Abstract
In this study, the influence of different measurement parameters of energy dispersive residual stress measurements on the obtained residual stress depth profiles of deep rolled construction steel S355 G10+M was investigated. Especially the diffraction angle θ and afterwards the measuring time t per inclination angle ψ were varied. A diffraction angle of θ = 20° shows an acceptable compromise between achievable information depth and detected total intensity of diffracted X-ray quanta. Furthermore, a measuring time per inclination angle ψ of t = 2,400 s leads to an acceptable standard deviation regarding the determined residual stress states. With these parameters for the energy-dispersive measurement, a comparison between angle-dispersive and energy-dispersive determination of residual stress depth profiles was carried out. Quantitative similarities between these two methods were observed, whereby the energy-dispersive determined residual stress depth profiles are rather discontinuous. A possible explanation could be found in the model used for the calculation of the net-plane-dependent radiographic elastic constants (XEC). In general, the energy-dispersive residual stress measurement was qualified for the determination of residual stress depth profiles of deep rolled construction steel. Based on the findings, a time-efficient non-destructive residual stress measurement can be carried out in the future with the discussed measurement parameters at maximum possible information depth.
Kurzfassung
In dieser Studie wurde der Einfluss unterschiedlicher Messparameter bei der energiedispersiven Eigenspannungsmessung auf die erhaltenen Eigenspannungstiefenverläufe an festgewalztem Baustahl S355 G10+M untersucht. Speziell wurden der Beugungswinkel θ und anschließend die Messzeit t pro Kippwinkel ψ variiert. Ein Beugungswinkel von θ = 20° zeigt einen akzeptablen Kompromiss zwischen erreichbarer Informationstiefe und detektierter Gesamtintensität gebeugter Röntgenquanten. Ferner führt eine Messzeit pro Kippwinkel ψ von t = 2.400 s zu einer akzeptablen Standardabweichung in Bezug auf die Ermittlung der Eigenspannungszustände. Mit diesen Parametern für die energiedispersive Messung wurde ein Vergleich zwischen winkeldispersiver und energiedispersiver Bestimmung von Eigenspannungstiefenverläufen durchgeführt. Es wurden quantitative Übereinstimmungen zwischen den beiden Verfahren beobachtet, wobei die energiedispersiv ermittelten Eigenspannungstiefenverläufe eher unstetig verlaufen. Eine mögliche Begründung könnte in dem zur Auswertung verwendeten Modell für die Berechnung der netzebenenabhängigen röntgenographischen, elastischen Konstanten (REK) liegen. Generell wurde die energiedispersive Eigenspannungsmessung für die Bestimmung von Tiefenverläufen in festgewalztem Baustahl qualifiziert. Basierend auf den Erkenntnissen kann zukünftig mit den erörterten Messparametern eine zeiteffiziente zerstörungsfreie Eigenspannungsmessung bei maximal möglicher Informationstiefe durchgeführt werden.
References
1. Farajian, M.; Nitschke-Pagel, T.; Dilger, K.: Stability and Relaxation of Welding Residual Stresses. Materials Science Forum (2011), pp. 55–60, 10.1002/201000194Search in Google Scholar
2. Totten, G.; Howes, M.; Inoue, T.: Handbook of residual stress and deformation of steel. ASM International, Materials Park, Ohio, USA, 2002. – ISBN 0-87170-729-2Search in Google Scholar
3. Giessen, B. C.; Gordon, G. E.: X-ray diffraction: new high-speed technique based on x-ray spectrography. Science159 (1968), pp. 973–975, 10.1126/science.159.3818.973-aSearch in Google Scholar
4. Genzel, C.; Krahmer, S.; Klaus, M.; Denks, I. A.: Energy-dispersive diffraction stress analysis under laboratory and synchrotron conditions: a comparative study. J. Appl. Crystallogr.44 (2011), pp. 1–12, 10.1107/S0021889810047898Search in Google Scholar
5. Marciszko, M.; Baczmański, A.; Klaus, M.; Genzel, C.; Oponowicz, A.; Wroński, S.; Wróbel, M.; Braham, C.; Sidhom, S.; Wawszczak, R.: A multireflection and multiwavelength residual stress determination method using energy dispersive diffraction. J. Appl. Crystallogr.51 (2018), pp. 732–745, 10.1107/S1600576718004193Search in Google Scholar
6. Tsakalakos, T.; Croft, M.; Jisrawi, N.; Holtz, R. L.; Zhong, Z.: Measurement of Residual Stress Distributions by Energy Dispersive X-ray Diffraction Synchrotron Radiation. Proc. of the Sixteenth International Offshore and Polar Engineering Conf., 28.05-02.06.06, San Francisco, California, USA, J. S. Chung; S. W. Hong; P. W. Marshall; T. Komai; W. Koterayama, ISOPE, Cupertino, 2006, pp. 57–64Search in Google Scholar
7. Denks, I. A.; Genzel, C.: Enhancement of energy dispersive residual stress analysis by consideration of detector electronic effects. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms262 (2007), pp. 87–94, 10.1016/j.nimb.2007.05.007Search in Google Scholar
8. Breidenstein, B.; Denkena, B.; Mörke, T.; Prasanthan, V.: Non-Destructive Determination of Residual Stress Depth Profiles of Hybrid Components by Energy Dispersive Residual Stress Measurement. KEM742 (2017), pp. 613–620, 10.4028/KEM.742.613Search in Google Scholar
9. Marciszko, M.: Diffraction study of mechanical properties and residual stresses resulting from surface processing of polycrystalline materials. Dissertation, AGH University of Science and Technology, Krakau, 2013Search in Google Scholar
10. Macherauch, E.; Müller, M.: Das sin²ψ-Verfahren der röntgenographischen Spannungsmessung. Zeitschrift für angewandte Physik13 (1961), pp. 305–312Search in Google Scholar
11. Breidenstein, B.; Denkena, B.; Prasanthan, V.: Energydispersive Residual Stress Determination. Proc. 2nd int. Conf.: Euro Hybrid – Materials and Structures. 20.-21.04.16, Kaiserslautern, Hausmann, J.; Siebert, M. (Eds.), Institut für Verbundwerkstoffe, Frankfurt, 2016, pp. 211–215Search in Google Scholar
12. Eigenmann, B.; Macherauch, E.: Röntgenographische Untersuchung von Spannungszuständen in Werkstoffen, Teil III. Mater Sci. & Eng. Technol.27 (1996), pp. 426–437, 10.1002/mawe.19960270907Search in Google Scholar
13. Eigenmann, B.; Macherauch, E.: Röntgenographische Untersuchung von Spannungszuständen in Werkstoffen, Teil II. Mater Sci. & Eng. Technol.26 (1995), pp. 199–216, 10.1002/mawe.19960270907Search in Google Scholar
14. Seltzer, S.: XCOM-Photon Cross Sections Database, NIST Standard Reference Database 8. National Institute of Standards and Technology, 1987, 10.18434/T48G6XSearch in Google Scholar
15. Genzel, C.: Entwicklung eines Mess- und Auswerteverfahrens zur röntgenographischen Analyse des Eigenspannungszustandes im Oberflächenbereich vielkristalliner Werkstoffe. Habilitationsschrift, Berlin, 1999Search in Google Scholar
16. Stock, C.: Analyse mehrachsiger Eigenspannungsverteilungen im intermediären Werkstoffbereich zwischen Oberfläche und Volumen mittels energiedispersiver Röntgenbeugung. Dissertation, Technische Universität Berlin, 2003Search in Google Scholar
17. Klaus, M.; Genzel, C.: Reassessment of evaluation methods for the analysis of near-surface residual stress fields using energy-dispersive diffraction. J. Appl. Crystallogr.52 (2019), pp. 94–105, 10.1107/S1600576718018095Search in Google Scholar
© 2020, Carl Hanser Verlag, München
