中子衍射技术测量残余应力的研究进展

随着我国中子大科学装置技术的发展和进步,中子衍射技术已广泛应用于航空、航天、核电、汽车等各领域.本文介绍中子衍射残余应力测量原理及相关基础知识,与其他深部应力测试结果进行对比,中子衍射具有高穿透力,是无损获得材料及工程部件内部三维应力的最有效方法,尤其适用于局域位置的应力测量,在工程部件残余应力测试与分析,揭示制造加工...     

中子衍射在残余应力分析中的应用

中子衍射应力测量原理基于布拉格方程,通过取样测量体积内样品晶格的晶面间距进行精确表征,获取材料微观晶格的形变信息,可以实现晶体材料深层内部弹性应变的直接无损测量.测量值通常与样品测量位置和外加温度或力学载荷相关,用于评估实际部件整体结构和变形参数.本研究介绍中子衍射的基本原理,辊压法调控搅拌摩擦焊的残余应力和变形、管道...     

中子无损表征技术及其在失效分析中的应用

材料或部件在加工及服役过程中产生的残余应力、缺陷、织构和纳米析出相,成为影响服役性能及使用安全的重要因素。由于中子具有对特定材料深穿透性强、对较轻元素及同位素敏感的特性,使其成为无损表征的重要手段。通过列举中子散射及中子成像技术在材料及部件内部的残余应力、织构、纳米析出相和缺陷的典型应用示例,证明中子无损表征技术在材料失效分析中具有独特的优势,是改善加工工艺及延长服役寿命的重要支撑手段。     

中子衍射在核电工程材料中的应用

中子衍射为工程材料组织结构、微观缺陷、残余应力等材料特性的精确测量、分析与表征提供了独天得厚的科研保障,是工程材料制备工艺的优化、工程构件的安全维护、以及关键工程设备的长寿命设计、安全评价以及延寿论证工作的理想工具。概述了中子衍射测量的基本原理,回顾了中子衍射技术在核电结构焊接应力工程与延寿技术,焊接热处理工艺辅助优化等方面的应用,最后根据中子衍射工程谱仪的特点,展望了此技术在材料研究领域的未来前景。     

中子衍射和有限元法研究不锈钢复合板补焊残余应力

利用中子衍射和有限元法分析不锈钢复合板补焊残余应力,结果表明:计算结果与测试结果具有一致性.焊缝和热影响区产生了较高的残余应力,远离热影响区,残余应力逐渐降低.由于局部补焊加热,沿厚度方向产生了弯曲应力;在不锈钢覆层,最大残余应力位于热影响区,由于加工硬化的影响,其值已超过屈服强度.因此,采用常规标准假设会使评定结果与实际存在差异,利用中子衍射与有限元法相结合,不仅可以准确获得残余应力大小,而且可以获得沿厚度方向分布的残余应力,满足安全评定标准有关处理焊接残余应力的要求.     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同，测量结果互相对比验证后，确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力，其量级约为-300~300 MPa，以周向和径向残余应力为主，沿轮廓呈“外压内拉”特征分布；利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图，切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力，残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上，中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致，测试结果可信度高。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同,测量结果互相对比验证后,确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力,其量级约为-300~300 MPa,以周向和径向残余应力为主,沿轮廓呈“外压内拉”特征分布;利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图,切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力,残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上,中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致,测试结果可信度高。     

摩擦搅拌焊接过程残余应力的中子衍射法测量分析

利用中子衍射法测量了2024-T4铝合金板摩擦搅拌焊接头残余应力分布,得到了接头内部不同位置处的残余应力,研究了焊接速度对残余应力的影响。结果表明,纵向残余应力总体水平比横向残余应力高,是接头内的主要残余应力;当搅拌头转速相同时,提高焊接速度,纵向残余应力增大;横向残余应力除了在匙孔附近较大外,在其余位置处的残余应力都围绕0轴在拉应力与压应力之间波动,整体残余应力水平相对纵向残余应力小很多。     

短波长X射线衍射无损测定铝板内部残余应力

利用重金属靶短波长特征X射线WKα1对轻质材料的强穿透性,自主研发了1台用于工件内部晶体物质衍射分析的短波长X射线衍射仪（SWXRD）。介绍了短波长X射线衍射仪无损测定工件内部应力的原理和方法,在国内首次无损地测定了30 mm厚7075铝合金淬火板内部残余应力及其分布,并与中子衍射和高能同步辐射的短波长X射线衍射测定内部应力进行了比较分析,表明该新方法具有设备体积小,投资少,使用维护方便等优势。     

原位中子衍射材料表征技术的进展

中子衍射利用中子不带电、穿透力强、能直接鉴别核素、比X射线与电子束对轻元素灵敏、具有磁矩等特点,已成为一种独特的从原子和分子尺度上表征物质的结构和微观运动的高新技术,本文着重介绍了原位中子衍射技术作为材料四维表征技术在金属材料的残余应力、变形机制、固态相变、纳米偏聚团等方面的研究进展。     

连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的研究进展

综合论述了连续纤维增强钛基复合材料热残余应力的分析方法如：X射线衍射和中子衍射方法、剥层法、基片弯曲法以及选择基体腐蚀法等，以及热残余应力对复合材料力学性能的影响。就热残余应力的影响因素总结了人们在降低复合材料热残余应力方面所作的各种努力，在此基础上指出了当前研究存在的缺陷和今后的发展方向。     

激光增材制造残余应力研究现状

首先介绍了激光增材制造中残余应力的产生和危害,指出高的温度梯度和不均匀相变是高残余应力的原因,列举了残余应力造成的热裂纹、翘曲和疲劳失效等危害。然后,从残余应力的试验测定、数值模拟以及调控消减三个方面总结了相关研究现状。残余应力试验测定部分包括表面和内部残余应力的测试,方法有X射线衍射法、中子衍射法和压痕法等。数值模拟部分主要评述了工艺参数和扫描策略对应力场的影响。残余应力调控指的是在成形过程中,通过工艺控制减少应力的产生,主要介绍了采用热处理、超声冲击降低已成形构件残余应力的相关研究。最后提出应开展微观残余应力到大型构件宏观残余应力的多尺度表征,表面残余应力和内部残余应力相结合的多手段定量测定等专题研究,为开展残余应力与工件失效的关联性研究打下基础。     

非破坏性测量焊接残余应力方法的应用现状

介绍了X射线衍射法、中子衍射法、磁声发射法和超声波法等四种非破坏性测量焊接残余应力的基本原理,综述了它们的发展概况及应用现状。通过比较分析各种测量方法的特点和适用范围,指出了选用适宜方法测定焊接残余应力的原则。     

Welding in the World（《世界焊接》）2012年第1/2期（56卷）要目

钛环激光焊残余应力的测量及模拟∥S.Kabra,D.W.Brown,C-F Chen,T.K Wong,et al.Welding in the World,2012,56（1/2）：2-8.摘要：应用无损中子衍射技术测量激光焊接的商用纯钛环的弹性残余应力,并确定该方法在测量激光焊接小工件性能时的分辨率。上述测量还验证了对焊缝附近残余应力进行模拟计算的结果。     

X射线衍射法在测量铝合金厚板表面残余应力中的应用

X射线应力测量法是广泛应用的无损应力测量方法,本试验研究了X射线衍射法测量铝合金厚板表面残余应力。对7075淬火铝合金厚板的表面残余应力进行测量,得到了7075淬火铝合金厚板表面残余应力的分布区间和一般规律,并对表面残余应力分布的边缘效应进行了探讨。     

Welding in the World(《世界焊接》)2012年第1/2期(56卷)要目

正钛环激光焊残余应力的测量及模拟∥S.Kabra,D.W.Brown,C-F Chen,T.K Wong,et al.Welding in the World,2012,56(1/2):2-8.摘要:应用无损中子衍射技术测量激光焊接的商用纯钛环的弹性残余应力,并确定该方法在测量激光焊接小工件性能时的分辨率。上述测量还验证了对焊缝附近残余应力进行模拟计算的结果。所测得的应力与模     

硬质合金后处理过程中残余应力的研究

综述了硬质合金残余应力的形成机理、分析方法以及后续处理过程中残余应力的研究现状。硬质合金中残余应力的形成是由于受到不均匀的应力场、应变场、温度场的影响;其分析方法主要有X射线衍射法、中子射线衍射法、数值分析法。喷砂(丸)处理使合金表面产生残余压应力,其大小与介质大小、喷射压力、喷射时间等因素有关;电火花加工后的硬质合金表面的WC相中存在残余拉应力,而磨削和抛光后的表面中存在残余压应力;表面处理会导致残余应力的符号、大小和在分布产生复杂的变化。深入研究残余应力的数值模拟方法、探索切削过程中的残余应力演变和开发缓解消除残余拉应力的后处理工艺是今后的研究方向。     

钛基复合材料残余应力的测试方法

由于连续SiC纤维增强的钛基复合材料密度低、室高温比强度和比刚度等性能优异而有望用作诸如航空、汽车工业中的高温结构件。钛基体合金与强化SiC纤维间的热膨胀系数(CTEs)差别较大，从加工温度冷却时，复合材料内存在非常大的残余应力，从而影响钛基复合材料的机械性能和热机械性能，是复合材料失效的一个重要因素。因而如何精确地评价热机械循环后复合材料的残余应力是很重要的。可用X射线和中子衍射技术测定基体合金内的残余应力，但X射线仅限于近表面约10m的区域，中子衍射的能力比X射线的约高1000倍。近来有研究人员开发出简单的试…     

涂层残余应力实用检测技术的研究进展

针对常用的金属材料涂层,综述了当前一些可行的检测金属涂层中残余应力的方法,重点阐述了弯曲法、钻孔法、X射线衍射法、中子衍射法和喇曼光谱法的基本原理及应用情况.     

腐蚀环境下超声冲击焊接接头残余应力变化规律

采用X射线衍射法(iXRD)对6005A铝合金型材焊接接头的焊接残余应力进行无损检测,研究超声冲击处理对铝合金焊接接头残余应力分布情况的影响以及超声冲击对铝合金焊接接头在海洋大气腐蚀环境中残余应力的变化规律的影响。结果表明,超声冲击处理使得残余拉应力转变为压应力,且应力分布更加均匀;超声冲击处理后,随腐蚀时间的延长,焊接接头各微区可长期保持残余压应力,并有逐渐减小的趋势。