[发明专利]基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法

说明书

基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，焊接前的预处理；焊接后，焊接试板进行垂直于焊缝中截面的切割，对切割后的试板进行XJTU‑OM拍摄，得到计算出的测量点云数据；并标记切割后的两个平面为切割面A、B；测量点云数据采用Geomagic qualify挤压扫描数据带宽度进行初步去噪拟合，得到初次去噪点云；将步骤三得到的初次去噪点云通过MATLAB按照网格大小均值去噪，点与点之间插值出轮廓数据，进而得到切割面A、B拟合轮廓；将XJTU‑OM所测切割面A拟合轮廓进行镜像，然后对两个切割面A、B轮廓进行逐点平均，通过MATLAB生成带有位移偏差的模型，供最终弹性计算使用；应力计算与分析，本发明具有对焊接件残余应力测试具有重要的理论和工程价值的优点。

技术领域

本发明涉及工程测量残余应力领域，特别涉及基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法。

背景技术

残余应力的测试发展至今，出现了针对不同工况下的数十种测试方法，分为机械(破坏性)测定法和物理(非破坏)测定法，其各自有优缺点。残余应力的破坏性测量基本原理是切除工件一部分材料，残余应力的释放导致切除部位发生变形，测量出该处的应变，并根据胡克定律便可得到其残余应力大小。破坏性方法有盲孔法，切条法，弹性变形法等，其中采用得较多的是小孔法，小孔法凭借着操作简单，适用于测量应力梯度变化较大的焊接构件，并且对构件破坏性小等优点，在近年来得到了普遍采用，已经成为了现场实测的标准方法。非破坏性方法包括X射线衍射法、中子衍射法、超声波法等，它们的主要优点是无损检测，精度较高，非破坏性方法使用较多的是X射线衍射法。但这两种常用方法都测量的是表面残余应力，无法测量工件内部残余应力。而其他的内部残余应力测试方法，如逐层剥削法，裂纹柔度法可以测量厚板均匀残余应力分布状态，但对于应力梯度变化较大的焊接残余应力场，则不能准确测量出纵向应力和横向应力梯度，且复杂繁琐，而中子衍射法成本太高，耗时且受限于大尺寸构件。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供提供了基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，该方法操作简单，测试效率高，不受测试件厚度和组织的影响，并能够得到结构件内部残余应力分布，且不受制于应力分布梯度的影响。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于三维光学测量技术和轮廓法测试焊接接头残余应力的方法，其步骤为：

步骤一：焊接前，先将待测试板进行去应力退火，再将热处理后的待测试板打磨去氧化皮并用丙酮擦洗干净，最后焊接；

步骤二：焊接后，对步骤一中的焊接试板进行垂直于焊缝中截面的切割，对切割后的试板进行XJTU-OM拍摄，得到计算出的测量点云数据；并标记切割后的两个平面为切割面A、B；

步骤三：将步骤二中得到的测量点云数据采用Geomagic qualify挤压扫描数据带宽度进行初步去噪拟合，得到初次去噪点云；

步骤四：将步骤三得到的初次去噪点云通过MATLAB按照网格大小均值去噪，点与点之间插值出轮廓数据，进而得到切割面A、B拟合轮廓；

步骤五：将XJTU-OM所测切割面A拟合轮廓进行镜像，然后对两个切割面A、B轮廓进行逐点平均，通过MATLAB生成带有位移偏差的模型，供最终弹性计算使用；

步骤六：应力计算与分析：将步骤五得到的模型，划分均匀有限元网格，输入待测试板物理参数；将离散化的轮廓按照节点位移加载到切面上，然后在待测试板上任意两个顶点处施加约束，防止其发生刚性移动；选择ANSYS瞬态计算，设置时间分析步，时间为20s，步长为60。

进一步的，所述的步骤二中采用慢走丝线切割机床对焊接后的试板进行垂直于焊缝中截面的切割，慢走丝切割采用200μm直径的铜丝，在去离子水中慢速切割，切割速度为20mm²/min。