Способ измерения напряжений Советский патент 1980 года по МПК G01N23/205 

1

Изобретение откосится к рентгено-структурному анализу и может исполы зоваться для определения напряжений в образцах.

Известен способ измерения напряже-5 НИИ, заключающийся в том, что на образец направляют два пучка рентгеновских лучей под разными углами и регистрируют смещение выбранной интерференционной линии с использованиемво- локонной оптики как составной части регистрирующего устройства ,1 .

Многачисленные способы измерения напряжений связаны с использованием дифрактометрических средств регистра-15 цин при использовании не менее двух пучков рентгеновского излучения и .равного количества детекторов 2.

Известен способ измерения напряжений, заключающийся том, что на 20 образец направляют один пучок рентгеновского излучения и несколькими детекторами регистрируют дифрагированное в различных направлениях излучение одной и той же интерференцион- 25 ной линии 3.

Развитием этого способа является использование координаточувствительных детекторов, которые обеспечивают измерения без каких-либо перемещений 30

регистрирующего устройства, причем величина напряжений определяется величиной смещения интерференционной линии от образца относительно этой же линии эталона 4.

Все указанные способы характеризуются относительной сложностью систем регистрации диффагированного излучения и обработки данных. В способ 5 неудобством Ясвляется необходимость эталонных измерений.

Наибо.лёё близким техническим решением является способ измерения Напряжений, заклю 1ающийся в том, что производят рентгенографирование образца ,под двумя различными углами наклона и измеряют смещения интерференционной линии, по которым судят о величине напряжений в образце.

Недостатком .способа является присутствие оиибок в измеряемых величинах напряжений при недостаточно надежной юстировке образца в поворотном узле камеры (конкретнее, при неточном выведении исследуемого участка поверхности образца на ось поворотного узла камеры), поскольку недостаточная юстировка приводит к неучитываемым изменениям расстояния образец - пленка R при переходе от одного угла jS

737818 к другому, а слеловательно, и к неучитываемым смещениям дифракционной линии относительно реперной отметки. Это особенно существенно в случае не плоской поверхности ренТгенографируе мого участка образца, так как надежная юстировка таких образцов предста ляет собой самостоятельную сложную задачу. Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить точность измерений за счет исключения зависимости р зультатов от расстояния образец - пленк.а. Поставленная цель дости.ается тем что в способе измерения напряжений, заключающемся в рентгенографировании образца под двумя различными углами наклона, измерения смещений интерференционных линий, по которым судят о величине напряжений в образце, рентганографирование производят под угла ми + ) и ±3 oo -etii e ), глe©- 2 - брегговский угол для выбранной интерференционной линии и дли н йЪЛны peHTreHOBckotd узлученйй, фотографическую ре,гистрацию осуществ ляют на разные участки пленки я ка дого угла рентгенографирования, лежа щие по разные стороны от плоскости, перпендикулярной оси наклона образца, - - - .- Способ включает рентгенографирование образца на плоскую пленку обратной съемкой под двумя различными углами наклона образца () относительно падающих лучей и вычисление напря жений из найденного смещения ibkf интерференционной линии (hk) при пе реходе от одного угла р к другому, причем рентгенографирование образца на верхнюю и нижнюю половины пленки проводят при наклонах его соответственно на углы - ,тр(90° Э-Ькб и (90° u брэгговский угол для интерференционной Линии и длины волны излsrчeния, после чего измеряют величины и знаки смещений 5|, дифракционной линии на нижней половине пленки относительно ее положения, на верхней половине V °Ut так и на лекак на правой вой (5,) сторонах пленки и находят искомое смещение ViW по формуле «-С е „ 9 есть, в данном способе интерференционная линия образца используется одновременно и как реперная OTMejita, и как линия для нахождениясмещения Alikl, для чего углы н аклона Jb выбраны, равными Г :(90 -e-hi e ) и jba + з (90 а ренгтенографирование при этих двух углах проводится соответственно на верхйюю и нижнюю половины пленки. В результате таких операций на левой стороне пленки будут зафиксированы (одна под другой) интерференционные линии, образованные отражениями от плоскостей (hkE), расположенных под углами в Ц 2 (90 - в ) к поверхности образца, а на правой стороне-линии, образованные отражениями от плоскостей (hkt), расположенных под углами 4., О и 4 (90°-в цр) . Таким образом, интерференционные линии на леврй стороне пленки будут служить своеобразными реперными линиями для учета изменения расстояния образец-пленка при наклоне образца на новый угол. Действительно, если расстояние R остается неизменным при обоих углах наклона, то смещение линий относительно друг друга на левой стороне рентгенограммы будет отсутствовать (т.е. С) и тогда величину и BHak напряжений можно определить по. смещению положения линий друг относительно друга на правой стороне, рентгенограммы. Если же расстояние R не остается неизменным, зто можно участь при совместном измерении ,j HffhVe о есть, в наиболее общем случае измеряют смещения линий на нижней половине пленки по отнесению к положению этих линий на верхней ее половине как на правой (6f ) , так и на левой (..о ) сторонах пленки (смещетТия считают положительными, если линия смещается dT центра рентгенограммы) и определяют величину и знак искомого смещения off+R oR w-%ueв виде линии Далее, зная величину и знак смещения вычисляют величину и знак напряжений rto формуле О-- - Чхс ,... l6RU Obve 5««29 eS « l,vei I Формула получена подстановкой в известную зависимость (Г ,ve 2R( ein H--Biri-ivr величин V - 2° 0° и 4 Ч (90° -©кче) и проведением соответствующих тригонометрических преобразований. На фиг. 1 показана геометрия съемки и ход лучей при съемке с наклоном образца на угол fb ; на фиг. 2 - вид рентгенограммы после рентгенографирования при угле наклона р, ; на фиг. 3 - ге.ометрия съемки и ход лучей при съемке с наклоном образца на угол Р2; на фиг. 4 - вид рентгенограммы после рентгенографирования при угла) наклона и (2 . Выбор указанных углов наклона об1разца Р X. 7 (90° -е,ке.5 и (.j t 3 5 . 7 (90° - ) накладывает огрй;ничение на выбор дифракционной линии (hk€) образца,, по которой ведется анализ. Действительно, поскольку при наклоне образца на угол 3 (90° - 0|,v.t угол между поверхностью образца и отражен ным лучем должен оставаться не меньшим .е. должно выполняться уело ctJoT - 23|,u) + 3 (90 ) + 5 ;f 90 , ТО брегговский угол у выбранной, линии должен быть не меньшим 73 (2 0 g /l46°) . Поэтому перед про ведением рентгенографирования необходимо предварительно выбрать дифракционную линию, удовлетворяющую условию 0. 7/ 73°. Пример . Для измерения осевых напряжений на боковой поверхност цилиндрического образца из стали 4x1 была выбрана линия (211) d на Сг-из лучении (, х77,. Далее наклоняли образец из перпендикулярного поло жения вправо на кгол 12,5° т.е. на (90° ©21 закрывали нижнюю полови ну пленки и рентгенографировали образец на верхнюю половину, затем поворачивали его влево от перпендикулярного .положения на угол 37,5, т.е на 3 (90 - 00., ) , закрывали верхнюю половину пленки и рентгенографировали образец на нижнюю половину. Измеряя смещения и S , получили следующие величины (средние из десятикратных замеров с помощью компаратора) : d 0,37 мм,(У,р + 0,05 мм. Определили смещение d 0,37-0,05 0,42 мм. Расстояние R определили с точностью to, 8 мм. Полу 1ИЛи:Кг71 м Далее по формуле определили величину и знак осевых напряжений (7. ,7.Н.О,2в)сУ43.(ОЛ76) l)(-Cbl2.)-(fe Kr/N4N4. Использование предлагаемого.спосо ба измерения Напряжений обеспечивает по сравнению со способом-прототипом следующие преимущества. Исключаются случайные ошибки, свя занные с изменением расстояния образец- пленка при переходе от одного угла р к другому, поскольку любое изменение расстояния R бУДет зафиксировано на левой стороне пленки в виде смещения сГ . Упрощается процесс измерения напряжений, так как в предлагаемом способе нет необходимости в юстировке . образца в поворотном узле камеры. Предлагаемый способ может быть реализован в камерах, не имеющих юстируемого поворотного устройства, и даже в камерах, не имеющих поворотного устройства вообще (достаточно установить поверхность образца любым из известных спосоёов под вычисленными углами наклона (Ь и Р Формула изобретения Способ измерения напряжений, заключакядийся в том,что производят рентгенографирование образца под двумя различными углами наклона , измеряют смещения интерференционной линии, по которым судят о величине напряжений в образце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет ИС ключения зависимости результатов от расстояния образец-пленка, рентгенографирование производят под углами :.() и±з (9о-0 е), где ©-, - брегговский угол для выбранной интеференционной линии и длины волны рентгенрвского излучения, фотографическую регистрацию осуществляют на разные участки пленки для каждого угла рентгенографирования, лежащие по разные стороны отплоскости, перпендикулярной ocVi на.клона образца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка Японии № 52-19477, кл. G 01 N 23/207, опублик. 1977. 2.патент.США № 2828470, кл. 250-515, опублик. 1959. 3.Заявка Японии 52-22553, кл.СО N23/207, опублик. 1977. 4.Патент Великобритании 1460859, кл. G 1 А, опублик. Г977. 5.Русаков А.А. Рентгенография металлов, М., Атомиздат, 1977, с. 291-293 (прототип) .

(put. 2

Iput.f