三维光学测量技术用于低碳钢板焊接变形检测

商业 来源: 2021/7/8 8:21:12 阅读:133

一、项目背景

节能和大型轻量化结构是当代工业发展的一个重要方向,高强度薄壁件越来越多地应用于飞机、汽车、船舶、火车、桥梁等工业生产领域。焊接由于其良好的结构外观性、结构设计灵活性、节约成本等优点逐渐成为薄板加工的一种主要工艺。

众所周知,焊接容易引起弯曲变形、角变形、失稳变形等变形,而薄板在焊接过程中,失稳变形是一种常见的变形状况,发生失稳变形严重影响焊接件的结构完整性、装配精确性及外观形貌。

图片12_副本.jpg


二、原有检测方法

检测需求

获取焊接前后薄板三维形貌数据,通过对比分析全场变形,为数值模拟提供数据支撑,同时对比多种焊接技术焊接后薄板的变形量。

原有解决方案

用卷尺或者三坐标等工具测量有限个点的变形,或采用数值模拟的方法分析变形情况。

原有方案缺陷

过往客户采用的变形测量缺少更为准确全面的方法,无法准确得到薄钢板全场变形;采用数值模拟的方法,往往无法验证或与实际结果偏差很大。

 

三、新拓的检测方案

使用高精度蓝光工业级XTOM三维扫描仪,获取焊接前后薄钢板三维形貌数据,通过对比分析全场变形,为数值模拟提供数据支撑,同时比对多种焊接技术焊接薄钢板的变形量。

采用低碳薄钢板材料,焊接尺寸400mmX400mmX2.8mm,焊接工艺为MIG(熔化极惰性气体保护焊)、EBW(电子束焊)、CMT(冷金属过渡焊)、PAW(等离子弧焊)、TIG(钨极惰性气体焊)。

图片10_副本.jpg

采用高精度蓝光工业级XTOM三维扫描仪向薄钢板表面投射蓝色光栅,通过自动拼接获取整体形貌。焊接前后各进行一次数据采集,以焊接前数据为基准,分析焊接后的变形数据。

薄钢板产品测量结果

公差检测内容

1)分析焊接过程中,焊缝不均匀扩张和收缩发生的失稳变形

2)焊接前后焊接失稳变形量,不同焊接技术焊接薄钢板的变形量

3)焊接变形的特征及失稳变形的具体数值和位置

从检测色谱图可见,焊接后薄板整体都发生了不同程度的变形,CMT焊接变形量最小,TIG焊接变形量最大。沿纵向方向向下凹或向上凸,呈现出比较明显的马鞍形状,发生明显的焊接失稳变形。

 

CMT焊接变形分析

 

图:EBW焊接变形分析

 

图:MIG焊接变形分析

 

PAW焊接变形分析

 

图:TIG焊接变形分析

四、检测方案价值

使用新拓三维XTOM蓝光三维扫描仪对薄钢板焊接变形进行检测,结合失稳变形机制、大变形理论、固有应变法等数值模拟技术,将实际值与理论值进行对比,实际测量结果与模拟结果在变形分布和幅值都比较接近。三维光学测量技术分析薄板焊接失稳变形,为数值模拟提供了实验依据,为后续进一步研究屈曲变形提供了一种新的方法。



相关文章