基于局部焊縫幾何形态的雷射-MAG混合焊接接頭疲勞強度表征
自2000年以來，高分辨率和高精度的光學場測量系統的發展使得焊接幾何形狀的準确測量成為可能，包括焊縫長度沿着焊縫的随機變化。近年來，這已被應用于研究焊接幾何參數對疲勞性能的影響。
全局幾何測量采用了商業光學測量系統GOM有限公司 。ATOS掃描器采用三角測量原理，利用投射到物體上的藍光條紋圖案記錄立體圖像，并計算每個資料點的三維坐标。為避免表面反射，使用了噴塗塗料。
ATOS掃描器的精度取決于用于掃描試件的測量體積；目前的測量精度為0.48毫米，測量體積為1200毫米。每個試件從所有側面進行掃描，生成了全局幾何的三維數字模型，用于宏觀幾何測量和誤差分析。
從每個試件中提取了約10個二維幾何剖面，并使用矩陣實驗室程式自動化測量誤差，如[7]所述。還測量了疲勞關鍵焊縫趾部的焊縫過渡半徑(R)。焊縫過渡半徑為R=0.17-1.76毫米和R=1.32-5.95毫米，分别對應于A系列和B系列。
根據國際焊接學會建議中的定義，計算了錯台量。軸向錯台量（e）的絕對值在試驗系列中變化在0.007到0.29毫米之間，角度錯台（α）在0.012到0.407°之間。
疲勞試驗結果采用結構應力方法進行分析，根據國際焊接學會推薦考慮每個試樣的錯位對疲勞性能的影響，并與FAT90設計曲線進行比較。兩個測試系列的疲勞強度明顯優于FAT90設計曲線；觀察到系列之間的疲勞性能存在顯著差異。
與最佳拟合斜率相比，系列B在兩百萬個循環時的結構應力疲勞強度約高出系列A約50％，采用m = 3的固定斜率時高出30％。散布範圍指數1：Tσ = 1：由在10％和90％生存機率下兩百萬個循環時的疲勞強度比率定義，較大的值表示單個測試系列中疲勞壽命的散布範圍較大。
由于兩個系列的基本材料和焊接參數非常相似，觀察到的疲勞性能差異主要是由幾何差異引起的。
對約3000個樣品進行了疲勞關鍵凹陷的全面統計分析以揭示其幾何差異。根據統計分析，無論是單個樣本還是所有樣本的疲勞關鍵焊趾的凹陷深度和凹陷半徑均服從對數正态分布，在兩個試驗系列中均呈現出這種分布，與以前的研究結果相似。與之類似法蘭角的分布是正态的。
盡管所有焊趾的測量凹陷參數分布相似，但将來自具有顯著不同平均尺寸的焊趾的資料合并在一起可能會幹擾分布。為了進行一緻的分析，本研究集中在疲勞關鍵焊趾上。
顯示了系列A和B的焊縫凹陷半徑和法蘭角具有類似的分布，平均值沒有實質性差異。另一方面，系列A和B的凹陷深度存在顯著差異。系列A的平均凹陷深度幾乎是系列B的三倍，并能反映出疲勞性能的差異。
根據斷口表面和幾何分析，變化在裂紋起始位置的局部是相當大的。所有試件中都存在多個裂紋起始點，A-A剖面提取自主裂紋起始點處，顯示了主裂紋起始點處的典型焊縫凹槽剖面。
兩個研究系列的疲勞強度表現出高的疲勞強度和顯著的差異，即以結構應力為基礎，系列B的疲勞強度比系列A高30％，以名義應力為基礎，m = 3時系列B比系列A的疲勞強度高44％。
名義應力的特征疲勞強度分别為84 MPa和121 MPa。這是出乎意料的，因為這兩個系列在目前标準中出現在相似的品質類别中，這些标準定義了焊縫幾何參數的允許限值。
盡管系列B的最大凹陷深度為267 µm，最小的焊縫過渡半徑為1.32 mm，但它與FAT125競争，FAT125不允許任何凹陷，并要求焊縫過渡半徑> 4 mm。
在研究的各種焊縫凸角參數中，凹槽深度與疲勞裂紋萌生位置之間具有最強的對應關系。其他位置存在更尖銳的半徑，但主要和次要疲勞裂紋都是在深的焊縫凹槽處萌生。
顯示萌生位置的歸一化焊縫凸角半徑值在0.03-0.24範圍内，而歸一化凹槽深度為0.95-1，不考慮兩個例外的主要疲勞裂紋萌生位置，這表明主要疲勞裂紋通常在相應試樣的最深凹槽處萌生。
本研究表明在初級疲勞裂紋起始中，下凹深度是最具影響力的參數。初級疲勞裂紋往往在凹槽最深處而不是最尖銳的半徑處開始。下凹深度的平均值也成功地反映了疲勞性能，它被認為是适合基于疲勞強度的焊接特性表征的參數。
凹槽深度的簡單而強大的定義對操作者的解釋具有微不足道的敏感性，并适用于實際實作，允許建立高效的品質控制限制。
由于更深的凹槽朝向更銳利的域，對疲勞強度影響較小的鈍凹槽可以通過凹槽深度标準排除在特性表征之外。這顯著減少了要分析的資料，并最小化了基于局部幾何形狀的疲勞強度表征的分析時間，進而打開了在工業應用中适應高分辨率焊接凹槽品質控制限制的可能性。
如果需要凹槽半徑用于其他目的，可以通過曲線拟合來确定深凹槽的半徑，指導凹槽本身的輪廓。
