x射线应力分析仪主要构造

X射线应力分析仪主要构造

X射线应力分析仪作为一种非接触式的材料内部残余应力检测设备，其核心在于通过测量材料晶格在应力作用下的微小变形，进而推算出应力状态。设备的度和可靠性高度依赖于其内部构造的设计与集成。对于实验室、科研、检测及工业领域的从业者而言，深入理解其主要构造，有助于更好地应用设备并解读分析结果。

关键部件解析

一台典型的X射线应力分析仪主要由以下几个核心部分构成：

• X射线发生器 (X-ray Generator):

  
  
  • 功能: 产生稳定、高强度的X射线束。
  • 构成: 通常包括X射线管（如聚焦型、直线型等）、高压电源和冷却系统。X射线管的核心是灯丝，通电加热后发射电子，电子在加速电场作用下撞击阳极靶材（常为钼、铑或铬等），激发产生连续谱和特征谱的X射线。
  • 关键参数: 工作电压（kV）、管电流（mA）直接影响X射线的强度和穿透力。例如，典型工作参数可能在20-50 kV，1-5 mA之间，具体取决于靶材和所需分析的材料。
  
  

• 样品台与旋转/倾斜机构 (Sample Stage and Goniometer):

  
  
  • 功能: 精确固定和调整样品的位置、角度，以实现X射线束与样品表面特定晶面的精确衍射。
  • 构成: 高精度的步进电机驱动的万向节（goniometer），可实现样品相对于X射线源和探测器的精确倾斜（ψ角）和旋转（φ角）。
  • 精度要求: 角度定位精度通常在±0.01°以内，以确保衍射峰位置测量的准确性。
  
  

• X射线探测器 (X-ray Detector):

  
  
  • 功能: 接收并测量从样品衍射出的X射线强度。
  • 类型: 常见的有正比计数器（Proportional Counter）、闪烁计数器（Scintillation Counter）和半导体探测器（如SDD，Si-Drift Detector）。现代高端设备多采用高灵敏度、高分辨率的探测器，以缩短测量时间并提高数据质量。
  • 技术特点: 探测器的能量分辨率和时间分辨率是衡量其性能的关键指标。
  
  

• 准直器与滤光片 (Collimator and Filter):

  
  
  • 功能: 控制X射线束的尺寸、发散度和能量，滤除杂散辐射和长波部分，以获得更锐利的衍射峰和更纯净的X射线谱。
  • 种类: 准直器有管式、狭缝式等；滤光片通常选用与阳极靶材特征X射线能量相近但波长略长的金属箔，如钼靶配ZrO2滤光片，用于滤除Lα线，保留Kα线。
  • 尺寸控制: 准直器尺寸直接影响测量区域大小，通常在0.1 mm至2 mm之间，以适应不同尺度的应力分析需求。
  
  

• 信号处理与数据采集系统 (Signal Processing and Data Acquisition System):

  
  
  • 功能: 将探测器接收到的X射线信号转化为数字信号，并进行放大、滤波、计数等处理，最终存储为可分析的数据。
  • 组成: 包括低噪声放大器、脉冲整形器、模数转换器（ADC）以及计算机控制软件。
  • 数据输出: 输出的原始数据通常是衍射峰的强度-角度（2θ）曲线。
  
  

• 安全防护装置 (Safety Enclosure):

  
  
  • 功能: 确保操作人员免受X射线辐射的伤害。
  • 设计: 设备外壳采用高密度材料（如铅）屏蔽，关键部位设有联锁装置，确保在X射线未完全关闭时无法打开舱门。
  
  

工作流程与结构协同

X射线应力分析仪的工作流程是X射线发生器产生X射线束，经过准直器后聚焦于样品表面某一点，样品台的精密角度调整机构使样品在不同倾斜角（ψ）下与X射线发生衍射，衍射角（2θ）由探测器精确测量。信号处理与数据采集系统记录每个角度下的衍射强度，终形成衍射峰。通过分析不同倾斜角下衍射峰位置（2θ）的变化，可以计算出材料的晶格常数变化，进而根据胡克定律推算出残余应力的大小和方向。

理解以上各主要构造及其协同作用，对于优化测量参数、确保数据准确性、维护设备以及进行故障诊断都至关重要。例如，选择合适的准直器尺寸直接关系到测量区域的微观范围，而高精度的样品台则保证了不同倾斜角度测量的可重复性。这些细节共同构成了X射线应力分析仪强大的内在能力。