基于OpenCV图像处理的Ti-6Al-4V GTAW焊缝熔合区晶粒尺寸定量测量及其与ASTM E112标准方法的对比研究

《Scientific Reports》：Automated grain-size characterization of GTAW Ti-6Al-4 V weldments using OpenCV and comparison with ASTM-based intercept methods

　　

摘要

Ti-6Al-4V GTAW 焊缝熔合区 (FZ) 的晶粒尺寸定量测量较为困难，因为巨大且不均的晶粒形态会在常规金相分析中引入操作者偏差。本研究开发了一套经过标定的基于 OpenCV 的图像处理工作流程，并将其结果与 ASTM E112 标准中的 Jeffries 面积法、Heyn 线性截距法和 Abrams 三圆法的结果进行了对比。本研究考虑了四种 GTAW 焊接条件：常规直流、脉冲直流、超声振动辅助 (UAV) 直流以及 UAV 脉冲直流。该工作流程包括灰度转换、滤波、边界检测、分割、形态学操作、晶粒识别以及对熔合区显微照片进行约 3.03 μm/像素的空间标定。OpenCV 测得的平均线性截距（± 标准差）分别为 421.0 ± 21.0、300.0 ± 20.6、261.0 ± 31.9 和 243.9 ± 10.4 μm，对应直流、脉冲直流、UVA 直流和 UVA 脉冲直流，表明随着脉冲和超声振动的引入，晶粒逐渐细化。与面积法、线性截距法和三圆法相比，OpenCV 的平均偏差分别为 ?20.18、-65.13 和 ?128.12 μm，平均绝对百分比误差（MAPE）分别为 6.47%、17.04% 和 29.60%。尽管 OpenCV 方法能够实现一致的晶粒尺寸测定，但它不应被视为 ASTM E112 分析的完全替代品。