便携式射线衍射分析仪

2019年4月19日，神华国华(北京)电力研究院顺利完成由Quantum Design中国（以下简称QDC）提供的μ-X360s残余应力分析仪的安装验收，QDC工程师紧接着对用户进行了相关知识和设备操作的全面培训。这是继华北电力科学研究院和南方电网贵州电力科学研究院之后，QDC交付验收的中国电力行业的三套μ-X360s便携式全二维面探X射线残余应力分析仪。 图1：QDC工程师对μ-X360s便携式全二维面探X射线残余应力分析仪进行安装调试 残余应力往往在金属构件的冷、热加工过程中形成，对构件的屈服限、疲劳寿命、构件变形及金属脆性破坏有很大的影响。残余应力会影响到机械构件和工程的质量、使用寿命及其安全保障，尤其近几年人们对高铁、航空航天、船舶海洋、石油化工、民用基础设备设施、国防等部门的安全和防护愈加关注，准确测定残余应力越来越受到科研单位和公司企业的高度重视，比如：航空领域的涂层残余应力检测，基础建设领域的钢结构残余应力检测，冶金领域的铸造、切割和轧制残余应力检测，机械加工领域的钢轨残余应力检测，等等。 图2：μ-X360s便携式全二维面探X射线残余应力分析仪X射线衍射残余应力测试方法为无损检测残余应力方法，且理论成熟、完善，因而成为当前应用范围较为广泛的测量结构表面残余应力的方法。蒙国内专家和学者的认可，该技术方法近被列入由“中国质检出版社”和“中国标准出版社”新联合出版的《材料质量检测与分析技术》专业书籍中。 相应的X射线衍射测残余应力设备也成为被较为广泛使用的设备。μ-X360s便携式全二维面探X射线残余应力分析仪可以在实验室内或户外现场对不同样品、构件实现快速、的残余应力测试，得到残余应力结果、半峰宽结果，定性分析晶粒大小、织构、取向信息，同时还以用来测试残余奥氏体含量（选配功能）。

导读：X射线衍射法是根据材料或制品晶面间距的变化测定应力的，是至今研究较为广泛、深入和成熟的残余应力分析和检测方法，也是表面/次表面残余应力测定技术中为数不多的无损检测法之一，在科学研究和工业生产的各领域具有广泛应用。2012年日本Pulstec公司开发出基于全二维探测器技术的新一代X射线残余应力分析仪——Pulstec μ-X360系列，将利用X射线研究残余应力的测量速度和精度推到了一个全新的高度。由于其技术先进、测试数据可重复性高、使用便携等优势，一经推出便备受业界青睐！残余应力往往在金属构件的冷、热加工过程中形成，对构件的屈服极限、疲劳寿命、变形及金属脆性破坏有很大的影响。残余应力会影响到机械构件和工程的质量、使用寿命及其安全保障，尤其近几年人们对高铁、航空航天、船舶海洋、石油化工、民用基础设备设施、国防等部门的安全和防护愈加关注，准确测定残余应力越来越受到科研单位和公司企业的高度重视，比如：航空领域的涂层残余应力检测，基础建设领域的钢结构残余应力检测，冶金领域的铸造、切割和轧制残余应力检测，机械加工领域的钢轨残余应力检测等等。在电力相关行业，残余应力的准确测量及消除（或引入）也越来越受到重视，例如电站压力容器的失效分析、高电压大容量变压器绕阻的绕制残余应力、输电线路钢管塔焊接残余应力以及电力铁塔螺栓的残余应力等。近日，QuantumDesign中国公司在国家电网有限公司某重点实验室完成了μ-X360s残余应力分析仪的安装验收，并对用户进行了相关知识和设备操作的全面培训。至此，Pulstec μ-X360s残余应力分析仪已实现了在国家能源集团、华能集团两大发电集团以及国家电网、南方电网两大电网公司的全面落地！此台设备于2022年年底运抵国内，为保证用户的科研使用需求，QuantumDesign中国公司调集技术力量，与用户紧密合作，于春节前顺利完成了设备的安装培训工作，所有技术指标均符合要求，设备正式交付使用。相较于传统的X射线残余应力测定仪，新一代μ-X360s具有以下优点：更快速：二维探测器一次性采集获取完整德拜环，单角度一次入射即可完成残余应力测量。更精确：X射线单次曝光可获得500个衍射点进行残余应力数据拟合，结果更精确。更轻松：无需测角仪，单角度一次入射即可，复杂形状和狭窄空间的测量不再困难。更方便：无需任何液体冷却装置，支持便携电池供电。更强大：支持扩展区域应力分布自动测量功能，具备晶粒尺寸均匀性、材料织构、残余奥氏体含量分析等功能。Pulstec与德国Sentenso（Sentenso GmbH）公司合作，于近期推出了工业机器人搭载残余应力分析仪的全新解决方案，实现了X射线残余应力分析仪的自主运动、自主检测、自动绘制应力分布云图以及三维振荡等功能。该系统可采用Kuka公司（Kuka AG）或UR公司（Universal Robots）的工业机器人，通过专用夹具将Pulstec μ-X360s的探头部分搭载于工业机器人手臂上，得益于Pulstec的小质量探头，工业机器人的有效载荷仅需4kg即可满足测试需求。QuantumDesign中国公司于2015年将Pulstec公司小而轻的便携式X射线残余应力分析仪引进中国，目前已在国内销售安装多台，客户遍布高校、科研院所及各工业领域。相关产品1、小而轻的便携式X射线残余应力分析仪-μ-X360s

X射线衍射法是表面/次表面残余应力测定技术中为数不多的无损检测法之一，是根据材料或制品晶面间距的变化测定应力的，至今仍然是研究较为广泛、深入、成熟的残余应力分析和检测方法之一，被广泛的应用于科学研究和工业生产的各领域。2012年日本Pulstec公司开发出基于全二维探测器技术的新一代X射线残余应力分析仪——μ-X360n，将利用X射线研究残余应力的测量速度和精度推到了一个全新的高度，设备推出不久便得到业界的广泛好评。由于其技术先进、测试数据可重复性高、使用便携等优势，一经推出便备受业界青睐！圆形全二维面探测器一个突出的优势就是X射线单角度一次入射到样品即可得到一个完整的德拜环，一次性获得500个数据点进行高精度数据计算，因而不再需要测角仪，从而摆脱了测角仪对不规则形状样品测试局限，使斜面、弧面、球面等不规则形状样品的残余应力测量成为了可能。除常规样品外，基于全二维面探技术的便携式X射线残余应力分析仪可以测试圆棒、轴承、底盘、螺丝、滚珠丝杠/杆、消声器、连杆、排气管、吊挂构件、角焊区、齿轮齿牙、车轮、管道、油罐、各种压力容器、桥梁等各种工件和构件的残余应力，其中以焊接残余应力检测/焊缝残余应力检测、管道残余应力（尤其钢管残余应力）检测、切削残余应力检测、油罐残余应力检测和齿轮残余应力检测在工业和科研中应用为广泛。2018年，日本Pulstec公司成功克服技术难点，发布了新的产品型号：μ-X360s，将全二维面探测器技术的产品设计和功能完善再次升！目前，PULSTEC已经在全球17个安装了超过450台便携式X射线残余应力分析仪，被用于诸多大学和研究实验室中，包括日本、美国、英国、德国、中国和新加坡，以及许多工程制造企业，特别是诸如汽车、机械、航空航天领域等等各个行业，众多客户也进行了很多有意义的研究工作并发表了大量文章，近期我们对这些文章进行收集并按照应用及不同材料归类整理，希望可以帮助广大科研工作者更好了解PULSTEC μ-X360系列残余应力分析仪的强大能力及广泛应用。一、焊接●Increase of bending fatigue resistance for tungsten inert gas welded SS400 steel plates using friction stir processing, Materials and Design 61 (2014) 275-280●Practical examination of the welding residual stress in view of low-carbon steel welds, J MATER RES TECHNOL. 2020 9(3): 2717–2726●Investigation of the Residual Stress in a Multi-Pass T-Welded Joint Using Low Transformation Temperature Welding Wire, Materials 2021, 14, 325.●Measurement of Residual Stress in Arc Welded Lap Joints by cosα X-ray Diffraction Method, Journal of Materials Processing Technology, Volume 243, 2017, Pages 387-394●Prediction of residual stresses induced by low transformation temperature weld wires and its validation using the contour method, Marine Structures 44 (2015) 232-253●焊接工艺对SUS301L不锈钢残余应力的影响，Electric Welding Machine Vol. 48 No. 3●不锈钢冷金属过渡焊角接接头应力及变形规律研究，Electric Welding Machine Vol. 47 No. 12 二、铝及铝合金●Influences of residual stresses and initial distortion on spring back prediction of 7B04-T651 aluminium plates in creep-age forming, International Journal of Mechanical Sciences 103(2015) 115–126●The influence of alloy composition on residual stresses in heat treated aluminium alloys, Materials Characterization 105 (2015) 47–55●A parametric study of laser spot size and coverage on the laser shock peening induced residual stress in thin aluminium samples, The Journal of Engineering Volume 2015 Issue13●Effect of cutting parameters on the residual stress distribution generated by pocket milling of 2219 aluminum alloy, Advances in Mechanical Engineering 2018 Vol. 10(12) 1–15●Intermethod comparison and evaluation of near surface residual stress in aluminum parts subject to various milling parameters, 2019 Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics Vol. 6●Depth Profile of Residual Stresses to Analyze Textures in Extruded A6XXX, 2021 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 1121 012042●Research on Corrosion Fatigue Crack Propagation Behavior of Welded Joints of A7N01P-T4 Aluminum Alloys, Journal of Corrosion Science and Engineering. JCSE Volume 19, Paper 40三、钛及钛合金●Effect of coolant supplied through grinding wheel on residual stress of grinding surface, Advanced Materials Research Vol. 1017 (2014) pp 33-37●Impacts of Machining and Heat Treating Practices on Residual Stresses in Alpha-Beta Titanium Alloys, Journal of Materials Engineering and Performance volume 29, pages3626–3637 (2020)●Distributional analysis of residual stresses with the Ti-6Al-4V internal trapezoidal thread torsional vibration extrusion, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2019) 105:4289–4307四、镍基合金●X-ray Residual Stress Analysis of Nickel Base Alloys, Advanced Materials Research Vol. 922 (2014) pp 274-279●Experimental Investigation of Principal Residual Stress and Fatigue Performance for Turned Nickel-Based Superalloy Inconel 718, Materials 2018, 11, 879●Effects of Cutting Edge Microgeometry on Residual Stress in Orthogonal Cutting of Inconel 718 by FEM, Materials 2018, 11, 1015●基于二维面探的高温合金GH4169残余应力研究，表面技术. 2016,45(04)五、钨合金●Nanostructured laminar tungsten alloy with improved ductility by surface mechanical attrition treatment, Scientific Reports | 7: 1351 |六、镁合金●The relationships between residual stress relaxation and texture development in AZ31 Mg alloys via the vibratory stress relief technique, Materials Characterization 99 (2015) 248–253七、钢铁材料●Residual Stresses and Dimensional Changes Related to the Lattice Parameter Changes of Heat-Treated JIS SKD 11 Tool Steels, Materials Transactions, Vol. 55, No. 5 (2014) pp. 831 to 837●Effects of Pulsed Magnetic Fields of Different Intensities on Dislocation Density, Residual Stress, and Hardness of Cr4Mo4V Steel, Crystals 2020, 10, 115●Effect of Lubrication and Forging Load on Surface Roughness, Residual Stress, and Deformation of Cold Forging Tools, Metals 2019, 9, 783●Effects of fine particle peening on fatigue strength of a TRIP-aided martensitic steel, International Journal of Fatigue, Volume 100, Part 1, 2017, Pages 206-214●Very High-Cycle Fatigue Properties and Residual Stress Relaxation of Micro-shot-Peened EA4T Axle Steel, J. of Materi Eng and Perform 28, 6407–6417 (2019)●X-ray Residual Stress Analysis of Stainless Steel Using cosα Method, Advanced Materials Research Vol. 922 (2014) pp 167-172●X-ray Stress Measurement of Ferritic Steel Using Fourier Analysis of Debye-Scherrer Ring, Journal of the Society of Materials Science, Japan, Vol. 64, No. 7, pp. 567-572八、陶瓷材料●基于快速面探测方法的碳化硅表面残余应力测量， Diamond & Abrasives Engineering No. 6, Vol. 38, Serial 228九、高熵合金●Modeling and optimization for laser cladding via multi-objective quantum-behaved particle swarm optimization algorithm, Surface and Coatings Technology, Volume 381, 2020, 125-129 十、实际工程应用●Micro-Magnetic and Microstructural Characterization of Wear Progress on Case-Hardened 16MnCr5 Gear Wheels, Materials 2018, 11, 2290●Integrated Forming and Surface Engineering of Disc Springs by Inducing Residual Stresses by Incremental Sheet Forming, Materials 2019, 12, 1646●Determination of residual stresses for helical compression spring through Debye-Scherrer ring method, Materials Today: Proceedings, Volume 25, Part 4, 2020, Pages 654-658●Study on the Influence of Metallic Powder in Near-Dry Electric Discharge Machining, Journal of Mechanical Engineering 66(2020)4, 243-253●Shear cutting induced residual stresses in involute gears and resulting tooth root bending strength of a fineblanked gear, Archive of Applied Mechanics volume 91, pages 3679–3692 (2021)●Damage Evaluation of Carburizing Gear for Remanufacturing, J. Japan Inst. Met. Mater. Vol. 85, No. 5 (2021), pp. 198–206●在役球形储罐残余应力检测技术的应用及展望，特种设备安全技术 2019, (03) 编者：QUANTUM DESIGN中国公司于2015年将PULSTEC公司小而轻的便携式X射线残余应力分析仪引进中国，目前已在国内销售安装多台，客户遍布高校、科研院所及各工业领域。关注Quantum Design China微信公众号，在对话框中输入“残余应力”了解更多信息。