2 X射線殘余應(yīng)力測定儀校準(zhǔn)規(guī)范-編制說明

《X射線殘余應(yīng)力測定儀校準(zhǔn)規(guī)范》編制說明一、任務(wù)來源根據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局2021年國家計(jì)量技術(shù)法規(guī)制/修訂計(jì)劃，受全國新材料與納米計(jì)量技術(shù)委員會的委托，由中國計(jì)量科學(xué)研究院、河南科技大學(xué)和中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)制定《X射線殘余應(yīng)力測定儀校準(zhǔn)規(guī)范》技術(shù)規(guī)范的工作。二、編制背景X射線殘余應(yīng)力測定儀是一種能夠在短時間內(nèi)無損地測定材料表面指定點(diǎn)、指定方向的殘余應(yīng)力（用“+”、“－”號分別表示拉、壓應(yīng)力）,并能夠測定主應(yīng)力大小和方向的儀器。X射線殘余應(yīng)力測定儀適用于金屬材料經(jīng)過各種工藝過程（如鑄造、鍛壓、焊接、磨削、車削、噴丸、熱處理及各種表面熱處理）制成的構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、核能及機(jī)械工程等領(lǐng)域。其主要工作原理是：當(dāng)X射線照射到金屬材料時，會發(fā)生布拉格衍射，即X射線的波長與晶格間距相等時，會發(fā)生強(qiáng)烈的衍射。殘余應(yīng)力會導(dǎo)致晶格間距的變化，從而影響衍射角的變化。通過測量衍射角的變化，可以計(jì)算出應(yīng)力的大小?，F(xiàn)今國內(nèi)的X射線殘余應(yīng)力測定儀市場基本被國外儀器廠商壟斷，加拿大ProtoManufacturing公司、芬蘭Stresstech公司、日本PulstecIndustrial公司、日本RigakuCorporation公司等知名廠商開發(fā)生產(chǎn)了多種適用于不同測量工況和不同材料的X射線殘余應(yīng)力測定儀，這些企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新和市場份額的爭奪，推動著整個行業(yè)的發(fā)展，這些設(shè)備的殘余應(yīng)力檢測范圍一般為-900MPa~900MPa。X射線殘余應(yīng)力測定儀的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品升級、市場需求增長、行業(yè)競爭格局的變化以及國內(nèi)外市場的對比與機(jī)遇。?隨著科技的進(jìn)步，X射線殘余應(yīng)力測定儀的精度和可靠性不斷提高，更先進(jìn)的檢測技術(shù)如非線性光學(xué)成像、納米壓痕技術(shù)等正在研發(fā)中，這些新技術(shù)有望進(jìn)一步推動市場的發(fā)展。?隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮奶岣?，對X射線殘余應(yīng)力測定儀的需求也在增長。特別是在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等領(lǐng)域，對材料殘余應(yīng)力的精確檢測需求日益增加，這將推動X射線殘余應(yīng)力測定儀市場的擴(kuò)大。隨著國內(nèi)市場的不斷開放和國際化進(jìn)程的加速，國內(nèi)X射線殘余應(yīng)力測定儀企業(yè)面臨著巨大的市場機(jī)遇。通過技術(shù)創(chuàng)新和品牌建設(shè)，國內(nèi)企業(yè)有望在國際市場上占據(jù)一席之地，同時，國內(nèi)市場對于高端技術(shù)產(chǎn)品的需求也為國內(nèi)企業(yè)提供了發(fā)展空間。目前，全國無損檢測標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會已發(fā)布X射線應(yīng)力測定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，GB/T7704—2017《無損檢測Ｘ射線應(yīng)力測定方法》，全國彈簧標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會已發(fā)布彈簧殘余應(yīng)力測定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，GB/T39520—2020《彈簧殘余應(yīng)力的X射線衍射測試方法》，全國試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會已發(fā)布X射線應(yīng)力測定儀技術(shù)條件相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，JB/T9394—2011《無損檢測儀器X射線應(yīng)力測定儀技術(shù)條件》。但是，國家還沒有發(fā)布X射線殘余應(yīng)力測定儀相關(guān)的計(jì)量技術(shù)法規(guī)。受到儀器X射線管功率，曝光時間、曝光次數(shù)、搖擺角、光圈、濾波片等儀器因素的影響，不同儀器對同一材料的測量結(jié)果會有2%~40%的偏差。通過制定X射線殘余應(yīng)力測定儀校準(zhǔn)規(guī)范，可以進(jìn)一步規(guī)范X射線殘余應(yīng)力測定儀的生產(chǎn)和使用，滿足日益增長的市場需求，保證其量值傳遞的準(zhǔn)確可靠。由于儀器原理、操作條件和試樣標(biāo)準(zhǔn)的不同，本標(biāo)準(zhǔn)僅適用于X射線殘余應(yīng)力測定儀。三、規(guī)范起草過程2021年7月，中國計(jì)量科學(xué)研究院主持承擔(dān)了《X射線殘余應(yīng)力測定儀校準(zhǔn)規(guī)范》的制定任務(wù)。規(guī)范制定的計(jì)劃時間為2021年7月至2023年7月。2021年11月至2022年6月，各單位起草人主要進(jìn)行了現(xiàn)有儀器校準(zhǔn)方法的調(diào)研和標(biāo)準(zhǔn)器/標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選用和測量分析工作；2022年7月至2023年9月期間起草了校準(zhǔn)規(guī)范的草稿，同時通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了規(guī)范技術(shù)內(nèi)容的可行性。各單位主要起草人進(jìn)行多次討論，對草稿進(jìn)行不斷地修改和完善，于2023年12月底完成校準(zhǔn)規(guī)范的討論稿。2024年月6日，起草單位的11位技術(shù)專家和代表在北京對校準(zhǔn)規(guī)范的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了深入探討，同時多家未能到會的計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、相關(guān)儀器制造商、使用單位等也通過各種方式提出了一些寶貴的意見和建議。會后起草組根據(jù)研討會內(nèi)容和專家建議對討論稿進(jìn)一步修改和完善；進(jìn)一步擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)對象的范圍，聯(lián)系了多家國內(nèi)外生產(chǎn)廠家進(jìn)行了多個型號的儀器的實(shí)驗(yàn)。起草組于2024年9月完成了規(guī)范的征求意見稿。向全國的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)、科研院所以及相關(guān)的儀器生產(chǎn)企業(yè)、使用者等進(jìn)行征求意見。四、制定規(guī)范主要參考的文件和依據(jù)本規(guī)范主要依據(jù)JJF1071—2010《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》進(jìn)行編制，JJF1001—2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》、JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》、JJF1094—2002《測量儀器特性評定》共同構(gòu)成支撐校準(zhǔn)規(guī)范制定工作的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范為首次制定，主要技術(shù)內(nèi)容和計(jì)量特性參考了GB/T7704—017《無損檢測X射線應(yīng)力測定方法》、JB/T9394—2011《無損檢測儀器X射線應(yīng)力測定儀技術(shù)條件》的部分內(nèi)容。五、規(guī)范的主要內(nèi)容及主要技術(shù)關(guān)鍵規(guī)范的主要內(nèi)容：1、按照J(rèn)JF1071—2010《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》的要求制定X射線殘余應(yīng)力測定儀校準(zhǔn)規(guī)范，在內(nèi)容和格式上與JJF1071—2010保持一致。校準(zhǔn)規(guī)范的具體內(nèi)容有范圍、概述、計(jì)量特性、校準(zhǔn)條件、校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)結(jié)果的表達(dá)、復(fù)校時間間隔等。2、參考GB/T7704—017《無損檢測X射線應(yīng)力測定方法》、JB/T9394—2011《無損檢測儀器X射線應(yīng)力測定儀技術(shù)條件》，并結(jié)合部分專家意見，最終確定X射線殘余應(yīng)力測定儀2項(xiàng)計(jì)量特性，分別是定量分析示值誤差和定量分析示值重復(fù)性。針對每一校準(zhǔn)項(xiàng)目，規(guī)定了使用的標(biāo)準(zhǔn)器/標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，明確了相應(yīng)的校準(zhǔn)操作。3、對規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)和校準(zhǔn)方法均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；依據(jù)JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》對儀器定量分析示值誤差測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了所采用的測量方法合理、可行。規(guī)范的主要技術(shù)關(guān)鍵：1、定量分析示值誤差及重復(fù)性：殘余應(yīng)力一般被認(rèn)為是一個很難準(zhǔn)確測量的參數(shù)。隨著X射線殘余應(yīng)力測定儀硬件（X射線管、探測器、窗口等）和分析軟件技術(shù)的發(fā)展，X射線殘余應(yīng)力測定儀的定量分析準(zhǔn)確度有了很大提高。但是，低殘余應(yīng)力（-100MPa~100MPa）測量仍然是一個技術(shù)難題，且測量結(jié)果的波動性較大；中殘余應(yīng)力（-500MPa~-100MPa、100MPa~500MPa）測量，以壓應(yīng)力為主，測量結(jié)果相對穩(wěn)定，準(zhǔn)確性比較高；高殘余應(yīng)力（-900MPa~-500MPa、500MPa~900MPa）測量，以壓應(yīng)力為主，在絕大部分材料中存在極少，因此本規(guī)范不涉及高殘余應(yīng)力范圍。對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)定方向的殘余應(yīng)力進(jìn)行測量，重復(fù)測量12次。一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的殘余應(yīng)力量值無法覆蓋全部范圍時，則選取多種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別進(jìn)行測量。分別計(jì)算殘余應(yīng)力12次測量結(jié)果的算術(shù)平均值，然后得到X射線殘余應(yīng)力測定儀定量分析的相對示值誤差，同時通過計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差得到殘余應(yīng)力定量分析