钢材拉伸试验中光测技术运用分析

钢材拉伸试验中光测技术运用分析

 王军强 

酒泉钢铁（集团 ) 有限责任公司检验检测中心榆钢检验检测站 甘肃 兰州 730000

摘要：随着社会的发展，当前人们对于建筑提出了更高的要求，为了确保钢材的耐用性，应通过拉伸实验结合光测技术来保证钢材的质量。因此本文通过分析钢材拉伸试验的重要性，引出光测技术的原理，提出了光测技术在钢材拉伸试验中的具体运用措施，希望为有关部门提供参考。

关键词：钢材拉伸试验；光测技术；运用措施

引言：钢材的拉伸可以判断出钢材的品质，但如何有效控制这项试验的精确性，还是当前建筑行业的一项问题，很多建筑单位都无法确认行之有效的钢材料拉伸试验，归根结底就是没有掌握正确的方法，缺乏有效的技术应用，因此在试验中无法准确分析钢材品质，为后续建筑带来影响。

1.钢材拉伸试验的概述

当前建筑环境下，钢材料可以说是各项建筑的骨骼架构，越来越多的建筑单位出于加强工程质量、提升施工进度、加强施工的环保性等目的，越来越广泛地使用着钢材料。自十三五规划以来，我国更是制作了很多种类的，并且可以应用于各种领域的钢材料，如高性能钢、高强韧汽车钢、输油气管线用钢等，各行各业都已广泛运用，因此钢材料在人们日常生活中发挥着不可或缺的作用。

在钢材料得到广泛运用的同时，建筑单位也应把控钢材料的品质，因此进行钢材拉伸试验，判断钢材的强度、韧性、疲劳系数等性能指标，为后续建造施工提供安全性保障。

钢材拉伸中第一步应进行弹性测试，通过对材料施加一定的荷载，再清除荷载，测试材料恢复原状的弹性变形程度与速度，测定材料的弹性模量。在屈服阶段中，在材料超过弹性区间后，应继续增加对材料施加的荷载，或进行微量增加与减少，测试钢材的伸长量与弯曲度。在抗拉段，应在屈服阶段基础上继续增加荷载，让钢材料继续拉伸，由于材料在变形中不断得到强化，因此也在不断增加着抵抗力，测试应变力的最大值以及钢材料的极限值。正确的钢材拉伸试验可以判定钢材料的性能，测试其稳定度，为日后投产、加工与施工等环节提供帮助。

2.光测技术的原理

光测技术作为一项新兴手段，是运用光学原理进行测量的一项技术，在宏观的应力、位移以及形变测试中的运用越来越广泛。光测技术也等同于人的视觉系统，通过机器构建的观测措施，在镜头、可视区域、分辨率等因素的影响会产生一定的误差或限制，且由于光测技术只能从一个面进行测量，因此在实践运用中需要通过不同角度观察并拼接图像，来进行进一步试验。

1.1二维光测技术

二维光测技术由于缺乏向量，从而导致无论测试方式还是测试结果都比较单一，在实践中是通过记录钢材试件上的标记点的变化，通过测量标记点的变化从而达到测试钢材性能的目的。在二维光测技术中，应在试件的横向与纵向分别标记并拉伸，观测标记点的位移，再通过测量标记点自身的长度宽度的变化，计算钢材料试件整体的形变与性能。这种方式更适用于静态拉伸，且测量结果误差控制在一微米，并优于国家规定标准的精度。

1.2散斑技术

散斑技术是当前应用较为广泛的数字化技术，这项技术可以将钢材表面的散斑作为参照，在钢材变形时进行测量，可以测量出钢结构由于受到外力荷载作用，而产生的各种形变与位移，所引发的内部构造变化。这项技术相比于二维光测技术添加了空间向量。在实践中，这项技术可通过相机拍摄的区域进行绘制像素点，并将其作为参考基准点，而为了进一步加强测量精确值，可以将试件中心区域的散斑的数量、明暗度进行测量并参考，且不会随着试件的变化而改变，具有更高的可参照性。另外，由于激光具有极高的指向性，激光在照射过程中会因为试件表面的起伏而发生随机性的散斑，这也可以直接作为参照散斑进行测量，而无需另行制备式样，也可以为实验带来方便。

3.钢材拉伸试验中运用光测技术的措施

3.1测量拉伸实验中的变形

钢材的拉伸实验可以充分评定材料的各项性能指标，因此随着当前电控传感器的发展，拉伸试验已经被广泛运用于钢材料应用的各项领域中，并由于专业技术的辅助，无论是测试时间还是测试手法，均照以往有了一定程度的优化，也可以让结果更为精准。在钢材料的变形测量过程中，由于当前很多钢材料在应用中普遍需要钢材料具有轻薄并坚韧的特性，如易拉罐、汽车金属，因此为了更为合理地匹配建造需求，就需要对钢材料进行检验并加工。在形变测量中，针对金箔的特性，应使用接触式引伸计对其进行夹持，但这种夹持又可以对测试结果造成影响，此外也由于试件在受力过程中会出现不同程度的变形，因此更应采用非接触式的光测量技术，提高测量结果的可靠性^[1]。

实验中，在进行标记点的记录时，试件的原始宽度很容易受到试件的形变而产生影响，因此其结果难以满足国家标准要求，而采用引伸计进行测量时，宽度是可以跟随宽度引伸计的原始标距进行测量，更加符合国家制定的要求。在实验中也可以测定并分析钢材料的长短标距对于拉伸强度的影响，也可以设定不同长度的标距，对于钢材料伸长率的结果的影响。通过实验还可以对高强度的钢材料，由于过度伸长而所造成的断裂的伸长率进行进一步的判定。

在汽车钢板加工中，需要对于异种钢进行激光拼焊，此时无法准确测量应变力的变化曲线，而利用DIC光测技术，则可以通过在不同区域设立虚拟引伸计，并根据形变方向测量应变力的变化曲线。DIC光测技术可以依照所绘制的散斑图案进行数字化计算，当前我国已经广泛运用了二维DIC分析，甚至可以记住高像素手机下载免费的DIC测量工具进行DIC光测，为钢材试件的拉伸实验带来更多的便利性。

3.2 光测值技术应用于塑性测量

钢材料拉伸实验中，需测量塑性，这也是实验的重要指标。在不同的钢试件中，由于结构内部存在不同，塑性也存在差异，塑性也可以反映出材料在深冲后的制耳效应。而在拉伸过程中，测量塑性结果的可靠性会随着重复测试而降低，因此除了要考虑钢材料试件的不同结构外，还应考虑宽向引伸计与试件之间的相互作用。

接触式宽度引伸计是我国目前使用较为广泛的塑性测量方案，其具有较为灵敏的八爪接触脚，既可以起到测量作用，也可以起到均衡受力作用。另外，在横梁发生位移的过程中，也可以确保长度与宽度保持居中，但对于加工环节不理想的试样，其塑性测量会出现波动，还会对测量结果造成不同程度的影响。

与接触式引伸计不同，在宽度测量标记可以跟随钢材料的拉伸而移动的测量模组中，更加可以直观反应钢材料的位移变化，其测量的变形值也不单单是原始标距。由于八爪触脚较为稳定，因此目前采用的接触式宽度引伸计侧式的塑性，虽然满足了国家标准，但还会由于试件的形变而无法准确测量局部位置的宽度，但而造成测试结果的误差。但使用DIC虚拟技术，则可以通过设置不同的虚拟引伸计，结合宽度的变化计算塑性的平均值，有效弥补传统的接触式宽度引伸计模组所带来的缺陷^[2]。

结语：总而言之，钢材拉伸实验中，应充分认识影响钢材料性能的各项因素，并在实验中采用合理方式进行规避。钢材料实验中运用合理的光测技术，可以更好地保持测试结果的稳定，降低误差。光测技术可以很好地应用于钢材料拉伸中的变形测量以及塑性测量，提高结果的准确性。

参考文献：

[1]张有为. 激光制备仿生重熔单元对70Mn钢拉伸性能与摩擦磨损性能的影响[D].沈阳化工大学,2021.

[2]孙逸方. 基于压缩感知的光测频技术研究[D].北京邮电大学,2021.