短波长X射线体应力无损分析仪

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摘 要：四川艺精科技集团有限公司攻克小焦斑X射线管、X射线单色化等核心技术，自研高精度测角仪及测控系统等关键部组件，通过系统集成，成功研制出短波长X射线体应力无损分析仪。

关键词：X射线；应力分析仪；无损分析

在航空航天、机械制造等国民经济等各领域，由于材料、工件内部应力导致失效的案例比比皆是，给国家和人民生命财产造成巨大损失。材料、工件应力状态与分布特征是影响其服役性能的重要因素，也是基础研究和工程应用研究的重要研究领域。但是，常规的X射线应力测量技术只能够获得材料表层约10微米深度的应力结果，无法开展材料内部应力状态的无损测量与研究。为了解决这一难题，西方发达国家利用中子源产生的中子和高能同步辐射装置产生的短波长X射线，建立无损测定材料、工件内部应力的衍射技术，并将该技术用于相关基础研究和工业产品研发。由于这两种技术分别需要核反应堆和高能同步辐射装置作为光源，其推广应用受到一定的限制。因此，无损测定材料、工件内部应力问题仍未得到有效解决，迫切需要可以广泛使用的无损检测手段。

四川艺精科技集团有限公司联合多家参研单位，攻克小焦斑X射线管、X射线单色化等核心技术，自研高精度测角仪及测控系统等关键部组件，通过系统集成，成功研制出短波长X射线体应力无损分析仪。该仪器采用重金属靶X射线管发出的短波长X射线作为光源，特征X射线的波长短，可无损测定厚度达40mm铝当量厚度材料或工件内部不同深度、不同部位的物相、织构和应力等，满足X射线应力测量标准GB/T 7704-2008中的相关要求。短波长X射线应力无损分析仪规范 （ZWB 449-2015）和短波长X射线应力测量方法标准（ZWB 448-2015） 已获中国工程物理研究院批准并颁布实施，并在应力分析领域得到推广应用。仪器相关技术获得了中国、美国和欧洲的发明专利授权及中国第十三届专利优秀奖和第七届国际发明博览会金奖。仪器产品获得2016中国科学仪器行业协会颁发的第十届“科学仪器优秀新品”奖。

2012年，仪器项目获得了“国家重大科学仪器设备开发专项（项目编号：2012YQ130234）”的支持。在该项目的支持下，仪器研发团队在关键部组件研发、应力分析软件优化、仪器的应用开发及市场推广等方面开展了大量的工作。截至目前，已实现仪器销售4台。2015年10月，四川省科技厅、四川省经济和信息化委员会组织专家分别对“短波长X射线体应力无损分析仪”和“短波长X射线衍射分析技术”进行了鉴定，鉴定结论为：短波长X射线体应力无损分析仪属国际首创，设计先进、制造精密、稳定可靠，专家组同意通过鉴定，建议加快推广应用。2015年10月18日，科技日报于头版头条对仪器的成功研制进行了报道；同年12月19日，中央电视台新闻联播对仪器产品进行了报道。

仪器的主要参数：

1）可穿透40mm铝当量厚度样品；

2）无应力铁粉标样应力测量误差±20MPa；

3）综合稳定度优于1%；

4）最小空间分辨率为0.1mm×0.2mm×2mm（宽×高×厚、可调）；

5）外形尺寸：1300mm×1550mm×2000mm；

6）样品台最大承重：50kg。

近年来，利用该仪器开展了大量的应用研究工作，如材料内部物相分析、高压相变和工件内部应力测定等。在材料内部物相分析方面：主要对钯基非晶、某铀基合金、玉石、航空发动机叶片内部型芯残留物等进行了内部物相分析，解决了常规X射线衍射仪无法分析材料内部物相的难题，为实际工程问题提供了解决方法；已通过实验证明，该仪器可用于静高压相变研究，进一步拓展了仪器的应用领域，对仪器相关组件进行优化后，可解决目前高压相变研究主要依赖国内外先进同步辐射光源的现象。在应力测试方面：为高铁用焊接铝板、航空发动机叶片、核工业用铍材、管状样品等进行了应力分析，为工件的工艺优化提供了重要参考。