Page 61 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

吕克茂，等：X射线应力测量的误差与不确定度

围内的晶粒数目不够多，则所选衍射晶面的法线在
空间内不均匀连续分布。某铝合金焊缝的X射线衍
射图像如图5所示。使用二维探测器可以直观地看
到只有一些衍射斑点，不能形成连续德拜环，在此
情况下衍射峰会出现畸形[见图5（b）]，衍射峰位无
规则地向左或向右偏移，因而应力测定的不确定度
很大。

2
ψ
θ
图 6 织构程度较轻铝合金的 2θ-sin ψ 曲线

图 5 某铝合金焊缝的 X 射线衍射图像

对于粗晶材料，采用摆动法和合理增大X射线
的照射面积，可以提升应力测量结果的可信度。黄
[2]
丹蓝等 采用直径为2 mm的准直管对GH605粗晶
钴基高温合金试样进行X射线应力测试，按照常规
的测试方法，测试结果为（－52.4±183） MPa，2θ- 图 7 织构程度较强铝合金的 2θ-sin ψ 曲线
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sin ψ 曲线上的点呈跳跃分布，不确定度很大，最后
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3.1.3 晶体结构的影响
采用直径为4 mm的准直管， 选择ψ 摆动法，摆动1周，
摆角为±5°， 从而增大了参加衍射的晶粒数，测试结 针对钛合金的残余应力研究越来越多。通常使
果为（－31.4±18） MPa，显著降低了不确定度。 用CuKα辐射α Ti（213）晶面 142°衍射峰对钛合金
在对测试区域要求较宽的情况下，可以增加平 进行应力测定，但因得到的衍射峰较弱，往往会导致
面摆动法；如果对应力方向没有严格要求，还可以采 应力测定不确定度较大。α Ti晶体属于密排六方结
用φ 角（在试样表面上，以测试点为顶点，测定应力 构。依据X射线衍射运动学理论，单位弧长德拜环
方向与指定的x坐标轴之间的夹角）摆动法。在这 上积分强度与波长、单位体积内的晶胞数、洛伦兹
种情况下，应该明确应力测定属近似处理，其测定结 偏振因子等因素有关，且常用钛合金材料中α相的
果只具有一定的参考价值。 含量未必很高，由此分析可以解释α Ti的衍射强度
3.1.2 织构的影响 较低。
织构材料的2θ-sin ψ 曲线会出现振荡。通常认 3.2 随机效应引起的不确定度
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为，晶粒的交互作用非常复杂。对于晶粒细小、无织 定峰精度与衍射峰的峰型密切相关。衍射峰半
构的材料，复杂的交互作用密集混杂在一起，会失去 高宽越大，衍射强度越低，峰背比越小，则衍射曲线
方向性；对于织构材料，这种混杂交互作用就会表现 的随机波动越显著，定峰不确定度越大。除材料自
出明显的方向性，产生宏观弹性各向异性，因此导致 身原因外，X射线照射点太小、 发射X射线强度太低、
2θ-sin ψ 曲线出现非线性，即所谓的振荡。 探测器计数时间过于短暂等原因也可能导致衍射强
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织构程度较轻材料的2θ-sin ψ 曲振荡幅度较小 度过低、衍射峰随机波动过大。
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（见图6）。采用摆动法在一定程度上可以减小振荡 在测试要求允许的情况下，尽量采用较大光斑，
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幅度。织构程度较强材料的2θ-sin ψ 曲线振荡十分 如果照射点面积不允许扩大，可以采用摆动法，以及
显著，测量不确定度很大，测量结果失去了参考价值 适当提高管压管流、延长探测器计数时间等措施，均
（见图7）。 可有效减小随机效应带来的不确定度。
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