焊接变形测量系统与焊接材料发展

焊接变形测量系统，位移平台与工件均置于工作台上，千分表通过磁性表座固定于位移平台上，位移平台通过其驱动步进电机或手轮带动千分表作直线运动。安装时调整磁性表座的表架使千分表表头位于工件上方并且千分表测头与工件表面待测点竖直接触，调整位移平台与工件相对位置使得千分表测头能沿工件上的标记线来回直线运动。在使用过程中先通过千分表测得焊接前工件上每个标记点的读数，然后驱动位移平台将千分表移出工件上方空间直至与焊接头焊接时无干涉的位置，再进行激光焊接，待焊接结束工件冷却完成后，移回千分表再次获得每个标记点读数，每个标记点两次读数的变化量即为该点的变形。

相对于常规焊接方法而言，激光焊接产生的变形很小，因此给焊接变形的测量带来了困难。在现有的测量方法中，利用应变计或位移传感器测量的方法以及利用数码相机或CCD测量等动态测量的方法虽然能够实现实时测量，但是构建所需的测量系统平台需要花费较多的时间，测量精度与测量结果是否准确也依赖于标定坐标的准确性或像素的大小，因而很容易引入测量误差；光干涉方法的测量量程属于微米级，并且需要的测量设备，所以不适合本文中激光焊接变形的测量；而应用百分表等检测仪表测量焊接变形的方法理论简单成熟，设备通用普遍，可操作性强，但由于其属于接触式测量，焊接过程中百分表的机械底脚需要固定于焊件的测量点上，因而焊接过程中温度的变化可能会对其测量精度造成相应影响，同时焊件上每一测量点需要对应固定一个百分表，因此多点的测量容易造成百分表安装固定的困难以及与焊接头的运动相干涉等问题，同样不太适用于本文中钛合金薄板平面外纵向挠曲变形的测量。

为了了解钛合金薄板激光焊接过程中的变形特点，进而设计合适的变形测量方法与建立焊接变形测量装置平台，本文采用相机拍摄了1.5mm厚TC4钛合金薄板的激光焊接及冷却过程，发现板件在激光束加热的过程中并没有发生失稳变形，而是在焊接结束后板件开始冷却的过程中发生变形，并且变形量也随着冷却时间的增加而变大，直至后期达到较大变形后稳定下来。因此，只需要通过百分表或千分表获得焊件上某一点焊接前与冷却完成后沿某一方向的坐标变化，即可获得该点在该方向上的焊后变形量，这样便避免了焊接过程中温度的变化给测量精度带来的影响。另外，为了减少百分表或千分表的使用数目，避免焊接过程中机械底脚与温度变化的焊件表面的接触带来误差以及焊接时测量仪表与焊接头的运动干涉，可将千分表通过磁性表座固定在位移平台上，使其可以跟随位移平台移动以避开焊接过程中与工件的接触。

中国钢材及焊材的消费量仍有持续增长的趋势，在工业化和城镇化发展的大环境下，敦促着焊接钢种及焊接材料的较新换代，鞭策着焊接技术的发展。焊接材料产品的发展战略逐步转移，由自动化程度较高的高速智能型产品逐步替代手工型产品，手工电焊条产品逐步向高强、高韧、低氢、环保方向发展，以满足不同钢种，不同焊接结构，不同服役条件下的不同焊接技术要求。研制节能减排、高速优良的新型焊接材料势在必行。

焊接材料的应用和发展影响着焊接技术的发展，钢材品质的提升及品种的完善，各类装备制造业、基础设施和工程的品质提升，对焊接材料都提出较高的技术要求，例如重型机械、石油化工、管线容器、核电水电、道桥车辆、舰船宇航和大型建筑工程等。