[发明专利]一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置及方法

权利要求书

1.一种短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，包括X射线源及其入射准直器、测角仪、探测器支架、试样架、至少两个探测器及其接收准直器；

所述各探测器及其相应的接收准直器均与探测器支架固定连接，各个探测器与接收准直器一一对应，由测角仪驱动各探测器及其相应的接收准直器转动；所述各探测器的接收口指向对应的所述接收准直器的出射口，所述各接收准直器的接收口全部指向衍射仪圆圆心，所述试样架用于将样品待测部位移动至所述装置的衍射仪圆圆心；

所述X射线源辐射的X射线经入射准直器准直后，形成一束X射线，向所述衍射仪圆圆心辐射，所述探测器接收口中心与所述X射线源出射口中心位于同一平面；

多个探测器与样品之间具有不同的夹角，使各个探测器对应测得样品中不同衍射晶面的衍射谱；

根据测得的多个衍射晶面的应力，计算算术平均值作为样品的被测部位应力值；或根据测得的多个衍射晶面的应力，基于相对衍射强度比，根据应力及对应的衍射强度比计算多个晶面的加权平均值作为样品的被测部位应力值；

所述试样架固定于所述测角仪的一个旋转轴上；

所述测角仪与所述探测器支架固定连接，所述探测器支架固定于所述测角仪的另一个旋转轴上，所述测角仪用于带动所述探测器支架转动，以带动所述各探测器及其接收准直器绕衍射仪圆圆心转动。

2.根据权利要求1所述的短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，包括三个所述探测器和三个相应的接收准直器。

3.根据权利要求1所述的短波长特征X射线内部应力无损测试装置，其特征在于，所述X射线源包括入射准直器，所述入射准直器的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值；所述接收准直器的通光宽度的取值范围为10μm至200μm，包括端点值；所述入射准直器的通光截面和所述接收准直器的通光截面均为矩形，所述通光截面的高度均为0.1mm至10mm，包括端点值。

4.一种短波长特征X射线内部应力无损测试方法，其特征在于，包括：

X射线源、至少两个探测器及其相应的接收准直器分别位于样品的两侧；

将样品固定于试样架，移动试样架，使所述样品的待测部位于衍射仪圆圆心，开启X射线源照射样品；

将所述样品转动至预设Ψ_hkl角度，以形成对应多个不同衍射晶面的多个Ψ_hkl角；所述Ψ_hkl角为样品表面法线与探测器对应的衍射晶面法线之间夹角；

转动测角仪带动至少两个探测器绕所述衍射仪圆圆心转动，以使至少两个所述探测器通过相应的所述接收准直器接收对应所述衍射晶面的衍射X射线，测量对应所述衍射晶面的衍射谱，通过定峰确定衍射角2θ_hkl；

在测量所述衍射角2θ_hkl之后，判断任一所述衍射晶面对应的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角；若否，则将所述预设Ψ_hkl角度更新为下一预设Ψ_hkl角度，并执行将所述样品转动至预设Ψ_hkl角度，至判断任一所述衍射晶面对应的Ψ_hkl角是否为最终的Ψ_hkl角的步骤；

根据测得的衍射角2θ_hkl和对应的Ψ_hkl角计算所述样品的应力；

多个探测器与样品之间具有不同的夹角，使各个探测器对应测得样品中不同衍射晶面的衍射谱；

还包括：

根据测得的多个衍射晶面的应力，计算算术平均值作为样品的被测部位应力值；或，根据测得的多个衍射晶面的应力，并基于相对衍射强度比，计算加权平均值作为样品的被测部位应力值；

所述根据测得的衍射角2θ_hkl和对应的Ψ_hkl角计算所述样品的应力包括：

根据所述衍射角2θ_hkl和对应的所述Ψ_hkl角，分别拟合多个衍射晶面的2θ_hkl-sin²Ψ_hkl值，得到多个晶面的衍射角2θ_hkl对sin²Ψ_hkl的变化斜率M_hkl，根据应力计算模型计算得到晶面的应力；所述应力计算模型为：

σ_hld＝K_hld·M_hld

所述K_hkl为晶面应力常数，M_hkl为晶面2θ_hkl-sin²Ψ_hkl的斜率，2θ_hkl为所述晶面衍射角，E_hkl为晶面弹性模量，υ_hkl为晶面泊松比，Ψ_hkl为晶面的Ψ角。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述开启X射线源照射样品之前，所述方法还包括：

调整所述探测器与所述样品法线之间的角度，以使所述探测器位于所述样品衍射晶面理论衍射角度。