T_CWAN 0116-2024 金属材料焊接接头应力X 射线测试方法

CCS J33T/CWAN0116—2024金属材料焊接接头应力射线测试方法XX-ray diffractiontesting methodfor stressof metallicmaterials weldedjoints发布实施2024-06-122024-07-01中国焊接协会发布晶体衍射晶重复因is{呵KI Zo/材料辐射滤波20/0S,叫/结构面子22|im片149-1CrKp—-322—57{420}

1576.47-

1.55-

2802.5CuKa Ni钛合金六方{213}

14211.68-

2.83-

2775.1CuKa NiCrKp—146-225—面心立{311}

11.79-

3.13铜合金150-

1984.2MnKa Cr方■—CoKa Fe{

40016415.24-

4.28-

827.1注1表中2和Zo为参考值卜角或夕角设置

7.

2.4角的选择依据待测应力方向，试样待测应力方向应平行于仪器的应力方向平面（少平面）9设置角时，宜使直近似于等间隔厂角的选择宜在范围内，个数不宜低于个P sin2M0〜454＞范围的设置

7.

2.526范围设置原则是所设定扫描范围内或探测器的采集范围具备完整的衍射峰范围宜大于衍射峰半高宽22的倍3扫描步距的设置

7.

2.6扫描步距的设置以能够在经过二次三项式拟合之后得到比较平滑的衍射曲线而又不至于过分消耗测试时间为目标最小步距不宜大于」0采集时间的设置

7.

2.7采集时间的设置应确保能够得到计数足够高、起伏波动相对较小的衍射峰、相对完整的德拜环，而又不至于过分消耗测试时间测试点的定位

7.

2.8）测试点中心应准确置于仪器指示的测试点中心、射线光斑位置、测角仪回转中心三者相重合的位置a X）测试点待测应力方向应平行于仪器的应力方向平面（声平面）b）按照仪器要求校准标定距离c）按照仪器规定的方法，或借助垂直验具、水平仪等装置，调整测角仪主轴线与测试点法线的重合度，应保d证实际的歹角或弘）角的准确度注测角仪主轴线即测角仪本身代或弘）二的标准线00定峰方法

7.

2.9定峰方法即在测得的衍射曲线上确定衍射峰位（衍射角）的方法选择定峰方法的原则如下2）在能够得到完整的钟罩型衍射曲线条件下，应选择利用原始衍射曲线较多的方法a）在采用侧倾固定步法的前提下，如果因为某种原因无法得到完整的衍射曲线而只能得到衍射峰得主体部分，b或者衍射峰的背底受到材料中其它相衍射线的干扰，则作为近似处理，可不扣背底，而采用“抛物线法”或“有限交相关法”定峰，同时注意合理选择取点范围，尽量避免背底干扰）在一次应力测试中，对应于各少角衍射曲线定峰方法应一致c数据处理

7.3当仪器采集到的数据是衍射强度（或计数）沿一定范围反射角的分布曲线时，需要进行包括扣除背底、I2强度因子校正、定峰、应力值计算和不确定度计算等数据处理焊接接头在负载情况下，测得应力值是残余应力与载荷应力的代数和，非负载情况下是残余应力试验报告8试验报告宜包含以下内容——本文件号；——焊接接头的材料、厚度、焊接材料等；——焊接接头所属设备的运行状态（停止运行或未停止运行）；——焊接日期；——焊接参数；——试验方法及参数——测试点位置；——前处理方法；经供需双方协商确定可将测试方案作为附件放入试验报告附录A（资料性）试验报告示例焊接接头应力射线试验报告X委托单位/人样品名称试验日期委托单位地址报告编号样品编号焊接电流母材牌号焊接层数A母材厚度电弧电压焊接道数被测焊接mm V焊材牌号/型接头信息焊接日期号焊接速度mm/s焊材规格保护气体及流量焊接接头所属设备的运行状态mm L/min测试方法前处理方法管电压准直器直径kV mm仪器校准数值测量结果测试点位置应力值测试点位置应力值MPa MPa备注检验人审核人批准人参考文献法射线应力测定标准铁素体钢篇

1.1—20201本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任本文件由中国焊接协会提出并归口本文件起草单位河北河钢材料技术研究院有限公司、天津市特种设备监督检验技术研究院、湖南湘工环保科技开发有限公司、中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司、天津市思维奇检测技术有限公司、天津大学、天津市金桥焊材集团股份有限公司、上海工程技术大学、北部湾大学、上海极火网络科技有限公司、福建省特种设备检验研究院本文件主要起草人张彩东、马青军、贺顺达、马成、韦晨、武鹏博、党丽华、陈博文、田旭海、邹吉鹏、刘晨曦、肖辉英、张天理、冯志强、梁伟、孙明辉、高利慧、李爱民、吴妍金属材料焊接接头应力射线测试方法X范围1本文件规定了采用射线衍射原理测试金属材料焊接接头应力的方法，内容包括术语、符号和定义、射线应力测X X试方法及原理、测试仪器、测试方案的制定、测试步骤及试验报告要求本文件适用于金属材料焊接接头的应力测试规范性引用文件2下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件无损检测射线应力测定方法GB/T7704X弹簧残余应力的射线衍射测试方法GB/T39520X无损检测仪器射线应力测定仪技术条件JB/T9394X术语、符号和定义3以下及界定的术语和定义适用于本文件GB/T7704术语和定义

3.1德拜-谢乐环

3.

1.1Debye-Scherrer ring当射线入射多晶体时，衍射射线会以入射射线为轴，形成圆心角不同的多个圆锥用平面射线胶片或二X X X X维检测器接收这样的圆锥，可以得到入射射线的位置在中间的同心圆状的衍射线图案这样的同心圆一般称为德拜谢X乐环或德拜环（Debye ring）符号

3.2本文件中的符号和定义见表1表符号和定义1符号定义布拉格角，衍射角的亦即入射射线或衍射线与衍射晶面之间夹角21/2,Xe皿入射角，即入射线与试样表面法线之间夹角0扫描平面相对于试样表面法线的夹角X在尸即扫描平面垂直于试样表面的条件下入射射线与试样表面之间的夹角0XCD（衍射晶面法线在试样平面的投影与试样平面上某一指定方向的夹角P角方向的正应力97p71i正应力分量（i=1,2,3）外作用面上垂直于试样表面方向的切应力分量Tp切应力分量（为；工1,2,3；＞1,2,3）Tij和歹角定义的方向上的也变9W积分宽度，即衍射峰去除与布拉格衍射无关的背底以后积分面积与最大强度之比符号定义射线穿透深度Z X｛从/｝晶面的射线弹性常数3{hkl}{hkl}X2Si,S,S3试样坐标系，由操作者定义SLP洛伦兹偏振因子L],Li,实验室坐标系心{hkl}晶面指数为hkl的晶面族材料无应力状态的晶面间距曲法线处于和角定义方向上的晶面间距甲93A吸收因子德拜环顶端的-外侧为起点，顺时针方向的旋转角a180Q-20射线应力测试原理及方法4X射线应力测试基本原理

4.1X射线应力测试是以晶体材料晶面间距为标准距离，使用射线衍射测试由于应力导致的晶面间距变化，然后计算X X应力法

4.

1.1cosa法是使用单一斜入射的射线，利用二维检测器获得德拜环的全周晶格应变信息来测量试样表面残余应力和载cosa X荷应力的方法X射线入射多晶体时，衍射X射线以入射X射线为轴，与反射X射线共同构成圆锥状图1是德拜・谢乐环形成的原理图KW曲法1图法射线应力测定原理图1cosa X根据法进行应力测定，以试样表面的点为测定位置，如图所示，以所测应力方向为轴，其垂直方向为cosa O1x y轴，试样面法线方向为轴现在面内与轴所成角外的方向入射射线，在垂直入射射线方向上设置二维检测z x-z zXX器检测器测得的照射区域内存在的晶体群的衍射射线呈圆环状，如图所示，该圆环称为德拜-谢乐环或德拜环德X2拜环的顶端距离试样法线近的一侧为f侧，底端为］侧+T二1B图德拜环上的旋转角对应的个衍射角测定24从入射射线侧观察，取以德拜环中心作为原点的极坐标系德拜环顶端的-〃侧为起点，定义顺时针方向的旋X转角旋转角对应的德拜环的半径分为2v\r=Ltana a

5.1其中，是试样和检测器的距离，是衍射角%的补角L2*22r|a=180-20a fdegl

5.2结合半径几、式、式可得衍射角仇

5.

15.2,22%=R-taL⑴*[deg]

5.3其中角度单位是/冗为从到变换时的系数deg,18rad deg根据衍射角仇可得晶格应变讥2」「cot

005.41tw应力值可以从旋转角对应的晶格应变而、其对角的晶格应变兀、旋转角也对应的晶格应变和微共计a8a+a-a4个晶格应变求得然后求出两个应变差仇・a+兀和9—,定义其平均应变参数刎为

5.5试样表面层的应力状态为平面应力时，测定应力以与应变参数关系如下:“K1^V

15.6a=-------------------------------Y

00.

20.

40.

60.8其中为被测样品相的射线杨氏模量1，.0心为射线泊松比X Xcosa图图32al—cosa从单一射线入射角网下观测到的德拜环求出多个旋转角对应的应变参数以为横轴，X a cosaT/CWAN0116—2024为纵轴作图和面的关系呈图中的直线关系，然后用最小二乘法决定近似直线的斜率应力由下式求出cosa3Mi,加=・Mi[Mpa]（

5.7）其中，为应力常数，为配图的斜率K Mai—Ki--------------------5------|Mpa|（

5.8）%,芸（

5.9）而且，式（）中，由于〃随的变化很小，用无应变时的公替换之，进一步，根据为无应变时的衍射角的补

5.62a22%角可以推出式（

5.10）（）2rio=180-20|deg|

5.100将式（）中的（）代入，应变参数得零图的图是通过原点的直线，根据最小二乘法可

5.5a=TT/2COS a=02al3ai—cosa以确定直线的斜率Mio同倾法、侧倾法和摆动法同倾固定弘法、同倾固定-法、侧倾法（%法）、侧倾固定厂法及双线阵探测器根倾法（修正%法）、摆动法的测试U基本原理参见GB/T7704o射线应力测试方法

4.2X基于现有不同种类衍射装置的几何布置，应力测试方法分为）法将射线斜向入射，利用二维检测器所测得的衍射环（德拜环）的变化来测试不同方位的晶格应变，从acosa X而求得试样表面层应力的方法b）同倾固定弘法（3法）应力方向平面（自平面）与扫描平面（2平面）相重合，探测器工作入射角弘）保持不变的应力测试方法c）同倾固定-法（仇2扫描法）应力方向平面（厂平面）与扫描平面（2平面）相重合，探测器和X射线管作同步等量相向左仇扫描，或作扫描，使得在获得一条衍射曲线数据的过程中-角保持不变，亦即参与衍射的晶粒群-2固定不变的应力测试方法d）侧倾法（%法）是应力方向平面（-平面）与扫描平面（20平面）相互垂直的应力测试方法e）侧倾固定「法（即扫描/法）应力方向平面（/平面）与扫描平面（2平面）相互垂直，探测器和X射线管作同步等量相向左仇扫描，或作扫描，使得在获得一条衍射曲线数据的过程中「角保持不变，亦即参与衍射的晶粒群-2固定不变的应力测试方法）双线阵探测器侧倾法（修正/法）两个线阵探测器对称地分布于入射线两侧，取两个探测器测得的应变的平均值，f用该平均值计算应力值）摆动法在探测器接收衍射线的过程中，以每一个设定的角（或弘）角）为中心，使射线管和探测器在平面g WX内左右回摆一定的角度的应力测试方法该方法客观上增加了被测样品中参加衍射的晶粒数目，是解决粗晶材料应力测试问题的近似处理方法，摆动角度一般不超过6测试仪器5基本要求

5.1法一般使用便携式射线衍射应力测定仪，该仪器管电压不宜低于准直器照射面宜为直径不超过的cosa X30KV,3mm圆形，同时需具备样品定位辅助装置，一般不需配备测角仪同倾法和侧倾法使用的射线衍射应力测定仪应符合X GB/T和的主要技术要求7704JB/T9394射线管

5.2X射线管应根据被测材料类型选择、、、等靶材X CrCu MnCo探测器

5.3常用探测器类型有以下三种——单点接收的探测器（通过机械扫描获得衍射强度沿反射角的分布曲线）；——线阵探测器（可一次性获得整条衍射曲线）；——面探测器（可一次获得整个或部分德拜环）测角仪

5.4测角仪应包括射线管和探测器，应具备确定夕角、改变卜角和在一定的范围自动获得衍射曲线的功能除X2cosa法外，其余方法使用的测角仪的基本要求如下—回转中心、卜回转中心、射线光斑中心、仪器指示的测试点中心四者应重合；—2X——接收反射线的总范围，一般高角不小于，低角不宜大于（某些专用测试装置不受此角度范围的限167143制）；—最小分辨率不宜大于;—

20.05——外角或角的范围一般宜设为，需要时可增大范围，可增设负角（针对特定条件的专用测试装置不30〜45受此角度范围的限制）；——死角或3角的设置精度应在范围之内；±

0.5——应配备辐射滤波片Kp测试方案的制定6测试前，测试机构应当与测试委托单位共同制定测试方案，该测试方案应经过双方签字确认测试人员应严格按照该测试方案进行测试工作测试方案应包含以下内容——焊接接头的材料、厚度、焊材等；——焊接接头所属设备的运行状态（停止运行或未停止运行）；——焊接日期；——焊接参数；——试验方法及参数——测试点位置；——前处理方法；——测试现场及工作安全要求，该要求不能低于相关法律法规中相关要求测试步骤7测试准备

7.1仪器校准

7.

1.1射线衍射应力测定仪测试应力铁粉，仪器连续测试不少于次，单次测得应力值应在之内，次应力值X05±14MPa5的标准差不宜大于如果应力值超过应重新调整设备或测量参数7MPa,±14MPa,选用其他标准试样块进行校准可参考GB/T7704o试样制备

7.

1.2T/CWAN0116—2024当测试点位置位于隔热层、防腐层、衬里层之下时，应按要求部分或全部拆除隔热层、防腐层、衬里层，露出测试点测试点一般应满足以下要求——表面应无氧化层、无油污、无涂层、无污垢，且应避开裂纹、腐蚀坑、磕碰划伤等缺陷；——测试点粗糙度凡不宜大于当测试表面无法达到上述要求时，经委托单位同意，可采用电解抛光的方法或化学试剂清除氧化层、涂层、污垢、油污等物质，如使用砂轮或砂布打磨测试点表面以去除损伤及异物，则应在打磨之后采用电解或化学抛光的手段去除打磨影响层注经砂轮或砂布打磨后，测试点应力可能与原始表面有所不同测试参数及条件设置

7.2总则

7.

2.1法测试参数及条件设置应符合要求同倾法和侧倾法的测试参数及条件设置应符合至要求cosa723729法衍射方式的选择

7.

2.2cosa入射准直仪射线的入射侧设置针孔准直仪，来限制射线的照射区域aXX射线入射角的可动范围与试样面法线所成的射线入射角网在二维检测器和试样面不干涉的前提下可以在尽b XX可能大的范围内调整，最好固定在任意的角度射线入射角的设定精度射线入射角与试样面法线夹角宜设置在以下c XX±

0.4辐射、衍射晶面和应力常数的选择

7.

2.3依据布拉格定律，针对现有试样材料的晶体结构合理确定衍射和衍射晶面表给出了常用金属2材料的晶体结构、推荐使用的辐射和衍射晶面，并给出相应的衍射角、射线常数为明和叫及应力常数供参考2X1K,表金属材料晶体结构、辐射、滤波片、晶面、衍射角与应力常数表2滤KI晶体结衍射晶重复因Zo/匕{九叫S，叫/材料辐射波20/°22构面子10-6mm2N-I Hin片10-6mm2N-110-6mm2N-1铁素体钢体心珠光体钢CrKa V{211}

1565.81-

1.27-

3185.8贝氏体钢立方24马氏体钢面心立MM Cr152-

2897.2奥氏体钢；3II

7.52-

1.80方-366—CrKt140{222}

815618.56-

4.79-

9711.5CrKa V{311}

13919.54-

5.11-

16611.0面心铝合金{422}

13719.02-

4.94-

17934.4CuKa Ni立方{420}

16219.52-

5.11-

7123.6CoKa Fe24{331}

148.

618.89-

4.9-

13023.0面心152-1银合金、_¥_MnKa Cr{311}

6.50-

1.56-

1814.9乂力62。