【摘要】：焊接質(zhì)量控制是焊接過(guò)程中重要的研究課題,優(yōu)良的焊接質(zhì)量是保證焊接結(jié)構(gòu)使用性能的重要因素。在焊接過(guò)程中,由于焊接接頭受到不均勻的溫度場(chǎng),造成焊接結(jié)構(gòu)件上應(yīng)力應(yīng)變的分布不均勻,焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致接頭進(jìn)一步失效,帶來(lái)結(jié)構(gòu)、設(shè)備安全隱患。對(duì)關(guān)鍵焊接結(jié)構(gòu)接頭部位的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量及表征,從而對(duì)焊接接頭進(jìn)行有效的控形、控性。同時(shí),焊接過(guò)程成形、接頭熱影響區(qū)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的獲取也是焊接結(jié)構(gòu)完整性的重要評(píng)估依據(jù)。因此,對(duì)焊接過(guò)程中液態(tài)熔池圖像、接頭熱影響區(qū)高溫應(yīng)變和精確表征和分析對(duì)焊接質(zhì)量控制具有指導(dǎo)意義。首先,本文搭建了機(jī)器人弧焊試驗(yàn)系統(tǒng),研制了一套適用于不銹鋼機(jī)器人TIG焊的液態(tài)視覺(jué)傳感單元、焊接全場(chǎng)高溫應(yīng)變?cè)诰�測(cè)量及表征傳感單元,開展了304不銹鋼TIG焊多層多道焊接工藝試驗(yàn),并分別對(duì)熔透、未熔透狀態(tài)的焊接液態(tài)熔池、接頭熱影響區(qū)全場(chǎng)高溫應(yīng)變?cè)诰�測(cè)量及表征研究。其次,圍繞焊接熱影響區(qū)全場(chǎng)高溫應(yīng)變?cè)诰�測(cè)量與表征,優(yōu)化設(shè)計(jì)了熱影響區(qū)焊接高溫散斑的制備算法,生成了具備幾何形狀多樣性、隨機(jī)性的高溫散斑。同時(shí),基于數(shù)字圖像相關(guān)法原理,開發(fā)了焊接全場(chǎng)高溫應(yīng)變?cè)诰�測(cè)量及處理的算法,通過(guò)采用高效的IC-GN迭代算法、簡(jiǎn)化的雙三次插值法、優(yōu)化采樣大小和頻率、去除程序冗余步驟等技術(shù)手段,提高了應(yīng)變計(jì)算速度,實(shí)現(xiàn)了焊接全場(chǎng)高溫應(yīng)變?cè)诰�測(cè)量。結(jié)合304不銹鋼機(jī)器人多層多道焊工藝試驗(yàn),進(jìn)行了打底、填充和蓋面焊的液態(tài)熔池圖像采集,鑒于熔池圖像處理的完整性和高效性,開發(fā)了ASM算法,對(duì)液態(tài)熔池圖像進(jìn)行處理,獲得了熔池幾何形狀參數(shù),比較了不同熔透狀態(tài)打底焊熔池特征,并給出了定量和定性的評(píng)價(jià)方法。研究了不同熔透狀態(tài)下的熔池圖像、焊接熱影響區(qū)應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系,焊透的打底焊焊縫熔池表面形狀不平整,提取的熔池前端輪廓有明顯的凹陷狀態(tài),近焊縫區(qū)域應(yīng)變值低于未焊透的打底焊近焊縫點(diǎn)。而未焊透的打底焊焊縫熔池表面平整,熔池前端輪廓光滑平緩,近焊縫區(qū)域應(yīng)變值較高。最后,針對(duì)304不銹鋼機(jī)器人TIG多層多道焊,融合焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程熔池形貌特征、接頭熱影響區(qū)高溫應(yīng)變,構(gòu)建了焊接接頭監(jiān)控方法和評(píng)價(jià)機(jī)制,為后續(xù)焊接成形及性能控制進(jìn)行了有益探索。
【圖文】：

3 圖1-1 小孔法應(yīng)力釋放示意圖[2]Fig.1-1 Schematic diagram of the measuring strain hole-drilling method壓痕應(yīng)變法是一種新型測(cè)量殘余應(yīng)力的方法之一，它利用了有限元思想和實(shí)驗(yàn)標(biāo)定法，試圖探究壓痕四周的殘余應(yīng)力大小變化規(guī)律。該方法將球形壓痕制造于殘余應(yīng)力場(chǎng)中，獲得附加應(yīng)力場(chǎng)，采用應(yīng)變敏感元件測(cè)量得到壓痕周邊的位移改變值，進(jìn)而得到殘余應(yīng)力。該方法在國(guó)內(nèi)雖已有商品化設(shè)備可使用，然而相關(guān)的應(yīng)變場(chǎng)疊加原理有待商榷，還需進(jìn)一步證明壓痕周圍的位移、應(yīng)力、應(yīng)變改變規(guī)律。另外，壓痕法存在著應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算關(guān)系需實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，，母材的屈服強(qiáng)度之差造成的較大測(cè)量誤差等缺陷[3]。應(yīng)變片／應(yīng)變計(jì)測(cè)量法是目前使用領(lǐng)域最多，操作簡(jiǎn)便的一種測(cè)量方法，主要方式有電阻式應(yīng)變計(jì)。在焊接加熱過(guò)程中

在材料大變形非接觸測(cè)量中具有突出的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于形變量較小的變形缺乏精確度。圖1-2 簡(jiǎn)單的數(shù)字圖像相關(guān)法系統(tǒng)示意圖[8]Fig.1-2 Simple digital image correlation system光測(cè)量法中的數(shù)字圖像相關(guān)法（Digital Image Correlation，DIC）是一種新興的變形測(cè)量方法，該方法利用相機(jī)和輔助光源進(jìn)行采像，通過(guò)對(duì)變形前圖像和變形后圖像進(jìn)行匹配計(jì)算得到應(yīng)變，圖1-2為簡(jiǎn)單的數(shù)字圖像相關(guān)法系統(tǒng)示意圖[8]。由于數(shù)字圖像相關(guān)法相對(duì)于其他方法的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到了廣泛研究和應(yīng)用。首先，DIC測(cè)量方法對(duì)環(huán)境條件、設(shè)備條件的要求相對(duì)寬松，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建較容易，便于實(shí)際應(yīng)用；其次，DIC是一種非接觸測(cè)量
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG441.7;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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3 曾曉虹;向凱;宋瑞艷;;焊接應(yīng)力和焊接變形控制[J];石油化工設(shè)備;2009年02期

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5 孟立春;路浩;劉雪松;陳大軍;方洪淵;;焊接結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)殘余應(yīng)力超聲波法無(wú)損測(cè)量研究發(fā)展[J];電焊機(jī);2008年03期

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7 孟利波;金觀昌;姚學(xué)鋒;羅敏;;數(shù)字散斑相關(guān)方法及其在碳纖維復(fù)合材料壓力容器變形測(cè)量中的應(yīng)用[J];光學(xué)技術(shù);2006年02期

8 尤玉虎,周孝寬;數(shù)字圖像最佳插值算法研究[J];中國(guó)空間科學(xué)技術(shù);2005年03期

9 王建軍,林濤,陳善本;鋁合金TIG焊熔池圖像的獲取與處理[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2003年05期

10 趙冬斌,陳善本,吳林,陳強(qiáng);填絲脈沖GTAW熔池形狀定義和圖像處理[J];焊接學(xué)報(bào);2001年02期

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本文編號(hào)：2705713