Разработка технологии измерения поля деформации в сварном шве

Научная библиотека Комментарии к записи Разработка технологии измерения поля деформации в сварном шве отключены

асп. Павлов В.А., доц., к.т.н. Завьялов С.В., доц. Волвенко С.В., асп. Бакир Н., проф. Гуменюк А.В., проф. Ретмейер М.// DSPA: ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова (Москва)

Рассмотрена актуальная проблема оценки деформации твердого тела оптическими методами применительно к процессу лазерной сварки. Предложен оптический метод, основанный на алгоритме Лукас-Канаде, измерения полного поля деформации локально, в непосредственной близости от фронта затвердевания. Для расчета полей деформации используется алгоритм Грина-Лагранжа. Предложенная методика оптического измерения позволяет определить реальные значения критической деформации для различных материалов, характеризующие возникновение горячих трещин в процессе лазерной сварки.

Введение

Образование трещин в твёрдом теле, в том числе в процессе лазерной сварки, является сложным явлением, поскольку на этот процесс влияет взаимодействие механических, тепловых и металлургических факторов. Трещины формируются на последних стадиях кристаллизации, основной причиной их появления является деформация. Измерение деформации поверхности материалов и конструкций, подвергнутых различным нагрузкам (например, механическая нагрузка или тепловая) является важной задачей экспериментальной механики твердого тела. Для решения данной задачи широко используются бесконтактные оптические методы [1]: интерферометрические, такие как, геометрический и интерференционный муар, голографическая и лазерная спекл-интерферометрия, теневой оптический метод каустик; неинтерферометрические, такие как, метод корреляции цифровых изображений (англ. Digital Image Correlation, DIC) [4], сеточный метод [2, 3], оптический поток (англ. optical flow) [4, 5].

Интерференционная метрология требует источник когерентного света. Измерения обычно проводятся в изолированной от вибраций оптической платформе в лаборатории. Интерференционные методы измеряют деформацию посредством записи разности фаз рассеянной световой волны от исследуемой поверхности объекта до и после деформации. Результаты измерений обычно представлены в виде интерференционных картин. При этом требуются дополнительные методы обработки интерференционной полосы и фазовый анализ.

Неинтерференционные методы определяют поверхностную деформацию, сравнивая изменения интенсивности изображения поверхности объекта до и после деформации, и обычно имеют менее строгие требования к экспериментальным условиям [8].

Одним из неинтерференционных оптических методов, широко используемых на практике, является метод DIC – бесконтактный оптический метод регистрации полей смещений и деформаций на поверхности объектов и элементов конструкций. Информация содержится в структуре или распределении пикселей с различным уровнем яркости черно-белого изображения. Основным предположением метода DIC является сохранение распределения пикселей на снимке при деформировании объекта. Допускается только перемещение, поворот, удлинение и/или искажение в соответствии с прикладываемой нагрузкой, т.е. предполагается однозначное соответствие между фотографиями.

Другим методом, получившим широкое распространение в последнее время, является метод вычисления «оптического потока»: изображение видимого движения, представляющее собой сдвиг каждой точки между двумя изображениями.

Исходя из предположения, что в обычном случае оптический поток несущественно отличается от поля движения, можно оценивать перемещения в серии изображений, изменяющихся во времени. Алгоритмы определения оптического потока широко используются в различных научных направлениях и практических задачах. В частности, для обнаружения и сопровождения движущихся объектов в видеопотоке, сжатия видеоданных и т.д.

Цель данной работы заключается в реализации метода оптического измерения полей смещения и деформации для нахождения состояния, предшествующего возникновению горячих трещин во время лазерной сварки.

Описание установки.

Для исследования процессов формирования горячих трещин в материале проводилась серия CTW-тестов – метод испытаний, разработанный в Федеральном институте исследований и испытаний материалов (Берлин) для исследования процессов формирования горячих трещин в лазерных сварных соединениях, в которых образец может подвергаться определенной деформации при сварке с заданной скоростью (рис. 1). Скорость деформации либо постоянна, либо линейно возрастает. Сварка проводилась дисковым лазером в фокальном положении +5 мм и скоростью сварки 20 мм/с. Длина хода лазера составляла 100 мм. Образец деформировался в процессе сварки в интервале от 1,5 до 2,66 секунды для достижения максимальной глобальной деформации 7% при скорости деформации 6%/с. Коаксиальная sCMOS-камера, встроенная в оптический путь сварочного лазера. Частота кадров съемки составляла 1170 кадров в секунду.

Полное содержание: https://www.elibrary.ru/contents.asp?id=36548399

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top