目前用得最多的是钻孔法（盲孔法），其次还有针对一定对象的环芯法。
物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性法和超声法。
X射线衍射法依据X射线衍射原理，即布拉格定律。
布拉格定律把宏观上可以准确测定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。
材料中的应力所对应的弹性应变必然表征为晶面间距的相对变化。
当材料中有应力σ存在时，其晶面间距d 必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角2θ也会相应改变。
因此有可能通过测量衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。
从这里可以看出X射线衍射法测定应力的原理是成熟的，经过半个多世纪的历程，在国内外，测量方法的研究深入而广泛，测试技术和设备已经比较完善，不但可以在实验室进行研究，可且可以应用到各种实际工件，包括大型工件的现场测量。
化工设备残余应力无损检测方法
化工设备残余应力无损检测方法发布时间：2021-07-05T17:18:54.650Z 来源：《基层建设》2021年第10期作者：刘智[导读] 摘要：残余应力可导致金属材料发生应力腐蚀开裂、疲劳寿命下降等问题，是设备失效的主要诱因之一。
陕西西宇无损检测有限公司摘要：残余应力可导致金属材料发生应力腐蚀开裂、疲劳寿命下降等问题，是设备失效的主要诱因之一。
据统计，应力腐蚀开裂造成的设备事故在整个石化设备腐蚀破坏事故中的比例高达50%左右。
化工设备制造过程中的焊接等工艺将产生明显的残余应力，是生产环境下焊接接头失效的重要诱因。
化工设备在焊接后通常会进行整体或局部热处理以降低有害的残余拉应力，但一般不会对处理后的残余应力进行检测，难以保证处理的有效性。
因此，选择适用于化工设备的残余应力测量方法，可根据应力值评估设备的安全风险，指导、评价残余应力的处理和改善，对提高设备的安全性能和使用寿命具有重要意义。
关键词：化工设备；残余应力；无损检测引言残余应力检测方法可分为有损方法和无损方法两大类。
有损检测方法是指移除被测对象的部分材料使残余应力得到释放，通过测量产生的应变实现残余应力的检测，包括剥层法[2]、全应变释放法、环芯法和钻孔法等。
但该类方法对材料会产生不同程度的破坏，对于安全性要求较高的化工设备难以应用。
因此，对于化工设备尤其是在用设备的残余应力，一般选择无损方法进行检测。
目前，已有部分学者对各类残余应力检测方法进行了综述和比较[6-8]，但并未结合化工设备的实际检测条件进行分析和评估。
本文结合化工设备的特点和实际应用情况，分析了化工设备对残余应力检测方法的具体要求，对现有方法的技术特点和适用工况进行了整理和总结，并对化工设备残余应力的检测方案进行了探讨。
1无损检测技术概述无损检测技术是一种在不损坏被检测对象使用性能及结构特征的前提下，借助声、光、电、磁等介质对被检测对象中是否存在结构缺陷或者材质不均匀等问题进行检测，并将缺陷的大小位置等信息进行判定显示的检测技术。
残余应力测定方法(精)
第二章残余应力测定方法残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。
物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。
它们分别利用晶体的X射线衍射现象.材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。
它们是无损的测量方法。
其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为精确的一种测量方法。
磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。
物理法的测试设备复杂.昂贵.精度不高。
特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。
机械方法包括切割法、套环法和钻孔法（下面主要介绍）等，它是把被测点的应力给予释放，并采用电阻应变计测量技术测出释放应变而计算出原有残余应力。
残余应力的释放方法是通过机械切割分离或钻一盲孔等方法，因此它是一种破坏性或半破坏性的测量方法，但它具有简单、准确等特点。
从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。
因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。
一、分离法测量残余应力切割法和套环法都是将被测点与其邻近部分分开以释放残余应力，因此统称分离法。
它是测量残余应力的一种最简单的方法，多用于测量表面残余应力或沿厚度方向应力变化较小的构件上的残余应力。
（一）、切割法：在欲测部位划线：划出20mm×20mm的方格将测点围在正中。
在方格内一定方向上贴应变计和应变花，再将应变计与应变仪相连，通电调平。
然后用铣床或手锯慢速切割方格线，使被测点与周围部分分离开。
切割后，再测应变计得到的释放应变。
它与构件原有应变量值相同、符号相反，因此计算应力时，应将所得值乘以负号。
释放后的残余应力计算方法如下：1、如果已知构件的残余应力为单向应力状态，只要在主应力方向贴一个应变片（如图3.1）即可。
分割后得释放应变ε，由虎克定律可知其残余应力为：σ=-Eε（1）2、如果构件上残余应力方向已知，则在测点处沿主应力方向粘贴两个应变片1和2（如图3.2所示）。
残余应力无损检测方法
残余应力无损检测方法嘿，你知道不？残余应力那可是个大问题呢！无损检测方法就像个超级侦探，能在不破坏材料的情况下找出残余应力。
那咱就说说这神奇的无损检测方法吧！首先，X 射线衍射法就超厉害。
把材料放在那，X 射线一照，就像医生给病人拍片子似的，能看出材料内部的残余应力分布。
步骤嘛，就是调整好设备，让X 射线准确地照射到材料上，然后分析反射回来的X 射线信号。
这多牛啊！注意事项呢，可得小心操作设备，别让X 射线伤着自己。
那安全性咋样？放心吧，只要按规定操作，那是妥妥的安全。
稳定性也没得说，每次检测结果都挺靠谱。
这种方法适合检测各种金属材料，优势就是准确、快速。
比如说在航空航天领域，那飞机零件的残余应力检测可离不开它。
检测得准，飞机飞得才安心嘛！再说说超声检测法。
这就像用超声波给材料做体检。
把探头放在材料上，超声波在材料里传播，通过分析超声波的变化就能知道残余应力的情况。
步骤简单，放好探头，启动设备就行。
注意别把探头弄坏了。
安全性那是杠杠的，超声波又不会伤人。
稳定性也不错，检测结果比较稳定。
这种方法应用场景可广了，汽车制造、机械加工都能用。
优势就是方便、快捷，可以在生产线上直接检测。
这不就像有个随时待命的小助手嘛！还有磁测法呢！就像用魔法探测材料的残余应力。
通过测量材料的磁性变化来判断残余应力。
步骤不难，把仪器靠近材料就行。
注意别让磁场干扰其他设备。
安全性好得很，没啥危险。
稳定性也还行。
在钢结构检测中很管用。
优势就是可以快速检测大面积的材料。
哇塞，这多厉害！总之，残余应力无损检测方法那是超级棒！各种方法都有自己的优势和应用场景。
在实际生产中，根据不同的需求选择合适的方法，就能让我们的产品更安全、更可靠。
这难道不是超赞的事情吗？咱可一定要重视残余应力检测，让我们的生活更美好！。
残余应力检测标准
残余应力检测标准一、检测方法标准残余应力检测方法通常采用X射线衍射法和超声波法。
其中，X 射线衍射法是最常用的一种，其原理是利用X射线衍射图谱对材料内部的残余应力进行测定。
超声波法则是利用超声波在材料中的传播速度和方向变化来测定材料内部的残余应力。
在检测过程中，需要根据实际情况选择合适的检测方法，并遵循相应的操作规范和技术要求。
二、检测仪器标准残余应力检测仪器应符合国家有关标准和行业标准的要求，具备高精度、高稳定性和高可靠性的特点。
仪器的各项技术指标应经过法定计量部门的标定和校准，并取得相应的合格证书。
此外，仪器还应具备安全保护装置和防护设施，以确保检测过程的安全性和可靠性。
三、检测程序标准残余应力检测程序包括以下步骤：1. 试样制备：按照相关规定和标准制备试样，并确保试样的表面平整、光洁度和尺寸精度符合要求。
2. 仪器校准：对检测仪器进行校准，以确保其各项技术指标符合要求。
3. 试样安装：将试样安装在检测设备上，并确保安装位置和方向的正确性。
4. 数据采集：按照规定的操作程序和技术要求进行数据采集，包括X 射线衍射图谱或超声波传播速度和方向等。
5. 数据处理：对采集到的数据进行处理和分析，包括数据转换、拟合和计算等，以得出试样内部的残余应力分布和大小。
6. 报告编制：根据处理后的数据编制检测报告，包括试样残余应力分布图、数据统计表和结论等。
四、检测报告标准残余应力检测报告应包括以下内容：1. 试样信息：包括试样的名称、材质、尺寸和制备方法等。
2. 检测方法：说明所采用的残余应力检测方法及其原理和操作流程。
3. 仪器信息：包括检测仪器的型号、生产厂家和标定证书等。
4. 检测结果：包括试样内部的残余应力分布和大小等数据，以及相应的图表和统计表。
5. 结论评价：对试样的残余应力状况进行评价，指出可能存在的问题和改进建议。
6. 其他相关信息：如检测人员的资格证书、检测时间和地点等。
五、检测人员要求从事残余应力检测的人员应具备相关专业知识和技能，熟悉检测仪器的使用和维护方法，能够正确操作检测设备和处理数据。
sic晶片的残余应力检测方法
sic晶片的残余应力检测方法
对于碳化硅（SiC）晶片的残余应力检测，主要有以下几种方法：
1.光弹性法：这种方法基于晶体在外加应力作用下的双折射现象，通过检测偏振光偏振方向的变化，来计算材料中的残余应力。
与其他残余应力测量方法相比，光弹性法具有检测速度快、精度高、分辨率高、可重复性好等显著优势。
2.X射线衍射法：这是一种广泛应用于材料应力分析的非破坏性测试方法，可以测量材料中晶体的结晶度、晶胞参数、晶格畸变以及残余应力等信息。
3.Imura方法：这是一种用于测量材料残余应力和应力状态的试样旋转法。
它利用X射线衍射技术产生的X射线衍射图谱来完成测量，计算出材料的残余应力分量和应力状态。
其主要优点在于实时反求解，同时其测量结果可靠，而且准确性高。
但它的缺点在于试样旋转范围有限，这就需要更大的样品尺寸。
这些方法都可以用来检测SiC晶片的残余应力，具体使用哪种方法需要根据实际情况和需求来决定。
测试残余应力的方法
测试残余应力的方法
1. X射线衍射，这是一种常用的方法，通过测量材料中晶格的微小变化来确定残余应力的存在和大小。
X射线衍射技术可以提供非常精确的残余应力测量。
2. 中子衍射，类似于X射线衍射，中子衍射也可以用于测量材料中的残余应力。
中子衍射对于一些特定类型的材料有其独特的优势，例如对于氢含量较高的材料。
3. 光学方法，包括全息干涉法和光栅法等，这些方法利用光的干涉原理来测量材料中的残余应力。
4. 荧光法，通过在材料表面施加荧光材料，并观察其发光的变化来测量残余应力。
5. 超声波法，利用超声波在材料中传播的速度和衰减来推断材料中的残余应力。
6. 磁性方法，包括磁滞回线测量和磁致伸缩测量等，这些方法利用材料中的磁性特性来推断残余应力。
综合利用以上方法，可以全面、多角度地测量材料中的残余应力，从而更好地了解材料的性能和行为。
这些方法在工程、材料科学和制造业等领域都有广泛的应用。
残余应力检测方法
残余应力检测方法残余应力，又称剩余应力是指物体经过加工或者是热处理后，承受外力使其发生变形后，因内力不平衡，产生的残留在物体内部的一种应力。
它会影响物体的强度与精度，影响其使用寿命，甚至会引起结构破坏，因此，控制好残余应力，对提高零件质量至关重要。
残余应力检测是检测零件内部残余应力的重要手段，其目的是对零件的残余应力大小、分布及分布形式进行量化分析，以便能更加科学地控制零件性能。
首先，残余应力检测方法可分为有损检测方法和无损检测方法。
有损检测方法是指在检测过程中，将检测部份完全切割开来，用显微镜观察并用物理量计量等方法测定残余应力分布，又称“破坏测试法”，是一种古老而又常用的检测方法，但个别测量结果不能复用，并且检测结果受检测位置的影响较大，容易出现偏差；而无损检测方法是指在检测过程中，不会损坏检测部份，通常采用物理原理或化学原理测定残余应力值，由于检测过程不会损坏检测对象，所以可多次检测，且检测结果比较准确，也不受检测位置的影响。
其次，残余应力检测方法可以分为静恒检测方法和动态检测方法。
静恒检测方法指在检测过程中，检测对象经过加工后长期保持特定的温度，在温度不变的情况下，测定残余应力值，常用的有X射线测试、X射线衍射测试、热变形测试；而动态检测方法指在检测过程中，以时间为态变量，不断测定残余应力随着时间演变的规律，常用的有光栅方式、磁滞后追踪测试方法。
最后，残余应力检测方法也可以根据检测原理分为物理检测方法和化学检测方法。
物理检测方法是指利用某种物理原理进行残应力测试，如热变形检测、压电检测、X射线衍射检测等；而化学检测方法是指利用某种化学反应原理进行残应力测试，如分子压检测等。
残余应力检测方法是零件质量控制的重要方式之一，不仅对控制零件的质量有重要的意义，而且可以提供可靠的参数供智能加工系统控制零件制造过程中的参数。
在残余应力检测中，采用多种检测方法，可以检测出残余应力的种类、大小及分布特征，检测出的残余应力参数可以提供给后续制造过程，用于对针对性的处理方案设计。
残余应力的测试方法
残余应力的测试方法
残余应力的测试方法有多种，以下是其中一些常用的方法：
1. X射线衍射法：该方法通过测量材料中的晶格畸变来确定残余应力的大小。
X 射线经过材料时，会发生衍射现象，通过测量衍射角度的变化，可以得到材料的残余应力。
2. 中子衍射法：与X射线衍射法类似，中子衍射法也是通过测量材料中的晶格畸变来确定残余应力的大小。
中子的波长与晶格间距相近，因此能够更加准确地测量晶格畸变。
3. 应变计法：该方法通过在材料表面粘贴应变计，测量材料的应变变化来确定残余应力的大小。
应变计可以是金属薄片或电阻应变计等，当材料受到应力时，应变计会发生形变，通过测量形变的大小，可以计算出材料的残余应力。
4. 隔离层剥离法：该方法通过在材料表面涂覆一层隔离层，剥离隔离层后测量剩余材料的形状变化来确定残余应力的大小。
由于隔离层起到了保护材料表面的作用，剥离后的材料形状发生变化可以反映出残余应力的大小。
5. 孔隙法：该方法通过在材料中制作孔隙，并测量孔隙的尺寸变化来确定残余应力的大小。
材料中的孔隙会受到应力的影响而发生变化，通过测量孔隙的变化，可以计算出材料的残余应力。
这些测试方法各有优缺点，选择合适的方法应根据具体的材料和测试要求来确定。
无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析
无损检测技术中的残余应力测量与分析方法剖析残余应力是指在物体内部存在的，由于外部加载和热应变引起的应力状态。
残余应力的存在对材料的性能和稳定性有着重要影响，因此在工程领域中需要对其进行准确测量和分析。
无损检测技术在残余应力测量与分析中起到了重要的作用，本文将对无损检测技术中的残余应力测量与分析方法进行剖析。
一、X射线衍射法X射线衍射（XRD）技术是一种常用的测量材料残余应力的方法。
该方法通过分析材料中晶体的衍射图谱来确定其残余应力。
当材料发生应力时，晶格的排列会发生变化，从而引起X射线的衍射角度的变化。
通过测量和分析这种变化，可以得到材料的残余应力信息。
XRD技术具有测量范围广、准确性高、可重复性好等优点。
对于单晶材料，XRD技术能够直接测量晶体中的残余应力，精度较高。
而对于多晶材料，则需要通过倾角扫描或者称为θ-2θ扫描，来获得材料中的残余应力信息。
不过，XRD技术对于非晶态材料的测量精度较低。
二、中子衍射法中子衍射（ND）技术是一种利用中子进行测量的方法，可用于测量材料的残余应力。
中子的波长大约为0.1-1.0纳米，相较于X射线而言，中子的波长更适合用于测量晶体结构。
中子与材料作用时，受到材料中的晶格排列和残余应力的影响，从而产生衍射。
中子衍射技术具有穿透性强、对非晶态材料测量精度高等优点。
相较于XRD技术，中子衍射技术在测量多晶材料的残余应力时精度更高，适用范围更广。
不过，中子衍射技术的设备成本较高，且实验条件要求较为苛刻。
三、位错法位错法是一种基于物理模型的测量残余应力的方法。
位错是材料晶体结构中的缺陷，它们是材料中形成应力的主要机制之一。
位错法通过测量材料中位错的密度和分布来推导残余应力。
位错法具有非常高的空间分辨率和准确性，适用于各种材料的残余应力测量。
位错法可以通过电子显微镜和X射线繁切分析仪等设备进行实施。
但是，位错法需要对材料进行特殊制备和取样，且实验条件更为复杂。
四、光弹法光弹法是一种基于光学和力学原理的测量方法，通过测量光线透过或反射于材料表面时产生的应力光学效应来推断残余应力。
残余应力及检测方法
残余应力及检测方法一、残余应力简介及检测方法对比众所周知，工件在制造过程中，会受到各种因素的作用与影响。
当这些因素消失之后，若构件所受到的作用与影响不能完全消失，则会有部分作用与影响残留在构件内，这种残留的作用与影响，称作残余应力。
残余应力对工件有着很大的伤害，会使工件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
针对这一问题，在现在的科技环境下，产生了几种检测应力的方法，这几种方法都存在各自的优缺点，对比图如下：现阶段行业内主要使用以下几种方法检测残余应力：（1）盲孔法盲孔法的优点在于有较好精度，而缺点也比较明显，即检测过程中需要损坏材料的结构。
（2）X射线衍射法X射线衍射法经过了市场的检验，优点是技术较为成熟且稳定，缺点是检测仪器比较笨重，操作耗时且伴随着辐射。
（3）超声波应力检测法超声波应力检测法的优点在于操作简便、快速、不损伤材料，也不会对检测人员造成伤害。
而它的缺点就在于这是一项新的技术，虽然经过多家大型实验室的测验，但是市场检验度还不够高。
综合来看，超声波应力检测技术具有很大的现场适用性，下文对该技术进行详细介绍。
二、超声波应力检测技术1、超声波应力测试仪近些年国内超声波应力检测技术的研究进展较快，下图展示为我公司自主研发的一台超声波应力测试设备及配套软件，它是一款工业级高精度超声波应力测量设备，通过软件实现信号的激发和采集，根据声弹性理论进行残余应力的计算，可无损测定被测对象积聚的应力。
超声波应力测试设备（采集模块）超声波应力测试信号处理系统（显示操作模块）该设备符合国标GB/T 32073-2015《无损检测残余应力超声临界折射纵波检测方法》的要求，具备频率设置、滤波、超声激励、残余应力值计算等基本功能。
以下为该设备具有的优势和特点：•可同时测量应力、声时、壁厚、声速，实时显示超声波形，具有一定探伤功能；•配备高频数据采集卡，对上万次测量结果进行算法优化，测量结果更准确；•集成了温度传感器，通过温度补偿消除温度对检测结果的影响；•采集模块分体式设计，易于拆装，可无线连接显示操作模块，移动性强，易于现场使用；•设备可搭载锂电池独立供电，有效地解决了野外现场供电难的问题；•优良的抗干扰能力和可靠性，拥有出色的信噪比。
残余应力检测方法概述.
第1 页共 2页残余应力检测方法概述目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多,为便于分类,人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为:应力松弛法(样品将被破坏和无损检测法(样品不被破坏两类。
以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。
一、常见的残余应力检测方法: 1. 应力松弛法 (1 盲孔法该方法最早由Mather 于1934年提出,其基本原理就是通过孔附近的应变变化,用弹性力学来分析小孔位置的应力,孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。
由于这类设备操作起来非常简单,近年来被广泛使用。
(2 切条法Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。
在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条,然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。
(3 剥层法该方法是通过物理或化学的方法去除试件的一层并测量其去除后的曲率,根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。
该方法常用于形状简单的试件,且测试过程快捷。
2. 无损检测方法 (1 X 射线衍射法X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变,进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力,目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提出的sin2ψ方法。
日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪,为该方法的推广做出了巨大的贡献。
(2 中子衍射法。
中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的,都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变,并根据弹性力学方程计算残余应力。
但中子散射能量更高,可以穿透的深度更大,当然中子衍射的成本也是最昂贵的。
(3 超声波法。
该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象,通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。
试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度,尽管超声波方法也属无损检测方法,但其仍需进一步完善。
X射线残余应力测定方法的原理与应用
残余应力是第一类内应力的工程名称。
残余应力在工件中的分布一般是不均匀的，而且会对工件的静强度、疲劳强度、形状尺寸稳定性和耐蚀性等产生显著的影响。
因此，残余应力的测定非常重要。
残余应力测定方法可分为有损检测法和无损检测法。
有损检测法是通过机械加工的方式将被测工件的一部分去除，局部残余应力得到释放从而产生相应的应变和位移，根据相关力学原理推算工件的残余应力。
常用的有损检测方法有钻孔法与环芯法。
无损检测法是利用残余应力会引起材料中某一物理量（如晶面间距、超声波在材料中的传播速率或磁导率等）的变化，通过建立此物理量与残余应力之间的关系，测定相关物理量从而计算出残余应力。
常用的无损检测方法有X射线衍射法、中子衍射法、磁性法与超声法，其中，X射线衍射法因其原理较为成熟、方法较为完善，是目前在国内外应用最为广泛的方法，其测试设备也越来越完善，既有功能齐全的实验室仪器，也有适用于现场测量的便携式仪器，还有适于特殊场合的专用检测装置。
采用X射线衍射法测定残余应力，最早是由俄国学者在1929年提出，把材料的宏观应变等同于晶格应变。
1961年德国学者基于这个思路研究出sin2ψ法，使得X射线衍射测定残余应力逐渐成为成熟的、具有可操作性的测试技术。
X射线衍射测定残余应力技术经过60余年的发展，已开发出多种不同的测量方法，目前最主要的有sin2ψ法与cosα法两种。
1X射线衍射残余应力测定方法分类为了掌握X射线衍射残余应力测定技术，有必要对其方法进行归纳，具体如下：(1) X射线衍射残余应力测定方法可分为sin2ψ法、cosα法。
(2) sin2ψ法按照残余应力计算方法分类，可分为2θ法、d值法、应变法。
(3) sin2ψ法按ψ与2θ的几何关系分类，可分为同倾法、侧倾法。
(4) 按X射线管、计数管扫描方式可分为固定ψ0法，固定ψ法。
(5) 侧倾法又可分为标准的侧倾法、修改的侧倾法、侧倾固定ψ法。
(6) 测定剪切应力τφ采用的正负ψ测定法。
环氧树脂的残余应力测试方法
环氧树脂的残余应力测试方法
残余应力是指材料内部的剩余应力，它会对材料的性能和使用寿命产生重要影响。
在环氧树脂应用中，了解和控制残余应力的分布是至关重要的。
因此，我们需要一个有效的测试方法来评估环氧树脂中的残余应力。
一种常用的测试方法是X射线衍射（XRD）技术。
该方法是通过照射材料表面，并测量X射线经过材料后的衍射图案来确定材料中的应力分布。
在环氧树脂中，通过选取合适的衍射角度和衍射峰的位置，可以获得材料中的残余应力信息。
另一种测试方法是红外热成像（IRTI）技术。
这种方法通过测量材料表面的红外辐射热图像来获得材料中的温度分布，进而推断残余应力的分布情况。
在环氧树脂中，因为应力会引起材料的热导率和膨胀系数的变化，通过红外热成像可以间接地得到残余应力信息。
还可以使用激光剪切仪来测定环氧树脂中的残余应力。
激光剪切仪是一种能够测量材料内部残余应力的非接触式测试设备。
它通过施加外部剪切力，测量材料表面的位移和应变来计算残余应力。
在环氧树脂中，由于材料的剪切刚度与残余应力有关，这种方法可以提供准确的残余应力信息。
X射线衍射、红外热成像和激光剪切仪都是常用的测试方法，用于评估环氧树脂中的残余应力。
选择合适的测试方法取决于实际需求和资源情况，通过这些方法可以更好地理解和控制环氧树脂的性能和使用寿命。
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际的残余应力测试过程中，我们利用德国ＢＲＵＫＥＲ公司生产的Ｄ８．ＡＤＶＡＮＣＥ型Ｘ射线衍射仪，对陶瓷基
复合材料试样做了从１０。到１５０＂的ｘＲＤ扫描，发现在幻≈１３３。处有一个较强的衍射峰，于是就选定这
个角度为衍射角，并且采用Ｘ射线衍射法残余应力测定中常用的Ｔｏｐａｓ软件拟合衍射峰的位置。因为
此处的衍射强度相对较弱，所以在扣≈１３２～１３４。范围内采用慢扫描来精确的测定衍射峰的位置：
ｐｏｉｎｔ
ｏｕｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ
ｎｏｎ・ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ；Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；
ｎｅｕｔｒｏｎ
ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ
引言
材料内部缺陷如裂纹、气孔等直接影响构件的安全性和寿命，如何无损的测量这些缺陷一直受
ｓｔｒｅｓｓ．
ａｓ ａ
ｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅ
ＳＯ
ｅｍｐｈａｓｉｓ ｉｓ Ｏｎ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ｎｅｕｔｒｏｎ
ｏｎ．Ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｒｅ，ｗｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ Ｘ—ｒａｙ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
ｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ．
内应力引起的应变可通过晶体中某一品面簇的晶面间距变化来表示，而此变化必然导致相应的ｘ射线 衍射峰的位移，这是用×射线衍射法测定宏观应力的理论基础。
图１受力物体表面上的应力
由于×射线对试样的穿透深度一般为１０～３０ｕｍ，它所记录的仅是工件表面应力［ｉｏ～１２１。这种
２
表层应力分布可视为二维应力状态，其垂直试样的应力分量∥３
利用同步辐射源Ｘ射线衍射技术，同样可以测定复合材料残余应力【１５～１８】。其中同步辐射光源
具有强度高、亮度大、束斑小、准直性高及发散角小等特点，因此可获得高分辨率、高精度的衍射
数据。表１对以上三种利用衍射测量残余应力的方法进行了比较。 表１残余应力测试技术比较
Ｘ射线衍射法一般适用于具有良好晶体结构的材料。当晶粒尺寸很小或材料成分分布不易预测
到人们的重视，其测量技术如超声波等方法已比较成熟【１】。对于某些构件，其安全性与残余应力也
有相当重要的关系。实践证明，残余应力直接影响金属制品的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳
定性和使用寿命心１。如在石化工业中，大量的事故就是由于构件表面存在很大的残余拉应力，加速
了表面腐蚀引起的。此外，残余应力对构件的疲劳强度也有重要的影响。适当地在材料表面产生残
弹性特征值，这些条件都很难满足。因此，超声法测定残余应力至今尚处于实验室阶段，很少用与
现场实测【３～５】。
３．测试方法的选择 综合比较上述各种残余应力测定方法，ｘ射线衍射法具有设备简单、射线来源方便经济等优点。
因此，我们一般选择Ｘ射线衍射法作为材料残余应力测试的主要方法。 因为在Ｘ射线衍射法残余应力测定实验中，所选取的衍射角２ｅ越大，其测量的精确度越高。在实
方法。但是，该方法对设备的要求很苛刻，这使它在实际的应用中受到一定程度的限制。
３９
２．４其他方法 磁性应变法的基本原理是基于铁磁性材料的磁致伸缩效应，即铁磁性材料在磁化时会发生尺寸 变化【３，４】。反过来铁磁体在应力的作用下其磁化状态也会发生变化，这样通过测量磁性变化可以测 定铁磁材料中的应力。磁性应变法只能应用于铁磁性材料，在应用磁性应变法测定残余应力时，应 力与磁导率在应力小于３００ＭＰａ时才近似于线性，应力再增大，呈非线性。因此磁应变法不宜用来 测定存在过高的残余应力的构件。 超声法是一种颇具发展潜力的方法，通过超声波在材料内部的传播特性，利用应力引起的声双 折射效应测量出超声传播路径的平均应力。在实际的测量过程中，超声法要求有精密的测量声速的 仪器和高超的测量技术，还需要制作一个无应力的与实际工况十分接近的标样来获得必须的材料声
Ｎｏｎ．ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓ
ＬＩＵ Ｙａｎｐｉｎｇ，ＳＩ Ｙｏｎｇｍｉｎ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｄｅｆｅｎｓｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ
４１００７３，Ｈｕｎａｎ，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｅ
余压应力，可以显著提高构件的疲劳强度。 因此，材料残余应力准确、快速的无损测量技术对残余应力的利用或防治具有非常重要的意义。 残余应力的测量和研究日益获得人们的重视。在欧洲已定期召开关于残余应力的国际会议，在我国， 近年也发表和出版了一些关于残余应力测试的论文和书籍。
３７
１．残余应力的产生 残余应力是一种弹性应力，它与材料中局部区域存在的残余弹性应变相联系‘３１。所以，残余应
２。无损测试方法
材料及其制品的宏观残余应力无损测试方法主要包括：Ｘ射线衍射、中子衍射、同步辐射等一些 方法。其中，×射线衍射、中子衍射、同步辐射这三种方法测试的基本原理相同，下面分别加以介绍。
２。１
Ｘ射线衍射法 ｘ射线衍射法【７，８１是材料残余应力无损测试中最常用的方法之一。在弹性范围内，因为宏观残余
子衍射测定较小试样时将产生较大误差：第三，中子衍射法测定的仅是材料内部的平均残余应力。
因此，中子衍射法仅是测定材料内部残余应力的有效手段。 基于同步辐射的Ｘ射线衍射法不仅能够测定材料内部的残余应力，而且还可以确定残余应力场
梯度，具有普通Ｘ射线衍射法和中子衍射法所无法比拟的优越性，是测定材料内部残余应力较理想的
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
Hale Waihona Puke ａｎｄｐｅｒｄｉｃｔｉｏｎ
ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ
ｓｔｒｅｓｓｅｓ
ｉｎ
ｃａｒｂｏｎ－ｆｉｂｒｅ／ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，５７（１ １）：１４４５～１４５５
【１３】Ｍ．Ｄａｎｉｅｌ
ａｎｄ
Ｔ。Ｌｉｂｅｒ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｍｉｎａｔｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
中子衍射法以中子流为入射束，其测定残余应力的基本原理与Ｘ射线衍射法相类似【９，１０，１４】，也 是根据衍射峰位置的变化求出残余应力。由于中子不带电，不与原子核周围的电子发生相互作用，
只有与原子核碰撞时才会改变运动方向。因此，对大多数材料具有较强的穿透能力，可以用来描述 残余应力沿厚度的变化情况。 ２．３同步辐射
Ｏ，而该方向的应变占３≠０。
ｘ射线衍射方法主要是测试沿试样表面某一方向上的内应力∥≯，当材料各向同性时，
乞＝叫ｑ＋乞）＝｛（ｑ＋呸）
此时￡３可由平行于表面的某晶面（ｈｋｌ）间距ｄ值的变化而测得。
（１）
利用弹性力学理论可以求出‰的
‰一南ｃｏｔ岛高（盏）
３８
式中石习ｃｏｔｏｏ丽为黻定义龇式（２）实质为一直线勰斜率为面，可用
２５（１）：４０～４３ 【１１】Ｇｊｅｒｏｎｉｍｉｄｉｓ，Ａ
Ｔ Ｐａｒｋｙｎ．Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｍａｔｒｉｘ ｌａｍｉｎａｔｅｓ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ｍａｔｅｒｉａｌ，１９８８，２２：４０１～４１５
［１２】Ｂｅａｕｍｏｎｔ，Ｐ．Ｗ．Ｒ．Ｃｏｗｌｅｙ，Ｋ．Ｄ．Ｔｈｅ
时，会导致衍射峰值变宽，影响测试精度；×射线在材料中的穿透深度由其波长和材料的性能决定，
通常约为１０．３０９ｍ，如此弱的穿透能力大大限制了该方法的应用范围［１９－－一２２】。因为实际测试时它的 入射角的范围、量值和精度等在很大程度上受到入射深度的影响。此外，残余应力沿厚度变化等因 素也给测试结果造成误差。 与Ｘ射线衍射法相比，中子衍射法可以测定材料内部的残余应力，而且适于对大块试样进行测定， 具有很大的优越性。但是，中子衍射还存在明显的不足。首先，测量用中子源获得比较困难，一般 需要一个核反应堆及相关的防护、测量装置，通常很难得到：其次，中子的衍射区域较大，当用中
力是材料中发生了不均匀的弹性变形或不均匀的弹塑性变形的结果，或者说是材料的弹性各向异性 和塑性各向异性的反映。 材料及其制品在通常的机械加工或合金化过程中产生的残余应力，往往是变形、温度变化和相 变引起的残余应力的综合结果。各种：［艺参数和机件的几何形状、尺寸大小等对每种工艺过程产生 的残余应力有着错综复杂的影响，具体问题必须具体分析‘４￣６】。
每步Ｏ．０１。，间隔ｌＯｓ。通过采用上述方法，残余应力测定的精确度得到了很大的提高，获得了较为理 想的测试结果。
４．展望
残余应力对材料和工件性能的影响，既有不利的一面，也有有利的一面。正因为如此，关于残
余应力测试及其对材料性能影响的研究日益为工程技术界所重视，成为材料科学和力学中相当活跃 的一个分支。为满足工程技术发展的需要，随着测试手段的不断改进，近年来该领域的研究取得了
ｏｒｌ
ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｇｒａｐｈｉｔｅ／ｐｏｌｙｍｉｄｅ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９７，１７（１）：２１～２５
［１４】黄斌，杨延清．金属基复合材料中热残余应力的分析方法及其对复合材料组织和力学性能的影 响．材料导报，２００６，２０（６）：４１３～４１６ 【１５】刘秋云，费维栋，姚忠凯等．金属基复合材料的热残余应力研究进展．宇航材料工艺，１９９８，３：１ 【１６】Ｊｅｎｓｅｎ Ｈ．Ｍ．Ｒｅｓｉｄｕａｌ
参考文献