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焊接变形是指在焊接过程中，由于局部加热和冷却导致材料产生不均匀的热应力，从而引起的工件形状、尺寸的变化。准确测量焊接变形对于控制焊接质量、优化焊接工艺具有重要意义。常见的焊接变形测量方法主要包括以下几种：

一是接触式测量法，如使用千分尺、游标卡尺、三坐标测量机等工具直接测量焊后构件的尺寸变化。这类方法精度较高，适用于小型或规则结构的变形检测，但操作较为繁琐，且对某些复杂结构难以实施。

二是光学非接触测量法，包括激光扫描法、数字图像相关法（DIC）等。这些方法通过高精度光学设备获取焊接前后构件表面的形貌数据，进而分析变形情况。其优点是非接触、全场测量、精度高，适用于复杂结构和大尺寸构件的变形检测。

三是应变测量法，利用电阻应变片或光纤传感器等装置db63∕t 1859.1-2020 公路风积沙防治技术规范 第1部分：工程勘察设计，在焊接过程中或焊后实时监测材料内部的应变变化，从而推断出变形程度。该方法适合研究焊接残余应力与变形的关系，广泛应用于科研和工程试验中。

此外，还有虚拟仿真测量法，借助有限元分析软件对焊接过程进行模拟，预测可能产生的变形量。这种方法可在实际焊接前进行工艺优化，降低试错成本，是现代焊接工程中重要的辅助手段。

综上所述，不同焊接变形测量方法各有优劣，应根据具体应用场景选择合适的技术手段，也可多种方法结合使用，以提高测量的准确性与全面性。

(Welding Research Institute Shanghai Jiaotong University Shanghai 200030China)

ract :By analyzing the different methods for welding deformation it depicts the distinguishability and traits which offers on for methods measuring deformation.

在焊接过程中焊缝金属的热胀冷缩都受到周 围金属的拘束而不能自由伸缩导致工件在焊后存 在残余应力和残余变形。残余变形的存在不仅影响 结构的尺寸精度和外观而且有可能降低其承载能 力和机械性能因此控制和调整焊接变形是十分重 要。对焊接变形进行快速、准确的测量是评价控制 和调整焊接变形效果的必要手段同时也可用于验 证焊接变形数值模拟结果的合理程度。因此国内 外研究者都花费了大量的时间去设计各种方法对 焊接变形进行测量。焊接变形的测量方法大致可以 分为动态测量和静态测量两大类。前者需要在测量 变形的同时对温度加以测量然后借助于数值计算 得到变形量；后者不需测量温度，可以直接得到变 形量但是不能实现实时测量。

使用，当然对于那些变化缓慢的焊件可以通过不停 的重复卸下装上应变计进行读数。在测量变形的同 时测量测量点温度值如图1b中用热电耦这样就 可以借助数值计算的方法得出焊接构件的最终变 形量。图1给出了对焊缝纵向和横向测量的装置图。

b采用测量底脚和热电耦

图！焊缝横向和纵向应变的测量

该系统能够直接测量出高温区一点相对于构 件外参考点在焊接过程中的横、纵向位移得到该 点在焊接过程中的运动轨迹同时用热电耦测出这 点的温度经数值计算后得出焊件结构的变形量。 系统装置如图2所示A点为待测位移点B 点为热电偶埋点C、D、E点为螺栓压紧点焊件用 螺栓压紧。为了同时测量A点的横向与纵向位移在 A点垂直于钢板处点焊螺丝用专用卡具将一小方 块固定于螺丝上使其角度符合要求。安装传感器时 将基准点选择在工作台上定义坐标方向后进行 坐标转换即可得该点横向和纵向位移变化曲线。 通过传感器测量得到A点x'、y'向位移经坐

图 焊接过程位移测量试验装置示意图

标变换可得到焊接时A点横向（x方向）和纵向（方 向）的位移。转换坐标，可得到该点在焊接过程中的 运动轨迹同时通过热电耦测出A点的温度变化曲 线最终通过数值计算得到焊接变形。 动态的焊接变形测量虽然能够实时地测出焊 件的动态变形对于焊接数值计算有较好的验证效 果可以充分检验数值计算中的所做假设的合理性。 但是需借助于数值计算的方法才能得到最终的焊 接变形值其值误差较大精度较低不适应于焊接 变形的质量评估。

焊接变形的静态测量，依据所能测量的焊接变 形种类，可以分为3类测量的纵向和横向收缩变 形测量角变形和纵向挠曲变形能够测量所有焊 接变形种类的普适方法。

测量系统的示意图如图3所示在测量点（可 以多布几个）处打一个标点。在焊接前后测量标距 其数值的相应变化即为这个阶段焊接引起焊件变 形。为了提高测量精度所做标点要越小越好标距 的测定可用多种方法测定其精度与所测标点精度 相符。所以这种方法的精度受限于测量点的大小和 测量标距时产生的误差。

光干涉法的原理如图4所示。从光源S发出的 光线经过透镜L成为平行光人射到平面反射镜M 上光线经过M垂直射到平镜表面A在平镜A和 块规B构成的空气劈尖上下表面所引起的反射光 线将形成相干光并产生干涉条纹。因此焊件变形前 后在一定的距离范围V内干涉条纹的数量也相应 改变如图5所示。如采用钠光灯作为光源钠光波 长已知这样就可以根据相应公式计算得到试样的 长度变化量。此方法测量精度极高但是能测变形量 极小难以满足实际应用中大变形的测量需要。

2.1.3光电变形测量法

图6显示出了光电变形测量法的光学系统图。 由图可知：具有足够光强的白炽光源照射试样上的 标志标志通过真空容器窗口的平板玻璃、光管上的 斜方棱镜、物镜系统到分光镜反射成像在双象限 硅光电池上透射成像在瞄准分划板上通过目镜监 测。用两光管分别测量试样上标志和下标志的位移 量通过电路相减得到标志间的变形量。仪器总量标 志通过物镜放大后成黑色影像落在硅光电池引起 输出电压变化再经电子线路放大，由数显表读出 变形量。这种方法精度较高能测量较大的变形量。

图6光电测量机构的光路图

这种方法在实际生产中经常采用具有使用简 便、快速不需要任何与焊接相关特殊匹配等优点 可以粗略地评估焊接变形。图7所示的纵向挠曲的 测量，可在测量板上用拉线的方法进行（由于线的 下垂测量要在水平面上进行）。

角变形的测量以T形工件焊接为例如图8所示。 用钢板尺、刀口角尺、塞尺测得图中的6和f然后通 过几何公式θ=2arctg（b/f得出T形接头的角变形。

码相机（CCD）测量变形的流程图如图9所示

数码相机非接触式测量流程图

采用数码相机(CCD)对焊件拍摄并将拍摄到 的数字图片通过计算机上的串行口快速传入计算 机在计算机上将所得的数字图片经过二值化提取 出需要的图像区域以便于运用几何学中的概念进 行分析和描述。 在数字图像中宁02n3 管道及设备防腐保温，长度尺寸是以像素点表示实际 物体长度是以毫米表示为了找出两者的关系必须 用已知的标准尺寸做标定确定已知距离在图像中 的像素数n与相应尺寸x（单位mm）之间的关系。即

阮星谊等焊接变形测量方法

在二值化处理图像中提取出事先标定的测量 点通过图像处理程序测出测量点之间的像素n 根据式(1)计算出实际的距离将其与焊前测量的距 离比较可算出该焊接结构的残余收缩变形量。 同理该方法也可以检测试件的边缘经过几何 换算得到试件的角变形和纵向挠曲。该方法的精度 取决于数码相机的像素数的多少和所做记号的大小。

2.3.2利用双经纬仪测量焊接变形

双经纬仪三坐标测量原理如图10所示通过系 统(经纬仪站点A、B)的水平距离6和经纬仪关于测 量目标的水平角αA、α和竖直角ββ求出测 量点P的空间坐标同理焊接工件表面任何一点的 空间坐标都可以通过这个系统得到再经过坐标变 换并处理即可得到焊件的各种变形量。此方法通用 性极好但是手续繁杂计算量极大精确度也不高。

因此在实际应用中jtj 212-2006 河港工程总体设计规范，以上方法可能难以完全适 应生产和研究的需要。故需要根据实际要求对焊接 变形的测量方法进行选择和研究以求更好测量焊 接变形满足实际生产和研究需要。