Page 60 - 理化检验-化学分册2017第八期

王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ６ 讲 X 射线分析技术

X 射线波长λ 的整数倍, 否则它们将相互干涉抵消 S / λ , 所以 O P≠ ( S－S ０ λ , 则倒易点 P 所代表
)/
∗
而不发生衍射, 即 的晶面不能产生衍射.因为任何倒易点 P hkl 只要和
QA′Q′－PAP′＝ SA′＋A′T ＝ nλ ( １４ ) 这个圆面相遇时就表示相应的晶面( hkl ) 产生衍射
式中: n 为干涉基数, 必为整数, 即n＝０ , ±１ , ±２ . ( 或“ 反射”).图 １０ 被称为埃瓦尔德平面几何图解.
因为 用同样的方法, 以 S 为原点, 以 １ / λ 为半径做一球
SA′＝A′T ＝ dsinθ ( １５ ) 面, 在三维空间里, X 射线衍射同样遵循这个规律,
将式( １５ ) 代入式( １４ ) 得 任一倒易点只要落在球面上, 该倒易点对应的正空
２dsinθ＝ nλ ( １６ ) 间晶面就满足衍射条件, 可产生衍射, 衍射方向就是
式中: θ 为入射线或反射线与晶面间的夹角, 也称掠 原点 S 与此倒易点的连线方向.这个球就称为埃
射角或布 拉 格 角; 入 射 线 与 衍 射 线 之 间 的 夹 角 为 瓦尔德球, 也称发射球, 以这种方式解决衍射方向的
２θ , 称为衍射角; n 为整数, 称为干涉基数; d 为晶体 方法称为埃瓦尔德图解法.
晶面间距; λ 为入射 X 射线波长.
４ X 射线分析技术在失效分析中的应用
由于布拉格方程十分简洁地表明了晶面 间距
d 、 入射 X 射线波长λ 和布拉格角 θ 之间的关系, 所 ４．１ X 射线探伤
以其已被广泛地应用于 X 射线衍射分析技术中. 利用 X 射线具有较强的穿透能力, 并可使照相
３．３ 埃瓦尔德球 胶片感光和不同形态物质对 X 射线的吸收不同的原
利用倒易点阵的概念也可以导出倒易空间中表 理可进行 X 射线探伤( XＧra y Ins p ection ). X 射线探
示衍射条件的矢量方程式 伤是现代工业生产中质量检测、 质量控制、 质量保证
的重要手段, 一般用于金属或非金属等材料制成的零
S －S ０ ( １７ )
＝Hhkl
λ 部件、 铸造及焊接部件的无损检测, 以确定其内部缺
式中: S ０ 和S 分别为入射方向和衍射方向的单位矢 陷, 如夹渣、 裂纹、 气孔、 未焊透、 未熔合等.在机械装
量; λ 为入射 X 射线波长; Hhkl 为一倒易矢量. 备的失效分析中, 特别是确定不良品的缺陷性质时,
式( １７ ) 也可以用几何形式来表达, 见图１０ , 设λ 可采用 X 射线探伤进行缺陷定位和辅助定性.
为入射 X 射线波长, 以 １ / λ 为半径做一圆, 圆心为 ４．１．１ X 射线照相法
S , 使 SO ＝S ０ λ , SP＝S / λ , O 为倒易点阵的原 GB / T６４１７．１－２００５ 中规定, 在焊接接头中因
/
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∗
点, 则有 焊接产生的金属不连续、 不致密或连续不良的现象
(
)/
O P ＝ SP －SO ∗ ＝ S －S ０ λ ( １８ ) 简称“ 缺欠”, 超过规定值的缺欠成为焊接缺陷.缺
∗
O P ＝H ( １９ ) 陷区域与基体之间的密度差异( 或成分差异) 会导致
∗
被检工件与其内部缺陷介质对 X 射线的能量衰减
程度产生差异, 导致射线透过工件后的强度不同, 对
胶片的感光不一致, 于是在胶片上形成黑度不同的
影像, 使缺陷在射线底片上显示出来, 这就是 X 射
线探伤的基本原理.如图 １１ 所示, 把胶片放在工件

图 １０ 埃瓦尔徳图解的几何关系
Fi g 敭１０ GeometricrelationofEwald s g ra p h
由图 １０ 的几何关系可以看出, 产生衍射的几何
条件时倒易点 P hkl 对应于正点阵中晶面( hkl )] 必
[
须在圆上, 才能满足关系式 SP＝S / λ , 从而也一定
满足矢量方程式
(
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∗
O P ＝ S －S ０ λ＝H ( ２０ ) 图 １１ X 射线照相原理示意图
Fi g 敭１１ Schematicdia g ramofthe p rinci p leofXＧra yp hoto g ra p h y
反 之, 若 倒 易 点 P 在 圆 外 或 圆 内, 因 SP ≠
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