機床商務網公司動態
新拓三維應變測量系統在薄板焊接失穩測量中的應用
閱讀：93 發布時間：2022-8-9隨著節能減排要求的提高以及零件輕量化趨勢的加速，推動著包括高強度鋼、鋁合金、工程塑料以及復合材料等在內的薄壁輕量化材料在不同領域的應用。
薄壁件結構在焊接過程中，焊接變形是影響焊接產品加工精度、外部形狀和結構性能的重要因素，是工業生產中迫切需要解決的問題。
焊接失穩變形成因復雜，通過數值模擬存在明顯的缺點和不足，單純從理論上預測分析無法準確反映出實際焊接變形情況。
采用三維光學測量技術，結合數值模擬分析可有效解決這一難題，對探究薄板焊接失穩變形是一個更為精確定量的方案。
薄板焊接過程全場變形測量
由于焊接變形機理的復雜性，高溫焊接時材料性能參數難以測定等因素，有限元分析預測焊接件的焊接變形和應變，數值模擬結果一般與實際工況相差較大。
在實驗測量方法選擇中，采用接觸式傳感器如應變計、位移傳感器等傳統的測量方法，無法測量焊接件全場變形。
高溫焊接溫度變化快，變形速度較快，變形量較大，接觸式測量方法難以充分接近焊縫區域，同時測點易阻擋焊槍軌跡，這種方法使用受限。
數字圖像相關法技術（DIC），是實驗力學領域一種非常重要的光學測量方法。新拓三維XTDIC三維全場應變測量系統，采用非接觸式測量方式，可用于金屬薄板焊接時產生的高溫變形測量，與傳統方法相比，XTDIC系統可以更全面、更直觀、更高效地測量高溫焊接金屬薄板表面三維應變場。
考慮到高溫高強光的環境，XTDIC三維全場應變測量系統鏡頭搭配濾光片，制斑選擇耐高溫自噴漆，并且工業相機在下方拍攝，上方焊接的方式進行。XTDIC系統軟件算法通過圖像匹配前加入濾波處理等方法，使計算區域更接近焊點位置，擴大測量區域顯示的范圍。
在高溫焊接過程中，采用XTDIC測量系統采集薄板背面圖像，同時采用傳統的位移計采集薄板上方數據，并將測量數據進行對比，驗證數字圖像相關法的合理性；將XTDIC系統和位移計方法在測量點處獲得的薄板表面變形數值用曲線繪制，可看出兩種方法的測量結果基本一致。
全場動態變形測量
利用XTDIC系統對鋼板焊接進行測量計算，可獲取焊接過程中3個方向的位移場；從圖中可看出，焊縫區變形量，冷卻后Z向位移出現明顯的馬鞍形狀；薄板產生較明顯的橫向收縮變形和彎曲變形。
焊接過程中X、Y、Z三個方向的位移：
焊接剛完成X、Y、Z三個方向的位移：
*冷卻后X、Y、Z三個方向的位移：
采用非接觸式XTDIC三維全場應變測量系統，能夠可靠地計算薄板件在整個焊接過程中表面的變形場，為研究焊接變形規律提供優選的解決方案。
薄板焊接尺寸偏差檢測
薄板焊接容易引起彎曲變形、角變形、失穩變形等變形，而薄板在焊接過程中，失穩變形是一種很常見的變形，發生失穩變形將嚴重影響焊件的結構完整性、裝配精確性及外觀形貌。
采用新拓三維XTOM藍光三維掃描儀，通過全尺寸掃描采集，對薄板的失穩變形進行精確測量，得到焊接變形的精確數值，并結合基于固有應變法的數值模擬分析，對低碳鋼薄板焊接變形的機理進行研究。
基于XTOM藍光三維掃描儀采集數據，輸出3D數據模型，與薄板焊接前進行比對，輸出高溫焊接變形測量云圖。從圖中可以看出，金屬薄板焊后發生了很大的變形，與金屬薄板實物的變形結果是一致的。
通過與有限元分析模擬結果比對可以看出，無論在變形形態還是在幅值上，都與XTOM藍光三維掃描儀測量結果很接近，在幅值上的細微偏差是由于薄板初始狀態不平整，對焊后變形有一定的影響，而在建模形態是建立一個理想平板。以下是有限元模擬結果。
三維光學測量技術能夠對焊接變形進行精確測量，通過對薄板焊接全場變形進行測量，為焊接失穩模擬分析提供更加準確的數據依據，并結合有限元數值模擬，準確地對薄板失穩變形進行預測，為進一步探索屈曲變形產生機理，提供準確、可靠的解決方案。