残余应力分析仪— 满足日本标准JSMS-SD-14-20

日本Pulstec公司制造    型号：μ-X360s

   X射线是表面残余应力测定技术中为数不多的无损检测法之，是根据材料或制品晶面间距的变化测定应力的，至今仍然是研究得较为广泛、深入、成熟的残余应力分析和检测方法之，被广泛的应用于科学研究和工业生产的各域。2012年日本Pulstec公司开发出基于全二维探测器技术的新代X射线残余应力分析仪——μ-X360n，将用X射线研究残余应力的测量速度和精度推到了个全新的高度，设备推出不久便得到业界好评。由于其技术之进、测试数据可重复性之高、使用之便携，设备经推出便备受业界青睐！ 近期，日本Pulstec公司成功克服技术难点，发布了新的产品型号：μ-X360s，将全二维面探测器技术的产品设计和功能完善再次升！

产品点：

相较于传统的X射线残余应力测定仪，新代μ-X360s具有以下点：

更快速：二维探测器次性采集获取完整德拜环，单角度次入射即可完成测量。

更准确：次测量可获得500个衍射点进行残余应力数据拟合，结果更准确。

更轻松：无需测角仪，单角度次入射即可，复杂形状和狭窄空间的测量不再困难。

更方便：无需任何液体冷却装置，支持便携电池供电。

更强大：具备区域应力测量功能，晶粒均匀性、材料织构、残余奥氏体分析等功能。

晶粒取向分析	晶粒均匀性分析

应用域：

1.  机械加工域：测量机床、焊接、铸造、锻压、裂纹等构件的残余应力。

2.  冶金行业：测量热压、冷压、炼铁、炼钢、炼铸等工业生产构件的残余应力。

3. 各种零配件制造：测量电站汽轮机制造、发动机制造、油缸、压力容器、管道、陶瓷、装配、螺栓、弹簧、齿轮、轴承、轧辊、曲轴、活塞销、万向节、机轴、叶片、刀具等工业产品的残余应力。

4. 表面改性处理：测量渗氮、渗碳、碳氮共渗、淬火、硬化处理、喷丸、振动冲击、挤压、滚压、金刚石碾压、切削、磨削、车（铣）、机械抛光、电抛光等工艺处理后构件中的残余应力。

5. 民生基础建设域：

(1)海洋域：测量船舶、海洋、石油、化工、起重、运输、港口等域设备和设施的残余应力。

(2)能源域：测量核工业、电力（水水电、热电核电）、水工程、天然气工程等域的设备和设施的残余应力。

(3)基础建设工程域：测量挖掘、桥梁、汽车、铁路、航空航天、交通、钢结构等工程域所用材料、构件及其它相关设备设施的残余应力。

6. 国防jun工域：测量武·器装备、重型装备等产品的残余应力。

测试原理概述：

全二维面探测器技术

--单角度次入射后，用二维探测器获得完整德拜环。通过比较没有应力时的德拜环和有应力状态下的变形德拜环的差别来计算应力下晶面间距的变化以及对应的应力

--施加应力后，分析单次入射前后德拜环的变化，即可通过残余应力分析软件获得残余应力数据

应用软件：

1. 采用全二维面探测器获取完整德拜环，X射线单角度次入射即可完成应力测量

2. 全自动软件测量残余应力并可显示出半峰宽数值

3. 内在定位标记和CCD相机方便样品定位，操作其简单快捷

4. 快捷进入预设各种材料测量条件，键执行测量

设备选件

1. 残留奥氏体分析

用于提供自动计算剩余奥氏体含量的软件分析功能

2. XY扫描控制台

用于在平面内X方向和Y方向准确调节探测器位置，并对样品表面进行残余应力区域测试，X、Y方向的行程为20cm

3. 电解抛光装置

用电化学腐蚀的方法对金属表面做剥层处理

4. 振荡单元装置

用于粗晶样品残余应力测试

5.多种靶材可供选择

用户可以自己更换X射线靶材以满足更广的测试材料需求，可换靶材包括：Cr，V，Cu，Co，Mn

应用案例

   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，因此在工业和军事等部门受到普遍重视。基于全二维探测器分析方法的新代残余应力分析仪不仅精度更高，而且不再需要测角仪、不再需要多个入射角才能完成测量、不再需要冷水机，因此将很大改善了复杂形状部件检测、狭窄空间检测、野外工程现场检测、大面积部件检测等测量的难度，具有更广泛的应用。在实验室内，基于全二维探测器分析方法的便携式X射线残余应力分析仪可以用来检测焊接处疲劳，齿轮，圆棒，角焊缝，机轴狭窄区，弹簧等；在户外工程中，它可以用来检测管道焊缝，油罐焊缝，除掉外层水泥的建筑内层，桥梁金属，高速铁轨等。

■    实验室内轻松胜任各种部件检测 — —快速、高精度、复杂形状全面分析  

■   户外工程现场原位残余应力应力检测— —变得如此简单

• 
  

• 可装便携箱，整机重约8.8公斤，单手可携带

  设备体积小巧，可现场检测庞大物体

• 无需测角仪，个入射角完成全部测量，现场测量不再受空间限制

• 电池即可支持工作

（a）桥梁检测 （b）辊轴检测 （c）油罐焊缝检测

■ 喷丸域应用

近日，Yuji Kobayashi博士在喷丸工艺制备的应力标样基础上，比较了sin2Ψ和cosα两种残余应力分析方法下所测得的残余应力测试数据，进步验证了基于全二维面探技术的cosα残余应力分析方法测试结果的可靠性，相关结果已发表在杂志《The Shot Peener》上，详见：Summer 2019，Volume 33, Issue 3 | ISSN 1069-2010。文章中所采用的基于全二维面探技术的残余应力测试设备为日本Pulstec公司制造的型号为μ-X360s的新代便携式X射线残余应力分析仪。该设备将全二维面探测器技术的产品设计和功能再次完善升。相比于传统X射线残余应力测定仪，该设备具有更快速的测量时间（二维探测器次性采集获取完整德拜环，单角度次入射即可完成测量，全过程平均约60秒），更准确的测试结果（次测量可获得500个数据点进行残余应力数据拟合，结果更准确），更便的测试条件（测量精度高，无需冷却水），以及更强大的测试功能（具备区域应力自动测量功能，晶粒大小、材料织构、残余奥氏体分析等功能），深受机械加工、民生基础建设、国防jun工等域广大同行的青睐。

案例导图：

基于全二维面探测器技术获得的德拜环衍射图像

Yuji Kobayashi博士用到的应力标样

   以上图片来源：《The Shot Peener》Summer 2019，Volume 33, Issue 3 | ISSN 1069-2010

■ 三维应力分析及用

   目前已经有越来越多的同行家和学者开始对μ-X360系列以及该设备所采用的的方法感兴趣。尤其，基于cosα方法的残余应力分析仪设备因为移动方便，使得对滚动接触疲劳进行原位评估成为可能。Takumi Fujita等人的工作表明[1]：基于德拜环的应力分析仪跟传统的X射线衍射应力分析仪相比，可快速获得疲劳、断裂准则、裂纹萌生以及滚动接触次表面安定限等信息；而且，该系统不仅可以用来研究滚动接触疲劳机理还可对滚动接触疲劳的演变程度进行定量评估。Takumi Fujita等人发表的文章中，关于三维应力测量及德拜环测量所采用的设备就是日本Pulstec公司制造的型号为μ-X360的X射线残余应力分析仪设备。

参考文献

[1]. Evaluation of Rolling Contact Fatigue Using X-Ray Diffraction Ring, Materials Performance and Characterization, 2016.5.1,pp23-37.

测试数据

■  无应力铁粉的残余应力测试结果

■  钛合金（ TC4 ）残余应力测试结果：内孔位置原位测量

发表文章

1. K. Ito et al. / Materials and Design 61 (2014) 275-280

2. J.-S. Wang et al. / Materials Characterization 99 (2015) 248–253

3. R. Gadallah et al. / Marine Structures 44 (2015) 232e253

4. J.S. Robinson, W. Redington / Materials Characterization 105 (2015) 47–55

5. K. Sugimoto et al. / International Journal of Fatigue, Volume 100, Part 1, July 2017, Pages 206-214

6. N. Karunathilaka et al. / Metals 2019, 9, 783

7. R. Hajavifard et al. / Materials 2019, 12, 1646

8. M. Knyazeva et al. / Materials 2018, 11, 2290

用户单位：

清华大学

上海交通大学

天津大学

山东大学

东北大学

北京科技大学

北京交通大学

西南交通大学

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