焊接接頭力學(xué)性能預(yù)測模型的研究

黃青（中石化中原油建工程有限公司，四川 達(dá)州 636150）

1.工程概述

焊接工藝參數(shù)是通過大量的焊接試驗(yàn)，從中選定一些重要參數(shù)，以便能確保焊接工程質(zhì)量。焊接工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)不是一件輕松的工作，這是由于焊接工藝眾多參數(shù)之間存在十分復(fù)雜的關(guān)系。隨著人工智能理論成熟的發(fā)展，人們試圖利用虛擬焊接技術(shù)代替常規(guī)的工藝評(píng)定試驗(yàn)[1]。

2.焊接過程的數(shù)學(xué)建模

焊接的質(zhì)量與焊接工藝參數(shù)的選擇息息相關(guān)，參數(shù)之間不僅存在靜態(tài)重疊，而且也存在動(dòng)態(tài)耦合，這種存在大量隨機(jī)不確定因素的復(fù)雜過程決定了其數(shù)學(xué)建模的困難性。伴隨著人工智能理論突飛猛進(jìn)的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域得到了越來越多的關(guān)注與應(yīng)用。從理論上說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過自身的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，對(duì)復(fù)雜的非線性方程的有著很好的映射，更能夠體現(xiàn)出自身的優(yōu)越性。

作為一種智能預(yù)測算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過模擬大腦的某種機(jī)制與功能，去實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域上的某些特定功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在某種算法的指導(dǎo)下，通過從外部環(huán)境獲取知識(shí)去自動(dòng)歸納學(xué)習(xí)，并對(duì)輸入作出相應(yīng)的反應(yīng)。本文通過引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)虛擬建模，并深入的研究其焊接接頭的力學(xué)性能。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本次試驗(yàn)內(nèi)容主要是預(yù)測焊接接頭的力學(xué)性能，試樣采用材質(zhì)為Q235B的鋼板。

實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為：采用林肯-400s進(jìn)行手工電弧焊，焊材為Φ4.0的J507焊條，試樣坡口為單面V型。為了盡可能得到均勻離散的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。焊后的試樣進(jìn)行機(jī)械切割后做拉伸試驗(yàn)，記錄四項(xiàng)接頭力學(xué)性能數(shù)據(jù)，分別為：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率、延伸率。

4.仿真結(jié)果

驗(yàn)證性試驗(yàn)選擇了5種線能量，驗(yàn)證性試驗(yàn)焊接速度選定為10cm/min，隨機(jī)選取8組焊接工藝參數(shù)，導(dǎo)入系統(tǒng)，進(jìn)行仿真。每組實(shí)驗(yàn)做3次，取平均值，盡可能降低人為引起的誤差。實(shí)驗(yàn)參數(shù)和仿真結(jié)果見表。

表2 仿真結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

用于驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共有八組。圖中實(shí)線段為預(yù)測值，虛線段為試驗(yàn)值。從圖中可以發(fā)現(xiàn)：試驗(yàn)值和預(yù)測值是基本貼合的，誤差絕對(duì)值均不超過5%，預(yù)測情況較為理想。由于篇幅所限，延伸率和斷面收縮率預(yù)測結(jié)果暫不列出。從圖中可以看出，文中設(shè)計(jì)的模型精確度還需提高，可以通過適當(dāng)增加模型樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)、泛化能力。

5.結(jié)語

本文通過引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種快速建立焊接接頭力學(xué)性能模型預(yù)測的方法，網(wǎng)絡(luò)輸入焊接工藝參數(shù)，經(jīng)過相應(yīng)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，輸出焊接接頭的力學(xué)數(shù)據(jù)，極大的提高了焊接質(zhì)量。研究表明，該焊接接頭力學(xué)性能預(yù)測模型結(jié)構(gòu)簡單，精確度較高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1]崔朝宏，李午申.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在焊接中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].焊接技術(shù)2009,29（1：40-42.

[2]張良均，曹晶，蔣世忠.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]陳裕川.焊接工藝評(píng)定手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2000:185-201.