隨著節(jié)能減排要求的提高以及零件輕量化趨勢(shì)的加速，推動(dòng)著包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金、工程塑料以及復(fù)合材料等在內(nèi)的薄壁輕量化材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　薄壁件結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中，焊接變形是影響焊接產(chǎn)品加工精度、外部形狀和結(jié)構(gòu)性能的重要因素，是工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的問(wèn)題。

　　焊接失穩(wěn)變形成因復(fù)雜，通過(guò)數(shù)值模擬存在明顯的缺點(diǎn)和不足，單純從理論上預(yù)測(cè)分析無(wú)法準(zhǔn)確反映出實(shí)際焊接變形情況。

　　采用三維光學(xué)測(cè)量技術(shù)，結(jié)合數(shù)值模擬分析可有效解決這一難題，對(duì)探究薄板焊接失穩(wěn)變形是一個(gè)更為精確定量的方案。

　　薄板焊接過(guò)程全場(chǎng)變形測(cè)量

　　由于焊接變形機(jī)理的復(fù)雜性，高溫焊接時(shí)材料性能參數(shù)難以測(cè)定等因素，有限元分析預(yù)測(cè)焊接件的焊接變形和應(yīng)變，數(shù)值模擬結(jié)果一般與實(shí)際工況相差較大。

　　在實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法選擇中，采用接觸式傳感器如應(yīng)變計(jì)、位移傳感器等傳統(tǒng)的測(cè)量方法，無(wú)法測(cè)量焊接件全場(chǎng)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(cè)量方法難以充分接近焊縫區(qū)域，同時(shí)測(cè)點(diǎn)易阻擋焊槍軌跡，這種方法使用受限。

　　數(shù)字圖像相關(guān)法技術(shù)（DIC），是實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域一種非常重要的光學(xué)測(cè)量方法。新拓三維XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，采用非接觸式測(cè)量方式，可用于金屬薄板焊接時(shí)產(chǎn)生的高溫變形測(cè)量，與傳統(tǒng)方法相比，XTDIC系統(tǒng)可以更全面、更直觀、更高效地測(cè)量高溫焊接金屬薄板表面三維應(yīng)變場(chǎng)。

　　考慮到高溫高強(qiáng)光的環(huán)境，XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)鏡頭搭配濾光片，制斑選擇耐高溫自噴漆，并且工業(yè)相機(jī)在下方拍攝，上方焊接的方式進(jìn)行。XTDIC系統(tǒng)軟件算法通過(guò)圖像匹配前加入濾波處理等方法，使計(jì)算區(qū)域更接近焊點(diǎn)位置，擴(kuò)大測(cè)量區(qū)域顯示的范圍。

　　在高溫焊接過(guò)程中，采用XTDIC測(cè)量系統(tǒng)采集薄板背面圖像，同時(shí)采用傳統(tǒng)的位移計(jì)采集薄板上方數(shù)據(jù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證數(shù)字圖像相關(guān)法的合理性；將XTDIC系統(tǒng)和位移計(jì)方法在測(cè)量點(diǎn)處獲得的薄板表面變形數(shù)值用曲線繪制，可看出兩種方法的測(cè)量結(jié)果基本一致。

　　全場(chǎng)動(dòng)態(tài)變形測(cè)量

　　利用XTDIC系統(tǒng)對(duì)鋼板焊接進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，可獲取焊接過(guò)程中3個(gè)方向的位移場(chǎng)；從圖中可看出，焊縫區(qū)變形量最大，冷卻后Z向位移出現(xiàn)明顯的馬鞍形狀；薄板產(chǎn)生較明顯的橫向收縮變形和彎曲變形。

　　焊接過(guò)程中X、Y、Z三個(gè)方向的位移：

　　焊接剛完成X、Y、Z三個(gè)方向的位移：

　　完全冷卻后X、Y、Z三個(gè)方向的位移：

　　采用非接觸式XTDIC三維全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，能夠可靠地計(jì)算薄板件在整個(gè)焊接過(guò)程中表面的變形場(chǎng)，為研究焊接變形規(guī)律提供優(yōu)選的解決方案。

　　薄板焊接尺寸偏差檢測(cè)

　　薄板焊接容易引起彎曲變形、角變形、失穩(wěn)變形等變形，而薄板在焊接過(guò)程中，失穩(wěn)變形是一種很常見(jiàn)的變形，發(fā)生失穩(wěn)變形將嚴(yán)重影響焊件的結(jié)構(gòu)完整性、裝配精確性及外觀形貌。

　　采用新拓三維XTOM藍(lán)光三維掃描儀，通過(guò)全尺寸掃描采集，對(duì)薄板的失穩(wěn)變形進(jìn)行精確測(cè)量，得到焊接變形的精確數(shù)值，并結(jié)合基于固有應(yīng)變法的數(shù)值模擬分析，對(duì)低碳鋼薄板焊接變形的機(jī)理進(jìn)行研究。

　　基于XTOM藍(lán)光三維掃描儀采集數(shù)據(jù)，輸出3D數(shù)據(jù)模型，與薄板焊接前進(jìn)行比對(duì)，輸出高溫焊接變形測(cè)量云圖。從圖中可以看出，金屬薄板焊后發(fā)生了很大的變形，與金屬薄板實(shí)物的變形結(jié)果是一致的。

　　通過(guò)與有限元分析模擬結(jié)果比對(duì)可以看出，無(wú)論在變形形態(tài)還是在幅值上，都與XTOM藍(lán)光三維掃描儀測(cè)量結(jié)果很接近，在幅值上的細(xì)微偏差是由于薄板初始狀態(tài)不平整，對(duì)焊后變形有一定的影響，而在建模形態(tài)是建立一個(gè)理想平板。以下是有限元模擬結(jié)果。

　　三維光學(xué)測(cè)量技術(shù)能夠?qū)附幼冃芜M(jìn)行精確測(cè)量，通過(guò)對(duì)薄板焊接全場(chǎng)變形進(jìn)行測(cè)量，為焊接失穩(wěn)模擬分析提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，并結(jié)合有限元數(shù)值模擬，準(zhǔn)確地對(duì)薄板失穩(wěn)變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，為進(jìn)一步探索屈曲變形產(chǎn)生機(jī)理，提供準(zhǔn)確、可靠的解決方案。