Описание Анализатор остаточных напряжений TD-RSD

 

Рентгеновский дифракционный анализатор остаточных напряжений Tongda TD-RSD – это высокопроизводительный стационарный прибор неразрушающего контроля, предназначенный для прецизионного измерения и картирования остаточных макронапряжений в поверхностных слоях материалов. Система оснащена двумя высокоскоростными симметрично расположенными площадными фотонно-счетными детекторами и мощным 3-кВт генератором, что обеспечивает высокую скорость сбора данных и исключительную точность измерений даже в сложных условиях эксплуатации. Прибор разработан для решения сложных задач контроля качества в машиностроении, металлургии и аэрокосмической отрасли, позволяя объективно оценивать влияние технологических процессов на напряженное состояние деталей.

 

 

Принцип работы

 

Принцип действия прибора основан на регистрации сдвига положения дифракционного максимума при изменении угла наклона образца относительно первичного пучка рентгеновского излучения (методы омега и пси). Изменение межплоскостного расстояния кристаллической решетки под действием механических напряжений фиксируется детекторами. Дополнительно применяется метод качания образца (oscillation technique), который значительно повышает точность измерения интегральной интенсивности дифракции за счет усреднения влияния крупного зерна. Программное обеспечение использует полные уравнения расчета напряжений без допущения о нулевом касательном напряжении, применяя методы линейной и эллиптической аппроксимации. Это позволяет одновременно и с высокой точностью определять как нормальные, так и касательные компоненты тензора напряжений.

 

 

Особенности и преимущества прибора

 

• Высокая точность и повторяемость измерений. Стандартное отклонение результатов при пяти последовательных измерениях на образце из свободного от макронапряжений железного порошка составляет менее ±7 МПа. Это гарантирует надежность данных при контроле критически важных узлов и деталей.
• Инновационная геометрия дифракции. Уникальная система с двумя детекторами поддерживает метод пси (Ψ) для оптимизации стандартных процедур, метод омега (Ω) для работы с образцами сложной геометрической формы, а также метод качания для повышения точности.
• Высокая скорость сбора данных и отсутствие насыщения. Применение парных высокоскоростных площадных фотонно-счетных детекторов обеспечивает общую скорость счета более 1×10⁹ имп/с. Это полностью исключает эффект технического насыщения, характерный для традиционных детекторов, гарантируя компактность, быстрый отклик и высочайшую чувствительность.
• Автоматизированное картирование напряжений. Трехосевой моторизованный столик в сочетании с мощным программным обеспечением позволяет автоматически строить 2D и 3D карты распределения главных напряжений, определяя их величину и направление в любой точке поверхности детали сложной геометрии.

 

 

Устройство и основные компоненты

 

Гониометрическая система и измерительная геометрия. Гониометр анализатора оснащен полностью автоматизированной системой компьютерного управления. В основе лежит тщательно спроектированный механизм регулировки угла и вертикальности рентгеновского пучка, обеспечивающий идеальное геометрическое соотношение между пучком и поверхностью образца. Система поддерживает бесшовное переключение между методами омега и пси и одновременное применение функции качания.

 

 

 

Интеллектуальная система позиционирования образца. Автоматизированный столик с перемещением по осям X и Y (240 мм), Z (500 мм) и вращением по оси фи (360°) предназначен для прецизионного позиционирования. Высокая грузоподъемность (50 кг, опционально до 100 кг) позволяет надежно фиксировать крупногабаритные промышленные детали. Система оснащена высокоточным устройством лазерного позиционирования и визуальным интерфейсом для мониторинга положения образца и статуса измерения в реальном времени.

 

 

 

Система регистрации (детекторы). Ядром измерительной системы являются два симметрично расположенных высокоскоростных площадных фотонно-счетных детектора. Общая скорость счета превышает 1×10⁹ имп/с, что полностью исключает техническое насыщение при длительной экспозиции. Такое симметричное расположение оптимизирует пространственную компоновку и обеспечивает максимальную эффективность и точность измерений.

 

 

 

Рентгеновская трубка. В качестве источника излучения используется мелкофокусная керамическая рентгеновская трубка со встроенной герметичной системой самоохлаждения. Данная конструкция обеспечивает непрерывную работу в режиме 24/7 с автоматической защитой от перегрева. Доступен широкий выбор материалов мишени (Cr, Cu, Mn, Co, V, Ti, Fe, Mo), что позволяет оптимально подобрать источник под исследуемый материал (например, хром для ферромагнитных сталей, медь для алюминиевых сплавов).

 

 

 

Программное обеспечение. Специализированное программное обеспечение включает комплексный модуль 3D-анализа напряжений. Поддерживается выбор из более чем 14 углов пси для каждого измерения. Доступны алгоритмы эллиптической и линейной аппроксимации профиля дифракционного пика (Гаусса, Лоренца, Пирсона VII, параболическая). Программа обеспечивает автоматическое построение карт распределения напряжений (stress contour maps) и расчет величины и направления главных напряжений. Результаты выводятся в комплексном виде: значения нормальных и касательных напряжений, интенсивность пика, интегральная ширина и ширина пика на полувысоте (FWHM) для оценки степени наклепа.

 

 

 

Система охлаждения.Чиллер анализатора TD-RSD предназначен для охлаждения рентгеновской трубки с помощью дистиллированной воды. Чиллер поставляется в комплекте и обеспечивает стабильную работу источника излучения при длительных измерениях. Использование ПЛК-системы (программируемый логический контроллер) повышает производительность прибора и позволяет значительно снизить энергопотребление генератора. Высоковольтный генераторный блок и система управления прибором, совместно с интерфейсным модулем ввода/вывода, разделены устройством оптической изоляции, что обеспечивает высокую безопасность работы операторов и увеличивает отказоустойчивость системы.

 

Чиллер TD-RSD	ПЛК контроллер TD-RSD

 

 

Области применения

 

Рентгеновский анализатор остаточных напряжений Tongda TD-RSD предназначен для решения широкого спектра задач в материаловедении, металлургии, производстве покрытий и научных исследованиях:

 

• Оптимизация параметров технологических процессов (шлифовка, дробеструйное упрочнение, сварка, термообработка) для управления напряженным состоянием.
• Повышение надежности и ресурса готовых изделий за счет входного контроля и мониторинга усталостной прочности.
• Снижение риска преждевременных отказов и трещинообразования в критически нагруженных узлах машин и конструкций.
• Ускорение циклов разработки и сертификации новых материалов и конструкционных решений.
• Анализ текстур и предпочтительной ориентации в керамике, композитах, тонких пленках и высокотемпературных сверхпроводящих материалах.

 

 

Доступные опции TD-RSD (раздел Опции дифрактометров):

 

• Моторизованная подстройка ножевого коллиматора
• Моторизация щелей
• Моторизация рентгеновской трубки
• Программный комплекс для фазового анализа
• Детекторы дифрактометров
• Рентгеновские трубки
• Поворотный держатель образца
• Опция низкого и среднего нагрева
• Малоугловое рентгеновское рассеяние
• Высокотемпературный нагрев
• Автоматический сменщик образцов
• Опция для исследования тонких пленок

 

 

Примеры дифрактограмм

 

Порошок кремния. Увеличение пика (111)

 

 

Полный спектр SiO₂. Частичное увеличение пяти пиков

 

 

Дифрактограмма Al₂O₃

 

 

О производителе

 

Компания Dandong Tongda Science & Technology (Tongda, Китай) — национальное высокотехнологичное предприятие, расположенное в провинции Ляонин. Основное направление деятельности: производство оборудования неразрушающего контроля и рентгеноаналитических систем. Предприятие работает при поддержке Министерства науки и технологий Китая и сертифицировано по стандартам ISO.

 

При поддержке крупных частных фондов Tongda разработала серию аналитических приборов, конкурирующих на мировом рынке с такими производителями, как Shimadzu, Rigaku, Bruker и другими. Продукция компании широко применяется в химии, машиностроении, геологии, добыче полезных ископаемых, металлургии, нефтехимии, фармацевтике и других отраслях.