Page 97 - 理化检验-物理分册2025年第五期
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刘元元，等：用于发动机叶片检测的X射线应力测定仪研制
台固定在一个光学平台上。四轴检测平台可实现 与衍射面调整到同一水平位置。同倾装置还安装有
x轴移动、 y轴移动、 z轴移动和Phi轴转动。待测试 光闸总成、光缆管总成、激光定位总成等，其参数如
样位于四轴检测平台的上面，检测时将试样检测面 表2所示。
表2 同倾装置参数
x轴行程/mm y轴行程/mm z轴行程/mm Ψ 角/（°） Ψ 角摆动范围/（°） 2θ 角/（°） 最大零件尺寸/mm
80 80 80 -25~50 （侧倾法0~70） 0~8 45~170 500
1.4 系统控制部分 2 应力测定试验方法
系统控制部分包括发生器总成、电缆总成、电 2.1 检测仪器及原理
源单元总成、水冷总成、控制单元总成、电源盒总
用研制的X射线应力测定仪对镍基单晶发动机
成等。
叶片试样进行应力测试，在测试前，先对一个标样进
1.5 软件控制部分
行测试，连续5次测试的应力标准差为－5~5 MPa。
应力测量及分析软件采用直线和椭圆两种方式
同倾检测方式现场如图6所示。
进行拟合，不假定剪切应力为零的完整应力方程和
椭圆拟合方法，在测量正应力的同时可测量剪切应
力。峰型拟合函数包括高斯、洛伦兹、皮尔森峰型拟
合等。检测结果除了正应力和剪切应力，还可显示
峰强、积分宽度和半高宽等重要信息，还可进行极图
绘制、镍基单晶应力计算。
1.6 X射线应力测定仪的特点
该仪器具有高精度的衍射角测试装置，2θ 角
分辨率达到 0.000 1°，2θ 衍射角的重复精度小于 图 6 同倾检测方式现场
0.003°，可获取最准确的2θ 角；同倾法和侧倾法通 同倾检测方式的检测原理为：首先通过2θ 扫描
用，同一台设备既可进行同倾法测试，又可进行侧 得到衍射谱图原始数据，确定需测试晶面对应的实
倾法测试，通过两种试验数据对比来确定测试的准 际2θ，粗扫画出极图，根据极图成像位置确定α 和β，
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确性 。
通过Psi和Phi 扫描功能准确扫描α 和β，扫出至少
只要任意设定试样的测量点数，该探测器就可 6个点，将得到的α 和β 与极图数据逐一比对，排除
按自动顺序完成残余应力测试，绘制应力分布图；当
不匹配的点，将准确的α 和β 输入到程序中，得到2θ
高分辨率SDD（硅漂移探测器）和靶材固定时，可 对应的峰值，最后将多组2θ 代入计算公式中，得到
实现多种材料及零部件的残余应力测试。仪器配
该晶面的应力张量。
置Si漂移线阵探测器，可快速(1 min内测 1 点)完 2.2 检测过程及结果
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成残余应力测试；探测器线性计数率大于10 , 不
在检测前，首先将被测镍基单晶发动机叶片放
会产生计数饱和现象；2θ 角为 45°~170°,可实现 置在四轴检测平台上，利用激光定位总成调整四轴
奥氏体含量的精确测量； Ψ 角为－8°~8°,可实现
检测平台的升降，使被测镍基单晶发动机叶片的被
对粗晶材料应力的准确测试； α 角(侧倾法测量时 测点与衍射面处于同一水平面。将软件中的测定参
ψ 角)转动范围大，可实现侧倾法应力测试和极图
数设置好后，开启X射线管和光闸，接着开始应力检
测试。
测。软件控制部分将进行自动扫描和分析，系统可
激光测位移传感器可实现试样的全自动定位，
进行同倾扫描，也可进行侧倾扫描。镍基331面极图
重复精度小于 3 μm；4 维试样台可实现手动和自
如图7所示，精扫得到的准确数据如表3所示。
动控制，人工定位更轻松，适合大工件的应力测
量，有 360°精密转台，可实现极图测量；其最卓越 3 结论
的性能是可实现对镍基单晶发动机叶片各晶面进 针对应力检测技术的现状，自主研制了一款
行应力张量测试；仪器连续 5 次测量的应力标准差 X射线应力测定仪，并用该测定仪对镍基单晶发动
为－5~5 MPa。 机叶片进行检测，测出其应力。该款测定仪已经广
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