SL 547-2011 水工金属结构残余应力测试方法--X射线衍射法

ICS91．080．10 P26 SL 中华人民共和国水利行业 SL547—2011 水工金属结构残余应力测试方法 x蔓J,l线衍射法 Residualstressanalysisforhydraulicsteel structurebyX-raydiffractionmethod 2011—07—12发布 2011-10—12实施 中华人民共和国水利部发布 中华人民共和国水利部关于批准发布水利行业标准的公告2011年第36号中华人民共和国水利部批准《水工金属结构残余应力测试方法——x射线衍射法》(SL5472011)标准为水利行业标准，现予以公布。序号标准名称标准编号替代标准号发布日期实施日期水工金属结构残余应力测试方法一一x射线lSL547—20112011．7．122011．1012衍射法二。一一年七月十二日工 目次前言··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“1范围⋯⋯··⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2术语及符号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯3测试方法与数据处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·····3．1测试方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯···⋯⋯·32衍射曲线的获得及衍射峰位的确定⋯⋯⋯···⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯3．3应力值计算⋯⋯。⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯3．4应力测试误差⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯··⋯⋯⋯··4测试程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯·····⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·4．1测点面要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··4．2测试装置要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··4．3试样设置-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯-·4．4测试条件选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·4．5测试报告⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··4．6X射线防护·⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯··附录A(资料性附录)定峰方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··附录B(资料性附录)铁素体和奥氏体钢系的常用辐射、衍射晶面和应力常数SL547—2011ⅢVl122233444444567 SL547—2011前言本标准按照《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》(GB／T1．12009)的要求进行编写。本标准批准部门：中华人民共和国水利部。本标准主持机构：水利部综合事业局。本标准解释单位：水利部综合事业局。本标准主编单位：水利部水工金属结构质量检验测试中心。本标准出版发行单位：中国水利水电出版社。本标准主要起草人：靳红泽、韩志刚，高志萌、李东风、王翠萍。本标准审查会议技术负责人：何文垣、吕克茂。本标准体例格式审查人：徐海峰。Ⅳ 水工金属结构残余应力测试方法--X射线衍射法1范围木翱、准土要规定rx射线衍射法测试残余血力的范围、术语、测试方法和测试程序等。本标准适用丁水利水ln丁程用钢“i9门、压力钢管(含钢黏管)、启闭机等铁索体钢系和奥氏怀钢系材料制作的结构与醍备(包括其中的焊接接头)金属表面残余应力的x射线衍射}上删泼．其他结构技机电没佰；l『参照使用。2术语殛符号2．tx射线衍射残糸应力测试法r髂idual5tr蜉$⋯舢n‘byXraydiffraction根据x射线衍射测出的品师问距的变化来计算材料应力的方法。尤T作应力时，测试的结果是剌料丧【目的残余应山；有工作』、t力时．测试的结粜则是戒日I残余应／』和工作成力的叠加。22衍射嶂diffractionpeak存满芷巾拉格定律的角度l搽测仪器接收到的衍身『强度极大值，形象地称做衍射峰。2．3衍射晶面diffractioncrystallographicplane满足布扎格定律产十衍射峰的品嘶。24测定方向平面directionplaneforstress⋯洲㈣t测定应力的方向和测i式部位表面法线所组成的平mI。25衍射晶面方位角0anglebetweennnrmallineoftestpieceandnormallineofcrystallographicplane衍射品面法线与试样表面法线的央角，见嘲1。口抻亍射晶目方位角，d晶自闸距2卜新射角，^一^射街目1x”‰符i”{女m＆n何*§&特B SL54720112．6扫描平面【20平面)scanningplane入射x射线与被探测器所接收的衍射线所组成的平面。2．7同倾法isoincliningmethod测定方向平面和扫描平面相重合的测试方法。2．8同倾固定幽法iso—incliningmethodwithfixed咖在同倾法中探测器扫描时，入射角咖(入射X射线与测试部位表面法线的夹角，见图1)保持不变的测试方法。2．9同倾固定也摆动法iso—incliningmethodwithdetectorsynchronizingoscillatewithX—raywithfixed也在同倾法的条件下，在每个设定的幽角，于探测器扫描的每一步，x射线管和探测器在扫描平面内同步回摆一定的角度±△p，并在回摆过程中计数的测试方法。摆动幅度△p一般小于6。。2．10同倾固定p法iso—incliningmethodwithfixed≯在同倾法中X射线管和探测器作卜2口运动保证≯角(测试部位表面法线和衍射晶面法线的夹角)保持不变的测试方法。2．11侧倾法sideincliningmethod测定方向平面和扫描平面相互垂直，衍射晶面法线位于测定方向平面内的测试方法。2．12侧倾固定p法sideincliningmethodwithfixedp在侧倾法中，x射线管和探测器作同步相向扫描(即日一口扫描)，使衍射晶面法线保持不动，并且在改变p角时保证衍射晶面法线始终位于测定方向平面之内的测试方法。2．13侧倾固定曲加摆动法sideincliningmethodwithdetectorsynchronizingoscillatewithXraywithfixed≯侧倾固定≯法中，在每个设定≯角，在口一日扫描的每一步作口±△p回摆联动，在回摆运动中接收衍射x射线的测试方法。摆动幅度△p一般小于6。。3测试方法与数据处理3．1测试方法测试方法按照不同的分类方法有同倾法、侧倾法、固定幽法、固定≯法、摆动法等，在不同的测试仪器上这些方法还可以做出各种组合，例如同倾固定幽法、同倾固定p法、同倾固定咖加摆动法、侧倾固定p法、侧倾固定p加摆动法等。应根据待测工件的材质和状态、所用辐射和衍射角、待测部位的空间条件合理选择测试方法。3．2衍射曲线的获得及衍射峰位的确定3．2．1应根据所用设备的特性，选择适当的辐射条件和探测器扫描方式获得原始衍射曲线。3．2．2应对扫描测得的原始衍射曲线进行背底校正，在同倾法情况下还应进行强度因子校正。2 SL547201l3．2．3确定衍射线峰位置(定峰方法)可采用半高宽法、抛物线法、重心法以及交相关法，具体处理方法参见附录A。3．3应力值计算3．3．1得到对应于若干p．角的衍射峰位2口。之后，采用最小二乘法将这些20,-sin2也数据点拟合成直线，直线斜率M由公式(1)计算：∑20，∑sin2≯：M一￡L—壬二L——(∑sin2以)2式中：0，——被测材料的x射线衍射角；∞：被测试样表面法线和衍射晶面法线的夹角。3．3．2应力常数K按公式(2)计算：K一志cot吼蠢式中：E——被测材料相关晶面弹性模量；口——被测材料相关晶面泊松比；巩——被测材料无应力状态下材料的x射线衍射角的1／2。应力测定值按公式(3)计算：口x—KM⋯·⋯式中：口x一一X方向的应力，MPa；K——应力常数，MPa／(。)。3．3．3铁素体钢系和奥氏体钢系的常用辐射、衍射晶面和应力常数等见附录B。3．4应力测试误差(2)(3)对于晶粒细小、无织构的多晶体材料，由各种随机因素造成的应力测试误差可由公式(4)计算：△口；=KAM⋯---···················⋯·---···················(4)式中：△广应力测试误差，MPa；K——应力常数，MPa／(。)；△M——2日，sin2&,拟合直线线斜率误差。AM按公式(5)计算。其中△M—t(a．n一2)Xl—sin‘以弘一20：∑[弘一(A+Mx：)]2(n一2)只(z，一j)z(5)3 SL547—2011辞去蚤zj2i1墨弘A—j一腼式中：t(a，”一2)对应自由度(n一2)，可信度(￡一n)的t分布值；n——∞角的个数。注：观察获得的对应于各个血角的衍射峰．如果峰形异常，或者各个衍射峰最大强度相差30％以上，而得到的AM显著超出正常的测试误差范围，可以判定AM是由材料晶粒粗大或存在织构目I起的，而不是正常的偶然误差。4测试程序4．1测点表面要求4．1．1测试对象表面应无污垢、油膜，厚氧化层、磕碰划伤和因砂纸打磨产生的附加应力层等，表面粗糙度Ra应小于10／-m。4．1．2当被测表面不满足4．1．1要求时，应对表面进行清理和电解抛光或化学抛光处理。4．2测试装置要求4．2．1测试装置应满足下列要求：a)对于固定的零应力粉末试样，重复测试不少于5次，其衍射角测量值波动在±0．015。范围内。b)当测试装置进行廿角和2口方向转动时，测点处x射线光斑中心偏移量应小于0．5mm。c)对无织构、晶粒细小、具有敏锐衍射峰(半高宽小于3。)的已知应力试样，用该测试装置测试的应力误差不超过±14MPa。4．3试样设置4．3．1准确设置试样，使待测点与测角仪的回转中心重合。4．3．2在固定幽法的情况下，待测点表面法线与测角仪的如一o。方向相重合；在固定p法的情况下，使该点表面法线与测角仪的幽一o。或p—o。方向相重合(视所用仪器的结构而定)，以保证≯角的准确度。4．3．3通常要求设置4个及以上幽或≯角。采用固定咖法时，咖角一般设置为0。、15。、30。、45。；采用固定≯法时，p角一般设置为0。、25。、35。、45。。也可根据实际情况调整上述设置。在确认被测材料晶粒细小、无织构的前提下，可设置两个咖或≯角，一般设置为o。和45。。4．4测试条件选择4．4．120扫描范围的设定原则是使在各个p角所得到的衍射曲线都呈现完整的衍射峰。4．4．2扫描步距、计数时间的选择原则是使获得的衍射峰随机波动较小，相对比较平滑，并有较高的峰背比。缩小扫描步距、延长计数时间有利于提高测量精度。4．4．3X射线管电压应是其靶材激发电压的3～5倍。4．4．4X射线管电流越大，则发射的x射线强度越高。在所用仪器允许的范围内，在尽量降低辐射和能耗的原则下，与计数时间、扫描步距配合调节管电流，使得衍射曲线随机波动较小，达到足够的测量精度。4 SL54720ll4．5测试报告测试报告应包括试样名称、试样状态、应力方向、测试方法、所用x射线、衍射晶面、应力常数、测试条件、定峰方法、应力值、误差，并应给出衍射角、衍射强度和半高宽等数据。4．6X射线防护采用x射线衍射法测试残余应力时，应采取必要的防护措施，如屏蔽防护、距离防护和时间防护等，确保操作人员和周围工作人员的人身安全。5 附录A(资料性附录)定峰方法A．1采用半高宽法时应以扣除背底的衍射峰最大强度1／2处峰宽中点所对应的角度2口作为峰位。A．2采用抛物线法时把衍射峰顶部(峰值强度80％以上部分)的点，用最小二乘法拟合成一条抛物线，以抛物线的顶点所对应的角度2口作为峰位。A．3采用交相关法时，可得到两个≯角的衍射峰位之差。对于两个属于不同p角的衍射曲线f，(2口)和f2(20)，构造一个交相关函数：F(320)一∑fl(20)fz(20+320)(A．1)i=l式中：82口——扫描步距角。在一定范围内连续改变820得到F(820)曲线，然后对F(820)求极值，得到／，(2口)和，2(2口)的峰位差A20。6 附录B(资料性附录)铁素体和奥氏体钢系的常用辐射、衍射昌面和应力常数衰k1铁素体和奥氏体钢系的常用辐射、衍射量面和应力常数裹SL547—2011X射线波长x射线弹性晶格常数口o衍射角岛应力常数K钢系名称辐射衍射晶面常数E泊松比口(nm)(nm)(。)[MPa／(。)](GPa)铁索体CrKa0．22909(211)227．50．28664156．4318奥氏体CrKBb0．20848(311)192．30．3592148．52—366a在接收光阑处可采用厚度为0．016mm的钒滤波片。b在接收光阑处不加钒滤波。7 中国水利水电出版社水利水电技术标准咨询服务中心简介中国水利水电出版社，一个创新、进取、严谨、团结的文化团队，一家把握时代脉搏、紧跟科技步伐、关注社会热点、不断满足读者需求的出版机构。作为水利部直属的中央部委专业科技出版社，成立于1956年，1993年荣膺首批“全国优秀出版社”的光荣称号。经过多年努力，现已发展成为一家以水利电力专业为基础、兼顾其它学科和门类，以纸质刊为主、兼顾电子音像和网络出版的综合性出版单位，迄今已经出版近三万种、数亿余册(套、盘)各类出版物。水利水电技术标准咨询服务中心(第三水利水电编辑室)主要负责水利水电技术标准及相关出版物的出版、宣贯、推广工作，同时还负责编辑出版水利水电类科技专著、工具书、文集及相关职业教材。感谢读者多年来对水利水电技术标准咨询服务中心的关注和垂爱，中心全体人员真诚欢迎广大水利水电科技工作者对标准出版及推广工作多提意见和建议，我们将秉承“服务水电，传播科技，弘扬文化”的宗旨，为您提供全方位的咨询服务，进一步做好标准出版工作。联系电话主任主任助理策划编辑010—68317913(传真)王德鸿010—68545951电子邮件：wdh@waterpub．COrn．cn陈昊010—68545981电子邮件：hero@waterpub．com．cn林京010—68545948电子邮件：lj@waterpub．com．cn王启010—68545982电子邮件：wqi@waterpub．corn．cn杨露茜010—68545995电子邮件：ylx@waterpub．corn．cn 中华人民共和国水利行业标准水工金属结构残余应力测试方法——x射线衍射法SL547—2011中国水利水电出版社出版发行(北京市海淀区玉渊潭南路l号D座100038)网址：wwwwaterpub．COFII．cnE—mail：sales@waterpubeomen电话：(OLO)68367658(发行部)北京科水图书销售中心(零售)电话；(OLO)88383994、63202643、68545874全国各地新华书店和相关出版物销售网点经售北京瑞斯通印务发展有限公司印刷2lOmm×297mm16开本o．75印张23干字2011年12月第1版2011年12月第1次印刷印数OOOl2000册书号155084·918定价17．．oo元凡购买我社规程，如有缺页、倒页、脱页的，本社发行部负责调换其他问，请与本社水利水电技术标准咨询服务中。联系电话(传真)：(010)68317913E—mail：jwh@waterpub．com．cn版权所有·侵权必究