GB/T 7704-2017 无损检测 X射线应力测定方法

ICS19.100

J04

中华人民共和国国家标准

GB/T7704-2017

代替GB/T7704-2008

无损检测

X射线应力测定方法

Non-destructivetesting-PracticeforresidualstressmeasurementbyX-ray

2017-10-14发布2018-04-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

GB/T7704-2017

目次

前言…………….................…………….....•...…….........…….'.....m

l范围…

2规有2性引用文件…………………………1

3术语和符号·

4应力测定原理…

5测定方法…………………7

6仪器………………………16

7试样………………………17

8测定程序…….""...…….'.''.'........…………........…..…….........20

9报告…………·

F

nrunL

n

v

10~M~~结果评估………

O

dMAVK

衍射峰半高宽.......

附录A(资料性附录)

q/

M

穿透深度修正………........…

附录B(资料性附录)

A

qdqdqa

H

qv

附录C(规范性附录)应力参考样品及设备检定……·

附录D(资料性附录〉等强度梁法实验测定X射线弹性常数和应力常数K......…........…….....FU吨

川

υ

附录E(规范性附录〉X射线应力数据处理方法……..

附录F(资料性附录〉实验法测定X射线弹性常数XECs…………四

主应力和主应力方向的计算……….".....…......................的

附录G(规范性附录〉

I

Gß/T7704-2017

_._

目U

E写

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起萃。

-*标准代替GB/T7704-2008<<无损检测X射线应力测定方法》。

本标准与GB/T7704-2008相比主要变化如下:

一一泊加了衍射l峰、衍射角、半高宽、残余应力等术语的定义，地加了定义和符号表(见第3章);

-一一增加了三维应力分析(见第4章);

一一增加了双线阵探测祷侧{鼠'法(见第5);

一一泊加了各种测定方法的原理图〈见第5章);

-一一增加了仪器的配置及其技术要求(见第6章);

一一增加了材料及其材料特性(见第7章);

-一一治加了测定结果评估(见第10章);

一一稽加了附录A衍射峰半高宽;

-一一增加了附录B穿透深度修正;

一一培加了附录C应力参考样品及设备检走;

一一增加了附录D等强度架法实验测定X射线弹性常数和应力常数K;

一一增加了附录EX射线应力数据处理方法;

一一培加了附录F实验法测定X射线弹性常数;

一一-增加了附录G主应力和主应力方向的计算;

一一删除了原附录AX射线应力测定常用方法(2008年版);

一一删除了原附录B确定衍射峰位置的方法(见2008年版);

一一删除了原附录C随机因素造成的误差计算方法(见2008年版);

一一修改了试样的处理(见第7章;2008年版的第6章);

一一修改了测定程序(见第8章;2008年版的第6章)。

-*标准由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口。

-*标准起草单位:上海材料研究所、河北梆梆爱斯特应力技术有限公司、爱派克测试技术(上海)有

限公司、中国科学院力学研究所、中国工程物理研究院材料研究所。

-*标准主要起草人:巴发海、吕克茂、潘海漠、李正阳、王滨、窦作勇、柴泽、薛字、李凯。

本标准所代替标准的历次版本发布情况为:

一-GB/T7704-1987、GB/T7704-2008。

m

GßjT7704-2017

无损检测X射线应力测定方法

1范围

本标准规定了X射线应力测定原理、术语、符号、测定方法、设备、试样、测定程序、报告和测定结果

评估。

本标准适用于具有足够结晶度，在特定波长的X射线照射下能得到连续德拜环的晶粒细小、无织

构的各向同性的多晶体材料。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

JB/T9394X射线测定仪技术条件

3术语和定义、符号

3.1术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1.1

残余应力residualstress

在没有外力或外力矩作用的条件下构件或材料内部存在并且自身保持平衡的宏观应力。

3.1.2

衍射峰diffractionpeak

在满足布拉格定律的条件下X射线衍射强度沿反射角的分布崩线。

法.反射角指人射X射线的延长线与反射X射线之夹角。

3.1.3

衍射角diffractionangle

2θ

人射X射线的延长线与衍射线之夹角，亦即衍射峰位角。

注:2(J在不符指衍射角的情况下也用于泛指任意反射角。

3.1.4

半离宽fullwidthathalfmaximum;FWHM

衍射峰去除与布拉格衍射无关的背底之后最大强度1/2处的宽度。

注:参见附录A。

3.1.5

衍射击毒面方位角azimuthangleof(liffractioncrystaJpJane

v

衍射晶西法线与试样表面法线之夹角。

1

Gß/T7704-2017

3.1.6

应力方向平面stressdirectionplane

v平面

在应力测定中衍射rfiHii方位角ψ所在的平丽。

3.1.7

扫描平面scan旧ngplane

2θ平面

人射X射线与被探测器接收的衍射线所组成的平面。

3.2符号

本文件中使用的符号和定义见表l所示。

表1符号和定义

符号定义

。

布拉格角，衍射角28的1/2，亦即人射X射线或衍射线与衍射品面之夹角。

飞1'0入射角，即人射线与试样表面法线之夹角n

X扫描平面相对于试样表面法线的央角

(/J在X=0LlP扫描平面~]辈子试样表面的条件下人射X射线与试样表面之间的夹角

衍射品商法线在试J佯平丽的技影与试J阵平面上某一指定方向之夹角

中

{hkl}品商指数为<hkl)的品商旅

εφψ

#和|飞P角定义的方向上的IÎÝ:变

d

o材料无应力状态的品商间距

d••法线处于#和I'l"1自定义方向上的晶面问BI!

σ，.正应力分嚣。=1，2，3)

『‘P,,切JlJ.力分慧。手j;i,j=1,2,3)

5，，5，5忘试样坐标系，5，由操作者定义

2

L,，L萃，1..3实验室坐标系

{hkl}晶茵的X射线弹性常数

÷呼叫，时

zX射线穿透深度

LP洛伦兹俯振因子

A

吸收因子

ILQ实验室阅认证的应力参考试样

LQ实验室内部认证的应为参考试样

σ''''检定的ILQ应力参考试样的正应力值

检定的ILQJY_力参考试粹的切应力值

ι''''

LQ试样的正应力值

σ，，1

t",,1LQ试样的切应力值

2

GBjT7704-2017

表1(续〉

符号定义

LQ试样衍射d您的平均宽度

L时

测定的参考试样的正应力值

σIktucùocd

rØelum.irll:d测定的参考试样的切应力值

LdetermJDtd测定的参考试样的衍射岭平均宽度

r，仕rt,rT'<<:n检定的lLQ试样正Ñl力、切应力及衍射线宽震复性

r的...J，rnd检定的LQ试样正Ñl力、切应力及衍射线览室复性

Rø,正应力，切应力的再现位

A

X射线波长

Tr(σ〉

应力张嚣的迹

T{..o{hkl}衍射d哗净积分强度

XECsX射线弹性常数

5,,SR重复性与再现性标准偏爱

积分宽度，IlP衍射崎飞去除与布拉格衍射无关的背底以后积分面积与最大强度之

F

比n

σ品

￠角方向的正应力

rφσ协作用面上主IUï子试J悸表面方向的切j应力分萤

4应力测定原理

4.1应为测定基本原理

对于多晶体材料而言，宏观应力所对应的应变被认为是相应区域里晶格应变的统计结果，因此依据

X射线衍射原理测定晶格应变可计算应力。

在构件负载的情况下，测得的应力值是其残余应力与载荷应力的代数和。

在X射线应力测定中建立如图1所示的坐标系统。

3

Gß/T7704-2017

s,

说明:

5，一一.~章菇、于试样表面的坐标轴〈试样表面法线);

ο一一试样表商上的-个点;

。P一一空间某一方向;

乌一-QP在试样平面上的投影所在方向，亦即应力们的方向和|切应力勺作用平面的法线方向。

注:在X射线应力测定中，将QP选定为材料中衍射晶商{hkL}的法线方向，亦即人射光束和1衍射光束之角平分线

〈见阁5)。

固1与X射线衍射应力测试相关的正交坐标系

根据弹性力学理论，在宏观各向同性多晶体材料的。点，囱#和1Jr(见图1)确定的OP方向上的应

变可以用如下公式表述:

Z挝J}=sihht}(d仆引z+~〉+t俨<1CO付+

33

÷剖町叩叩"k刷kI叫J…(1)

÷俨('川13c叫+叭队川

式中:

Eiri}-一一材料的。点上由￠和ψ确定的{hhl}OP方向上的应变;

俨，士俨一材料中问}晶丽的X射线弹性常数;

<5]1,0"22,(J33一一-0点在坐标51，岛和S3方向上的正应力分量;

T12一-0点以S1为法线的平面上S2方向的切应力;

~一-0点以队为法线的平面上53方向的切应力;

r23一-0点以5为法线的平面上53方向的切应力。

z

1

式中材料中{hkl}晶菌的X射线弹性常数51"川和-SjMI}由材料中{hk/.}晶丽的杨氏模量E和泊松

2

比ν确定，一般表达为

…(2)

趴=一圣

1"1+ν………..(3)

一、…一-

2uz-E

4

Gß/T7704-2017

设应力分量σ，为乌方向的上正应力(见固1)，飞为叫作用面上垂直于试样表西方向的切应

力，则

问=(a11cos2rþ+a22sin2rþ十T12sin2rþ)…………(4)

刊=(TI3COScþ十T23sin<þ)…………(5)

故式(1)可以写作

1_.11.1.".,_1

4俨=8j"H)(a11十a22十633)+-siM0533COSZψ十一5~hH)内sirfψ+-;;"5~hHJT,.sin2ψ

2-...2

………..(6)

式中:

叫一一￠方向上的正应力分量;

T~一一叫作用面上垂直于试样表面方向的切应力分量。

对于大多数材料和零部件来说，X射线穿透深度只有几微米至几十微米，因此通常假定"33=0(在

X射线穿透深度很大或者多相材料的情况下应谨慎处理，参见附录岛，所以(6)式可以简化为

1""}..,,,.,-1

2

E~':t1J=8j"klJ("11+a22)十二zsih川内sin1Jr+言sihbf}勺sin21Jr••••••..…….(7)

使用X射线衍射装置测得衍射角2f)川，根据布拉格定律求得与之对应的晶面间距为d州，则晶格

应变E仲可用品iii间距来表示:

………(8)

zjr=啡)=咐拚)

式中:

zjy}-一-材料的。点上{hk!}Eàrþ和p确定的OP方向上的应变5

8{hM}的布拉格角;

0一一-材料无应力状态对应于

。抖r一一-衍射角28仲的1/2;

28附一一材料的0点上以OP方为法线的{hkl}所对应的衍射角，由衍射装置测得;

d{hkl}的晶面间距;

一一材料无应力状态

o

d付一一-材料的0点上以OP方为法线的{hld}的晶面|阅距，由测得的28.'1'求出。

式(8)为真应变表达式，亦可使用近似方程:

d...一d仇a

zih川kl川i~旷吧-z"…(9)

φ曾ψI=-一7←­

UO

ε{MH二三一(8柑-80)·」L-cotOo….(10)

---

-_.-..."'1'v'180v

使用式(8)(9)和式(10)

计算应力时不需要do和仇的精确值。式为近似计算公式。

4.2平面应力分析

在平面应力状态下，==a33=0，则式(7)变为

T13TZ3

utht}

ε挝川=俨(川们2)盯SW…(11)

寸

2ψ

ε;ip}

(11)1)

sin

式表明试样。点#方向的正应力向与晶格应变呈正比关系。将式(1对求偏导

数，可得

σ12E;Ff}

φ=……….(12)

T·

六古平

才窍严

π

-1)

月在忡

1

ψ

ι~

角的叫:"，采用最小一乘法求得斜率--，(见

使用测得的一系列对应不同-/II~'~...,..",.".,28.4.5，示例如

--'--()sin1þ'

2)2)

图，然后按照式(1计算应力叫。

5

Gß/T7704-2017

售"、，

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2

图2平面应力状态下ε旷}与sin'l'关系实例

在使用(10)的情况下:

"az8付

…(13)

σ..=J\.•一-

"dsin'ψ

式中:

[(-应力常数。

E霄a

k=-TT-F-cotgo…………(14)

180--v

2安8."，

斜率~芫T由实验数据采用最小二乘法求出(见8.4.5，示例如图3)。

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166.6

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2

固3平面应力状态下28与sin'l'关系实例

4.3三维应力分析

如果在垂直于样品表面的平面上有切应力存在(r口号丘。或r23笋0或二者均不等于零)，则Ej宫Il与

sin''l'的函数关系呈现椭圆曲线，即在'l'>0和'l'<0时图形显示为"分叉"(示例如图4)。对于给定￠

角，使用测得的一系列士ψ角上的应变数据，依据(7)式采用最小二乘法可以求出川和~。

6

Gß/T7704-2017

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1

法.示例材料为轴承锵乡使用CrKα辐射+S&2l1}=5.81X10叫MPaJ，表面强力磨削。测试计算结果.们=

,2

163.6MPa汀.=33.1MPa.

固4三维应力状态正负lJI角的曲线分叉示f91J

如果σ口号剖，变换式(的，则:

1_..."12

ε付=SIHl}(σ11+σ22+ú33)十一spdJ}533十-;;..S~Hl)(Ú+-Ú33)sinW十一S~"H)r..sin2W

2-•..,2

..(15)

对于给定￠角，使用测得的一系列士?角上的应变数据，依据式(15)采用最小二乘法可以求出内

和rφ(见8.4.5)。在3个或3个以上不同的￠之下，分别设置若干士ψ角进行测量，可以计算出应力

张量。

5测定方法

5.1概述

依据第4章，使用X射线衍射装置在指定的￠角方向和若干ψ角之下分别测定衍射角281'1'(或由

此进一步求出应变ε窍门)，然后计算应力。

基于现有不同种类衍射装置的几何布置，应力测定方法可分为:

一一同倾固定叽法(也称ω