X射线 VS 盲孔法哪个技术检测残余应力更精准？
残余应力是构件力学性能最主要的影响因素之一，如拉伸残余应力会降低拉伸屈服极限、提高压缩屈服极限，压缩残余应力正好相反；宏观残余应力会产生形变、并影响疲劳寿命，微观残余应力导致组织内产生微裂纹发生脆性破坏。
在服役过程中，残余应力与工作应力叠加容易产生二次变形和应力重新分布，产生变形、开裂、耐腐蚀性能及构件整体稳定性下降，如当交变荷载工作时区域应力达到屈服点时会产生局部塑性变形；高温工作条件下产生高温蠕变开裂；腐蚀环境下产生应力腐蚀开裂。
降低有害残余应力，预测残余应力分布趋势和数值大小，成为保障材料质量与结构安全的关键环节。今天，我们就来深入探讨残余应力检测中的两大重要技术——X射线衍射法与盲孔法。
盲孔法
1. 技术原理
盲孔法在1934年由德国学者MatharJ提出，现已经发展的较为成熟。对于厚板构件内部存在残余应力场时，在应力场内的任意位置钻一盲孔，包围在钻孔周边的金属和残余应力即被释放（孔深等于或略大于孔径，当孔深为孔径的1.2倍时，应变近于完全释放），使原来的应力场失去平衡，这时盲孔周围将产生一定量的释放应变，并使原应力场达到新的平衡，形成新的应力场和应变场，测出释放应变ε，即可利用相应公式计算出初始测试点的残余应力。
表面残余应力通常呈现为平面应力状态，有两个主应力和主应力方向共3个未知量，通常采用3个应变栅组成的应变计进行检测。
目前关于盲孔法测量残余应力的理论，大都是在套用通孔分析方法的基础上做一些修正。下图为测量三向应变的应变花，用其测得盲孔周围的释放应变。
计算残余应力的表达式为：
式中：
ε1，ε2，ε3为三个方向释放应变；
σ1、σ2为最大、最小主应力；
θ为σ1与1号应变栅参考轴的夹角；
E为材料的弹性模量；
A、B为材料的两个应变释放系数。
2. 实际应用：广泛适用于各类工程结构
建筑工程：在建筑钢结构、混凝土结构等施工过程中，盲孔法可用于检测焊接接头、螺栓连接部位等的残余应力。例如，对大型桥梁钢结构的焊接节点进行残余应力检测，评估焊接质量，为桥梁的安全运营提供数据支持。通过检测残余应力，及时发现焊接过程中产生的过大应力，采取相应的措施进行调整，避免结构在长期使用过程中因应力集中而发生破坏。
机械制造：对于大型机械装备的关键零部件，如重型机床的床身、齿轮箱等，盲孔法可用于检测其在加工、装配过程中产生的残余应力。通过检测残余应力，优化加工工艺和装配流程，提高机械装备的精度和稳定性。例如，在齿轮加工过程中，通过盲孔法检测残余应力，调整切削参数，减少齿轮的变形，提高齿轮的传动精度。
压力容器制造：压力容器在制造过程中，焊接、冷加工等工艺会引入残余应力。盲孔法可用于检测压力容器筒体、封头、接管等部位的残余应力，确保压力容器的安全运行。通过检测残余应力，评估压力容器的制造质量，预防因残余应力与工作应力叠加导致的容器破裂等事故。
X射线衍射法
1. 技术原理
X射线衍射法测量残余应力是基于X射线衍射理论。当一束波长为λ的X射线照射在晶体表面时，会在特定的角度(2θ)上接收到X射线反射光的波峰，这就是X射线衍射现象。其中衍射角2θ与X射线的波长λ、衍射晶面间距d之间遵从著名的布拉格定律：2dsinθ=nλ.。
式中，K为弹性常数，当入射线的波长选定之后（λ一定），通过测定衍射角θ，即可由布拉格方程得到受力之后的晶面间距，继而得到相应的残余应力值。这里需要指出的是由于晶体是各向异性的，因此弹性常数K和宏观意义上的弹性模量E是不同的，需要根据所选择的衍射晶面来计算出弹性常数K。
1961年德国学者Macherauch结合弹性理论和布拉格方程提出了测二维残余应力的sin2ψ法：
根据ψ平面与测角仪2θ扫描平面的几何关系，分为同倾法与侧倾法两种测试方式，精准检测工件表面应力。
2. 实际应用：多领域的质量保障利器
航空航天领域：航空发动机叶片、飞行器结构件等关键部件，在制造和服役过程中承受着复杂的应力。X射线衍射法可用于检测这些部件表面及近表面的残余应力，确保其在极端工况下的可靠性与安全性。例如，通过检测叶片表面残余应力，及时发现制造过程中的缺陷，避免因应力集中导致的叶片断裂等严重事故。
汽车制造行业：汽车发动机缸体、曲轴等零部件的残余应力状态影响着汽车的性能和耐久性。利用X射线衍射法对这些部件进行检测，有助于优化制造工艺，提高产品质量。如在曲轴加工过程中，通过检测残余应力，调整加工参数，减少残余应力对曲轴疲劳寿命的不利影响。
电子设备制造：随着电子设备向小型化、高性能化发展，芯片封装、电路板焊接等工艺中的残余应力问题愈发凸显。X射线衍射法能够对微小尺寸的电子元件进行残余应力检测，为电子设备的可靠性设计提供重要依据。比如，检测芯片封装后的残余应力，预防因应力导致的芯片失效。
X技术对比与选择指南
1. 优势对比
X射线衍射法优势
• 无损检测：不会对样品造成物理损伤，可对珍贵或已服役的构件进行检测，不影响其后续使用。
• 高精度：能够精确测量材料表面及近表面的残余应力，对微小应力变化敏感，测量结果准确可靠。
• 标准完善：拥有众多国家和国际标准作为支撑，如GB/T 7704等，检测流程和结果具有规范性和可比性。
盲孔法优势
• 设备简单：所需设备相对简单，成本较低，易于在现场和一般实验室开展检测工作。
• 适用范围广：适用于各种材料和形状的构件，对材料的晶体结构无特殊要求，无论是金属、非金属还是复合材料均可检测。
• 测量深度较大：相比X射线衍射法，盲孔法可测量一定深度范围内的平均残余应力，更能反映材料内部的应力状态。
2. 局限分析
X射线衍射法局限
• 设备昂贵：X射线衍射设备价格较高，维护和运行成本也相对较大，限制了其在一些小型企业和实验室的应用。
• 检测深度有限：X射线穿透能力较弱，一般只能测量材料表面几微米到几十微米深度范围内的残余应力，对于材料内部较深位置的应力需电解抛光后检测。
盲孔法局限
• 有损检测：钻孔会对材料造成一定程度的损伤，不适用于对表面完整性要求极高的构件，如一些精密光学元件、微电子器件等。
• 测量精度受多种因素影响：钻孔过程中的工艺参数（如钻孔速度、钻头磨损等）、应变片的粘贴质量、材料的不均匀性等因素，都可能影响测量结果的准确性，需要在操作过程中严格控制和校准。
3. 选择指南
根据检测需求选择
• 高精度要求：若对残余应力测量精度要求极高，如航空航天、精密仪器制造等领域，优先选择X射线衍射法。
• 测量深度需求：当需要了解材料内部较深位置的残余应力时，盲孔法更为合适。例如，对于厚壁构件的应力检测，盲孔法可通过控制钻孔深度来获取不同深度的应力信息。
考虑样品特性
• 样品珍贵或不允许损伤：对于珍贵样品或不允许有任何损伤的样品，X射线衍射法的无损特性使其成为首选。如文物保护领域，对古代金属器物的残余应力检测，需采用无损的X射线衍射法。
• 材料类型与结构：对于晶体结构复杂或非晶态材料，盲孔法不受材料晶体结构限制，具有更广泛的适用性。而对于晶体结构规则、易于进行X射线衍射分析的材料，X射线衍射法能发挥其优势。
总结
残余应力检测中的X射线衍射法与盲孔法各有千秋，在不同的应用场景中发挥着重要作用。了解它们的技术原理、实际应用以及各自的优势与局限，有助于我们在实际工作中根据具体需求，准确选择合适的检测方法，为材料性能评估和结构安全保障提供有力支持。
除去技术的选择，检测机构的选择也至关重要。市面上检测机构良莠不齐，选择时需充分考证机构是否具有相关资质，比如能否提供CNAS认可资质证书，团队经验是否丰富，设备是否齐全等问题。
