在油气长输管线的安全运行中，对接环焊缝的质量一直是备受关注的焦点。这些焊缝作为管线的薄弱环节，其根部开裂问题直接关系到管道的服役安全。为了深入探讨这一现象的成因与机理，科研人员采用了先进的数字图像相关（DIC）技术，为管材力学性能的研究开辟了新的路径。
DIC技术凭借其非接触、全场测量以及在极端环境下的适用性，在管材力学性能的定量测量和分析中展现出了显著优势。该技术无需与被测对象直接接触，能够适用于各种环境条件，应变测量范围广泛，从微小的0.005%到高达2000%的应变，且测量对象的尺度几乎不受限制。
在管材焊接过程的表面应变测试中，科研人员精心设计了三种不同错边量及根部成形状态的不等壁厚环焊接头，并借助新拓三维双目DIC三维全场应变测量系统，对这些接头在全壁厚拉伸过程中的应变集中情况进行了详细测量。通过对不同成形状态下薄壁侧焊趾位置处的局部应变集中情况进行定量化表征，揭示了成形状态与不等壁厚接头根部开裂失效之间的内在联系，为提升管道服役安全性提供了有力的理论支撑。
拉伸试验在万能拉伸试验机上进行，拉伸速率为2mm/min，双目DIC三维全场应变测量系统的采集频率为1帧/s，确保拉伸试验与DIC采集同步进行、同步结束。通过对不同根部成形接头在全壁厚拉伸过程中获得的DIC应变云图进行分析，科研人员发现了应变集中的演变规律。
分析结果显示，A类成形试样的错边量在1mm以内，根部结构突变程度较小，焊后成形较好；B类成形试样的错边量较大（2~3mm），结构突变程度增加，导致薄壁侧根部焊趾与厚壁侧盖面焊趾处的过渡角减小，成形较差；C类成形试样因更大的错边量（约4~5mm）导致根部、盖面两侧焊趾均存在明显的结构突变，特别是薄壁侧根部的过渡角≤90°，成形极差。
进一步的研究发现，成形状态及错边量的不同，导致不等壁厚接头在拉伸过程中的应变集中规律也有所不同。成形越差，薄壁侧根部焊趾与厚壁侧盖面焊趾连线区域发生的应变集中程度越大，甚至在该连线处直接发生断裂。这表明，根部成形状态及错边量对不等壁厚接头承受轴向载荷时的应变响应具有重要影响，进而影响到其服役安全性。
为了量化分析局部应变，科研人员对管体远端应变达到0.5%（即不超过管材的弹性极限）时的局部应变集中位置的最大应变进行了量化分析。由于接头两侧壁厚不同，在强度相当的情况下，薄壁侧母材的应变集中程度大于厚壁侧的应变集中程度。双目DIC三维全场应变测量系统的分析结果显示，三种接头沿截线的应变分布情况各不相同，进一步证实了不同成形状态对应变集中规律的影响。
为了验证不等壁厚接头的应变集中规律，科研人员还建立了与A类成形和C类成形局部结构一致的有限元模型。有限元模拟得到的应变演变规律与DIC实物拉伸试验得到的应变演变过程基本一致，进一步验证了3D-DIC技术测试结果及应变集中规律的准确性。同时，也进一步证实了不同根部成形状态及错边量对不等壁厚接头应变集中规律有较大的影响。
科研人员对局部应变集中演变规律的成因进行了深入分析。不等壁厚接头在拉伸过程中的受力状态较为复杂，拉伸力的偏心、错边量的存在会使附加弯矩增大，薄壁侧根部焊趾部位的成形也随之变差。两者相互耦合导致不等壁厚接头易在薄壁侧根部焊趾与厚壁侧盖面焊趾处发生应变集中。因根焊强度低，热影响区也存在软化现象，使薄壁侧根部焊趾位置更容易发生变形，导致应变集中最大位置位于根部薄壁侧焊趾位置。
