利用x射线衍射残余应力测量法提升飞机部件质量

一般来说，残余应力是有害的，比如使得加工构件开裂、翘曲变形或者器件尺寸上发生变化，因此残余应力是影响许多零部件使用寿命的关键因素之一，特别是那些经常经受疲劳或在应力腐蚀开裂环境中使用的部件。

在航空航天制造领域，由于材料、结构和工艺等方面具有鲜明的行业特征，因此尤其要注重残余应力的作用。X射线衍射残余应力测量技术已经被证明可以为航空航天界使用的铝合金的先进设计和加工提供有力的指导价值。本文将重点阐述X射线衍射残余应力测量技术如何提升铝制飞机部件质量。

残余应力有时候是有益的(通常是压缩应力)，有时候又是有害的(通常是拉伸应力)，并且这些应力是影响许多零部件使用寿命的关键因素之一，特别是那些经常经受疲劳或在应力腐蚀开裂环境中使用的部件。

研究表明，在工件中引入适当大小的残余压应力可以延长其疲劳寿命。如抛丸处理以及适当的磨抛处理可以使工件表面形成压应力层，这层压应力可以抑制裂纹的萌生与扩展，从而提高工件寿命。

因此，准确测定残余应力的大小与分布，在航空领域有着重要的应用前景。

由于锻、轧、铸毛坯的成型过程与工艺方法、工艺参数等因素，残余应力几乎存在于工艺的每个流程。

组件中的最终应力是从初始材料成型到加工到最终产品阶段的应力汇总。在生产及使用的各个阶段，这些应力必须平衡。任何时候产生塑性流动(塑性变形)都会导致零件中残余应力的状态发生变化。塑性流动是由制造过程中对零件进行的一些加工操作引起的。铸造，机械加工，磨削，焊接，热处理和表面强化都是制造工艺中改变残余应力的典型例子。

在特定制造阶段使用的参数也会改变最终的合成应力。例如，常规研磨可能导致表面处形成轻微的拉伸应力和中性状态。

在部件的使用过程中，这些低表面应力可能不会对部件产生太大的不利影响。问题是两种研磨手段都会在表面下方产生高拉应力。如果在表面下方拉伸应力深度处发生高加载应力，则部件可能由于载荷而破裂并且残余应力组合超过材料的屈服应力。

此外，表面的损坏(例如工具的无意切口或外物损坏)可能会使拉伸应力暴露于表面并导致产品失效。

制造过程中的焊接也会导致拉应力的产生，特别是在焊缝的底部或热影响区域。焊接过程一般是通过熔化材料并使熔融的材料固化来连接两块固体材料，当焊缝凝固时，它会试图收缩，但受到相邻固体材料的约束。这种约束可能会导致焊缝或热影响区域中产生拉应力。

由上述可知，残余应力存在于加工制造过程中的每一个环节，在各个阶段进行残余应力检测，便于发现变形原因，采取相应措施控制残余应力。

在制造过程中有效控制残余应力，可以帮助人们生产优质的产品，但在这之前，首先得精准检测残余应力。

经行业多年实践，X射线衍射法具有原理成熟(通过测量晶格间距变化求出应力大小)、方法完善、可重复测量、测试精度高、无损等优点，为目前先进、可靠、切实可行的残余应力测定方法，在残余应力无损检测领域具有公认的权威性。

X射线衍射法最初被用于测量材料的残余应力是在欧洲，目前整个行业已经形成了相应的标准。

随着敏感探测器的出现和广泛使用，该技术在20世纪70年代取得了巨大的进步。这些探测器可以在大型复杂几何零件上快速收集数据。X射线衍射系统现在已经可以制造得紧凑和小巧。X射线管技术也取得了很大的发展，包括一些小型低功率管的出现及使用甚至使其已经可以在铅屏蔽柜外被安全使用。

X射线衍射测量技术的进步可以在产品制造期间甚至服役维护期间，对残余应力进行快速、精准的测量。一旦发现有害应力，可采用喷丸、超声波冲击等表面增强工艺来施加有益应力，改善部件的残余应力状态，降低生产损耗和成本。

因此，在航空航天部件制造和服役过程中，利用X射线衍射测量技术对残余应力进行正确检测与合理分析，为工程人员解决变形开裂问题提供了关键性的残余应力量化依据。