《E5015碱性电焊条智能化系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《E5015碱性电焊条智能化系统（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要碱性电焊条E 5 0 1 5 智能化系统摘要课题开展了电焊条配方与性能之问智能化研究。以碱性电焊条E 5 0 1 5 为研究对象，采集了五十组电焊条配方组分的化学成分和与其对应的焊条熔敷金属各项力学性能数值。在深入分析碱性电焊条配方冶金行为的基础上，选取配方组分中的化学成分C 、S i 、M n 、S 、P 作为输入、熔敷金属的力学性能作为输出，采用BP 算法人工神经网络，使用M A T L A B 软件，建立起了化学成分与力学性能之间的非线性关系。为解决智能预报准确性，搭建了以C 、S i 、M n 、S 、P 五组数据作为输入、三个节点隐含层、一个力学性能值作为输出的神经网络模型，通过
2、最多3 0 0 0 次的训练，成功地建立了电焊条配方化学成分与其力学性能之间的映射关系。实现了对E 5 0 1 5碱性电焊条抗拉强度，屈服强度，冲击强度，延伸率的预报，各项预报误差均可控制在2 以下。课题采用V B 语言构建了适用于焊接材料设计、管理E 5 0 1 5 碱性电焊条智能化专家系统。系统借用A c t i v X 部件调用M A T L A B ，可以实现对配方的查阅、对力学性能的智能化预报和其他技术资料的查询。该软件系统界面友好，使用方便。关键字：电焊条，人工神经网络，力学性能预报A b s t r a c t硕I ：学位论文A b s t r a c tC o m b i n
3、e dw i t ht h ea c t u a lp r o d u c t i o no fe l e c t r o d e s ，i na c c o r d a n c ew i t hp r a c t i c a lr e q u i r e m e n t s ，t h ee x p e r ts y s t e mh a sb e e nb u i l tf o raw e l d i n gm a t e r i a ld e s i g n ，m a n a g e m e n to fs o f t w a r e T h er e l a t i o n so ft
4、h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no ft h ee l e c t r o d ea n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r ee s t a b l i s h e d ，w h i c hc a np r e d i c tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e st h r o u g ht h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o ni nr a wm a t e r i a l s T h ee s t
5、 a b l i s h m e n to fn o n 1 i n e a rr e l a t i o n s h i pi Sb a s e do na r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k E 5 0 15e l e c t r o d ei st h eo b j e c tf o rr e s e a r c h T h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no f r a wm a t e r i a l s ( C ，S i ，M n ，S ，P ) a si n p u t ，m e c h a
6、 n i c a lp r o p e r t i e sa st h eo u t p u t ，u s i n gM A T L A Ba n dB Pa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ，n o n l i n e a rr e l a t i o n s h i pi se s t a b l i s h e d V Bi su s e dt oe s t a b l i s hp r e d i c t i o ns y s t e mo fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s E n t e
7、 r i n gc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fr a wm a t e r i a l si n t e r f a c eb yV B ，t h r o u g hA c t i v Xc o m p o n e n t su s i n gM A T L A B ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp r e d i c t i o nC a ng ob a c kt ot h ei n t e r f a c e K e y w o r d s ：e l e c t r o d eA
8、 r t i f i c i a lN e u r a lN e t w o r kP r o p e r t i e sp r e d i c t i o nI l声明尸明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：年月日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保
9、存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：年月日顾 ：学位论文E 5 0 1 5 碱性电焊条智能化系统研究1 绪论1 1 前言焊接是一种将材料永久连接，已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命，以及生产的成本、效率。我国不仅是世界机械制造业大国，也是一个钢结构制造业大国。2 0 0 4 年，我国用钢量达3 1 亿，其中1 6 亿用于焊接结构，占用5 1 钢量。并且焊接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点，焊接结构的应用将日益增多。在熔焊方法中大都以焊接材料作为填充金属，焊接材料
10、是决定了焊缝成分和质量的关键因素。我国焊条与焊丝在1 9 9 6 年的产量为6 2 9 6 万吨，发展至U 2 0 0 3 年已达1 9 2 9 万吨。焊接材料的产量虽有增加，但在品种、规格特别是质量方面与国外相较仍有相当大的差距嘲。其重要原因就是焊接材料设计的落后。同时近年来，一些新型材料的出现，对焊接方法及焊接材料提出了更高的要求。因此必须寻求更科学，更先进的焊接材料设计方法。1 2 焊接材料设计及其智能化发展焊接材料，包括焊条、焊丝( 实芯焊丝和药芯焊丝) 、焊剂、焊带等，已广泛用于船舶、桥梁、车辆、压力容器、化工设备、工程机械、海洋设施及原子能工业等各个领域，在国民经济建设中起着十分重
11、要的作用。根据焊条药皮的性质不同，焊条可以分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮中含有多量酸性氧化物( T i 0 2 、S i 0 2 等) 的焊条称为酸性焊条。药皮中含有多量碱性氧化物( C a O 、N a 。0 等) 的称为碱性焊条。碱性焊条脱硫、脱磷能力强，药皮有去氢作用。焊接接头含氢量很低，故又称为低氢型焊条。碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，一般用直流电源施焊，主要用于重要结构( 如锅炉、压力容器和合金结构钢等) 的焊接。E 5 0 1 5 碱性焊条在市场中有着重要的地位。国内此品种焊条设计、生产落后导致产品的质量不高，需要对它进行配方重新设计。但是我国目前在
12、焊材的设计方法上仍然以手工设计为主，一般是凭借设计者的经验，参考典型配方，初步拟定各物质的含量，再通过实验加以调变，逐步完善或改造创新。在合金系统的设计和某些主要成分的用量上，辅以简单计算进行粗估，设计周期长、开发成本高。这就是焊条配方“经验法“ 设计。经验法是指制定焊条药皮的初步配方，需有必要的焊接冶金知识和一定的经验，一般情况下，采用模拟法制定焊条药皮的组成试验基础配方。根据所研制的焊条的技术指标要求，选定的焊芯，药皮类型等，寻找已有1 绪论硕f ：学位论文成功的焊条药皮配方，运用焊接冶金理论知识和实践经验进行认真分析，找出异同。此法简便易行，但需要一定的技术储备和实践经验。最后再通过试验
13、来进行调整。一般情况下，焊条药皮基础配方设计，只是初步设计，离目标还是有差距的，甚至会很大。所以焊条药皮必须通过试验来进行调整。药皮配方调整试验中，有先调工艺性能为主后调理化性能指标，由于通常工艺性能调整比理化性能调整容易，所以试验方法比较多，特别是用于靠药皮过渡合金成分较少的焊条。但是经验法具有定的盲目性，甚至会出现很大偏差，并且对经验的要求也相当的高。当然也可以通过计算的方法设计焊条配方焊条药皮几乎每种原料都由多种化学元素或化合物组合在一起。因此在设计焊条药皮初步配方时，只能抓住主要的化学成分，得出单项原料的主要化学成分在配方的占有值，然后将各种原料的同类化学成分逐一相加，其总和即为该配方
14、的主要成分。常用的有“单因子轮换法“ ，只改变一个因子，其他因子固定不变，求其最佳含量，一直到求出比较“满意“ 的试验结果为止。虽然上述方法简单，但试验设计不具科学性，不能考察各因子之间的交互作用，试验信息片面性大。事实上，在单因子轮换法试验中，各因子的含量都在不断的发生变化，因此所求出的某因子的“最佳“ 含量未必是最佳的口1 。因此出现了多种焊接材料设计的试验优化技术方法，如回归正交设计、旋转设计、D 一最优设计和混料回归设计等。回归正交设计是将回归技术和正交设计技术相结合而发展起来的一种新型设计技术。正交设计是利用正交表实现的，而正交表是利用组合数学理论构造的一种数学表格，构造该表格的核心
15、思想是均衡分布。先根据试验的因素和各因素的水平数，选择适当的正交表安排试验，再利用数理统计的方法处理数据，在诸多的因素中找到对试验结果有显著影响的主要因素，确定使结果达到最佳的因素水平n 1 。为了寻求最佳配方，建立数学模型的需要，越来越要求以较少的试验建立精度较高的回归方程。国内外有人用正交多项式，一次回归正交设计，数学规划法建立了焊条性能指标数学模型。但正交多项式方法存在的缺点是不能求出的回归方程各系数之相关，不利于方程的理论分析；一次回归正交设计这种方法取一维水平数太少。只有两水平，对建立成分和力学性能方程是可以的，选用二次回归正交设计方法，这种方法每个因子取五水平，主要以三水平做试验，
16、选样方程的可信度较高强1 。而且求出的回归方程含有自变量的各系数之间不相关，这大大方便了理论分析。使用这种方法可以减少试验次数，克服经验法在开发新焊条时的盲目性。在配方设计中，也有采用了均匀设计的方法该方法是我国著名数学家方开泰与中国科学院院士王元教授于1 9 7 8 年共同提出的，近年来才得到广泛介绍，它与目前流行的正交设计方法相比有许多明显的优点田1 。正交设计方法中每个因素的水平都需重2硕二l ：学位论文E 5 0 1 5 碱性电焊条智能化系统研究复多次试验，每两个因素的水平组成一个全面试验方案，具有“整齐可比，均匀分散的特点，但试验量相对较大均匀设计略去“整齐可比“ ，只考虑试验点在试验范围内均匀散布的一种试验设计方法，也是通过一套精心设计的表来进行试验设计的，每个因素的每个水平只做一次试验。但焊条药皮通常由几种或十多种成分组成，焊条配方的设计是一个多因子试验设计问题，在高温冶金反应过程中，各因子之间存在着复杂的交互作用。在焊接材料性能与其组分之间没有固定的函数关系可遵循，这给焊接材料的设计造成了较大的困难。若要通过对焊接材料组分
