第37卷第8期 2016年8月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
在线测量薄板煌缝区的变形
郭楠12，梁晋"2，龚春园"2，王晓光,2（1.西安交通大学机械制造系统工程国家重点试验室，西安710049：
2.广东顺德西安交通大学研究院，佛山528300）
Vol.37 August
No.8 2016
摘要：针对薄板在堆焊过程中焊缝区发生较大塑性变形的向题，提出一种基于数字图像弱相关技术的光学非接触在线测量焊接变形的方法，在焊接及冷却过程对焊缝区域全场及关键点的变形状态进行跟踪测量，获取变形规律。对Q235薄板进行钨极情性气体保护焊(TIG)堆焊试验，结果表明，垂直于薄板方向上的变形量远大于其余两个方向；薄板焊缝区在焊接过程中先呈凸起状，逐渐冷却后呈马鞍状；薄板焊缝关键点及焊缝区的面外变形量随焊接电流的增大而明显增大。此方法对验证薄板焊接变形的数值模拟预测和揭示焊接变形机理等具有重要的指导意义，
关键词：焊缝区；数字图像弱相关；焊接变形；测量
中图分类号：TG404 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2016)08-000104
像的测量是目前研究材料变形最常用的方法，
YangY等人【3]为控制焊接精度利用电子散斑
采用钙极情性气体保护焊（TIG）工艺的薄板焊
接结构件在制造业中应用广泛，掌握焊接变形规律、揭示变形机理对制造业有重要的意义．由于焊缝区在电弧经过时薄板局部温度从室温瞬间升高至 1000℃以上，温度梯度大、焊接速度快、薄板内部受力复杂，焊接时弧光产生的高亮光、烟雾等影响非接触融式测量的清晰度，高温容易损坏接触式测量器件，使得对焊缝区的变形测量比较困难，目前国内外对焊缝区变形过程的实时测量方法极其匮乏
目前对焊接变形规律的研究主要采用数值模拟1-3]和试验测量两种方法.基于热弹塑性和基于固有应变的数值模拟仿真日趋成熟，但是其理论仍然基于一定的假设，理想化程度高，缺少准确的试验验证手段．常用的高温试验测量方法可分为接触式和非接触式两种，接触式测量方法主要采用热电偶、高温应变片等进行高温变形测量，引伸计、应变片等接触融式测量方法在柔性材料、高温环境及材料的大变形测量使用时具有明显的局限性，只能测量有限点单个方向和有限的测量温度4]．光学测量方法属于非接触式测量，因其具有的非接触、全场、高灵敏度等特点被广泛应用，其中基于激光和基于数字图
收稿日期：2014-08-22
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51421004）；中央高校基本
科研业务费专项资金资助；广东省公益研究与能力建设专项资金（2014A010104003）资助
涉技术对焊接变形过程进行测量并对图像进行处理以提高精度；GorkicA等人"采用激光投影仪，对脉冲激光焊接过程中的变形进行拍摄，研究发现最终的变形取决于焊接激光脉冲宽度和间隙宽度； AraiT等人"采用基于电荷耦合元件（CCD）的激光位移计测量薄板焊接后的变形情况，验证了仿真模拟精度.数字图像相关法（DIC）1"I是一种可以实现全场的应变测量新型光测技术，具有操作方便、受环境影响小、全场测量的优点SuttonMA等人【"}最先将DIC技术用于650℃高温合金端变变形测量；Oce-likV等人采用三维DIC技术，得到薄板随时间变化的位移和应变曲线，测量数据能够帮助优化激光熔覆参数来阻止高应变的形成：StryckerMD等人ol采用DIC并结合位移传感器记录用TIG工艺焊接管子过程中应变的变化,结果表明,DIC非接触测量法能够很方便准确的测量出试样全场应变的瞬态变化量
基于数字图像相关技术的结构光测量法对环境和设备要求更低，更适合于工业现场的在线测量针对TIG堆焊薄板变形测量，文中采用一种基于数字图像弱相关方法设计试验并进行变形计算，实时跟踪焊缝区的变形状态，从而获取焊缝处的全场变形规律以及关键点的全过程变形曲线
数字图像弱相关方法
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数字图像相关技术的核心是对变形前后的两幅