殘余應力分析儀— 滿足日本標準JSMS-SD-14-20

日本Pulstec公司制造    型號：μ-X360s

   X射線是表面殘余應力測定技術中為數不多的無損檢測法之，是根據材料或制品晶面間距的變化測定應力的，至今仍然是研究得較為廣泛、深入、成熟的殘余應力分析和檢測方法之，被廣泛的應用于科學研究和工業生產的各域。2012年日本Pulstec公司開發出基于全二維探測器技術的新代X射線殘余應力分析儀——μ-X360n，將用X射線研究殘余應力的測量速度和精度推到了個全新的高度，設備推出不久便得到業界好評。由于其技術之進、測試數據可重復性之高、使用之便攜，設備經推出便備受業界青睞！ 近期，日本Pulstec公司成功克服技術難點，發布了新的產品型號：μ-X360s，將全二維面探測器技術的產品設計和功能完善再次升！

產品點：

相較于傳統的X射線殘余應力測定儀，新代μ-X360s具有以下點：

更快速：二維探測器次性采集獲取完整德拜環，單角度次入射即可完成測量。

更準確：次測量可獲得500個衍射點進行殘余應力數據擬合，結果更準確。

更輕松：無需測角儀，單角度次入射即可，復雜形狀和狹窄空間的測量不再困難。

更方便：無需任何液體冷卻裝置，支持便攜電池供電。

更強大：具備區域應力測量功能，晶粒均勻性、材料織構、殘余奧氏體分析等功能。

晶粒取向分析	晶粒均勻性分析

應用域：

1.  機械加工域：測量機床、焊接、鑄造、鍛壓、裂紋等構件的殘余應力。

2.  冶金行業：測量熱壓、冷壓、煉鐵、煉鋼、煉鑄等工業生產構件的殘余應力。

3. 各種零配件制造：測量電站汽輪機制造、發動機制造、油缸、壓力容器、管道、陶瓷、裝配、螺栓、彈簧、齒輪、軸承、軋輥、曲軸、活塞銷、萬向節、機軸、葉片、刀具等工業產品的殘余應力。

4. 表面改性處理：測量滲氮、滲碳、碳氮共滲、淬火、硬化處理、噴丸、振動沖擊、擠壓、滾壓、金剛石碾壓、切削、磨削、車（銑）、機械拋光、電拋光等工藝處理后構件中的殘余應力。

5. 民生基礎建設域：

(1)海洋域：測量船舶、海洋、石油、化工、起重、運輸、港口等域設備和設施的殘余應力。

(2)能源域：測量核工業、電力（水水電、熱電核電）、水工程、天然氣工程等域的設備和設施的殘余應力。

(3)基礎建設工程域：測量挖掘、橋梁、汽車、鐵路、航空航天、交通、鋼結構等工程域所用材料、構件及其它相關設備設施的殘余應力。

6. 國防jun工域：測量武·器裝備、重型裝備等產品的殘余應力。

測試原理概述：

全二維面探測器技術

--單角度次入射后，用二維探測器獲得完整德拜環。通過比較沒有應力時的德拜環和有應力狀態下的變形德拜環的差別來計算應力下晶面間距的變化以及對應的應力

--施加應力后，分析單次入射前后德拜環的變化，即可通過殘余應力分析軟件獲得殘余應力數據

應用軟件：

1. 采用全二維面探測器獲取完整德拜環，X射線單角度次入射即可完成應力測量

2. 全自動軟件測量殘余應力并可顯示出半峰寬數值

3. 內在定位標記和CCD相機方便樣品定位，操作其簡單快捷

4. 快捷進入預設各種材料測量條件，鍵執行測量

設備選件

1. 殘留奧氏體分析

用于提供自動計算剩余奧氏體含量的軟件分析功能

2. XY掃描控制臺

用于在平面內X方向和Y方向準確調節探測器位置，并對樣品表面進行殘余應力區域測試，X、Y方向的行程為20cm

3. 電解拋光裝置

用電化學腐蝕的方法對金屬表面做剝層處理

4. 振蕩單元裝置

用于粗晶樣品殘余應力測試

5.多種靶材可供選擇

用戶可以自己更換X射線靶材以滿足更廣的測試材料需求，可換靶材包括：Cr，V，Cu，Co，Mn

應用案例

   殘余應力直接影響金屬制品的疲勞強度、抗應力、腐蝕能力、尺寸穩定性和使用壽命，因此在工業和軍事等部門受到普遍重視。基于全二維探測器分析方法的新代殘余應力分析儀不僅精度更高，而且不再需要測角儀、不再需要多個入射角才能完成測量、不再需要冷水機，因此將很大改善了復雜形狀部件檢測、狹窄空間檢測、野外工程現場檢測、大面積部件檢測等測量的難度，具有更廣泛的應用。在實驗室內，基于全二維探測器分析方法的便攜式X射線殘余應力分析儀可以用來檢測焊接處疲勞，齒輪，圓棒，角焊縫，機軸狹窄區，彈簧等；在戶外工程中，它可以用來檢測管道焊縫，油罐焊縫，除掉外層水泥的建筑內層，橋梁金屬，高速鐵軌等。

■    實驗室內輕松勝任各種部件檢測 — —快速、高精度、復雜形狀全面分析  

■   戶外工程現場原位殘余應力應力檢測— —變得如此簡單

• 
  

• 可裝便攜箱，整機重約8.8公斤，單手可攜帶

  設備體積小巧，可現場檢測龐大物體

• 無需測角儀，個入射角完成全部測量，現場測量不再受空間限制

• 電池即可支持工作

（a）橋梁檢測 （b）輥軸檢測 （c）油罐焊縫檢測

■ 噴丸域應用

近日，Yuji Kobayashi博士在噴丸工藝制備的應力標樣基礎上，比較了sin2Ψ和cosα兩種殘余應力分析方法下所測得的殘余應力測試數據，進步驗證了基于全二維面探技術的cosα殘余應力分析方法測試結果的可靠性，相關結果已發表在雜志《The Shot Peener》上，詳見：Summer 2019，Volume 33, Issue 3 | ISSN 1069-2010。文章中所采用的基于全二維面探技術的殘余應力測試設備為日本Pulstec公司制造的型號為μ-X360s的新代便攜式X射線殘余應力分析儀。該設備將全二維面探測器技術的產品設計和功能再次完善升。相比于傳統X射線殘余應力測定儀，該設備具有更快速的測量時間（二維探測器次性采集獲取完整德拜環，單角度次入射即可完成測量，全過程平均約60秒），更準確的測試結果（次測量可獲得500個數據點進行殘余應力數據擬合，結果更準確），更便的測試條件（測量精度高，無需冷卻水），以及更強大的測試功能（具備區域應力自動測量功能，晶粒大小、材料織構、殘余奧氏體分析等功能），深受機械加工、民生基礎建設、國防jun工等域廣大同行的青睞。

案例導圖：

基于全二維面探測器技術獲得的德拜環衍射圖像

Yuji Kobayashi博士用到的應力標樣

   以上圖片來源：《The Shot Peener》Summer 2019，Volume 33, Issue 3 | ISSN 1069-2010

■ 三維應力分析及用

   目前已經有越來越多的同行家和學者開始對μ-X360系列以及該設備所采用的的方法感興趣。尤其，基于cosα方法的殘余應力分析儀設備因為移動方便，使得對滾動接觸疲勞進行原位評估成為可能。Takumi Fujita等人的工作表明[1]：基于德拜環的應力分析儀跟傳統的X射線衍射應力分析儀相比，可快速獲得疲勞、斷裂準則、裂紋萌生以及滾動接觸次表面安定限等信息；而且，該系統不僅可以用來研究滾動接觸疲勞機理還可對滾動接觸疲勞的演變程度進行定量評估。Takumi Fujita等人發表的文章中，關于三維應力測量及德拜環測量所采用的設備就是日本Pulstec公司制造的型號為μ-X360的X射線殘余應力分析儀設備。

參考文獻

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

測試數據

■  無應力鐵粉的殘余應力測試結果

■  鈦合金（ TC4 ）殘余應力測試結果：內孔位置原位測量

發表文章

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

用戶單位：

清華大學

上海交通大學

天津大學

山東大學

東北大學

北京科技大學

北京交通大學

西南交通大學

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