淺談能源工業(yè)建設(shè)中的焊接技術(shù)

趙澤斌 張海杰 劉康彬 王培鑫

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)的城市化速度逐漸加快，因此，隨著城市人口的增加，能源工業(yè)的數(shù)量也逐漸增加。在能源工業(yè)的建造過程中輸送燃料管道焊接是一項(xiàng)重大工程。輸送石油管道中超過80%的結(jié)構(gòu)是通過焊接完成的，這對(duì)整個(gè)能源工業(yè)建設(shè)的整體框架結(jié)構(gòu)做出了很大貢獻(xiàn)。能源化工領(lǐng)域管道是否穩(wěn)定與牢固性直接相關(guān)輸送框架焊接，焊接的牢固性通常與焊接材料有關(guān)。

關(guān)鍵詞：能源工業(yè);管道;焊接

前言：

當(dāng)焊接過程中產(chǎn)生的熱耦合值大于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，存在焊接熔深的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)降低焊接點(diǎn)的強(qiáng)度。當(dāng)焊接過程中產(chǎn)生的熱耦合值小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，焊接質(zhì)量也會(huì)受到影響，從而導(dǎo)致焊接。管道之間的連接度不夠。在外界的荷載作用下，燃料管道容易發(fā)生斷裂現(xiàn)象，容易阻礙能源企業(yè)的發(fā)展，從而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。在這種情況下，為提高能源行業(yè)管道焊接的牢固性為保證工程質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外各種專家提出了多種計(jì)算方法。

1工業(yè)建設(shè)焊接材料熱耦合值計(jì)算

焊接材料的熱耦合計(jì)算，通常采用有限元計(jì)算方法，熱耦合是指應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)這兩個(gè)物理場(chǎng)相互影響的過程，即溫度影響力變形或力體變形程度隨溫度的變化。用焊接機(jī)焊接能源管道時(shí)，兩個(gè)或多個(gè)管道之間的接縫變形程度。有限元方法是一種高性能的常用數(shù)值計(jì)算方法。通過在屏幕上計(jì)算并顯示計(jì)算結(jié)果，您可以看到流場(chǎng)的各種細(xì)節(jié)：例如流場(chǎng)的位置，強(qiáng)度，流分離，表面壓力分布，力的大小及其隨時(shí)間的變化下面的圖顯示了通過有限元方法對(duì)焊接熱力學(xué)耦合值的初步計(jì)算過程。

2模糊邏輯優(yōu)化耦合值

模糊邏輯是一種基于模糊理論集，模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，模糊邏輯的最大特點(diǎn)不需要多次迭代，但可以通過固定值之間的差異來減少。使用模糊邏輯進(jìn)行耦合數(shù)值優(yōu)化的思路如下：首先，使用通過有限元方法的計(jì)算機(jī)計(jì)算獲得的耦合值與設(shè)定的極限值之差，然后將給出的誤差值模糊化。 作為輸入向量，它被輸入到控制器中。在控制器中，需要確定隸屬函數(shù)，確定模糊控制規(guī)則和進(jìn)行去模糊處理的過程，然后將計(jì)算出的值添加到設(shè)置值中。采用有限元法計(jì)算梁柱焊接的熱耦合值。該方法需要事先建立一個(gè)有限元模型，然后利用有限元模型計(jì)算由熱場(chǎng)的靜力產(chǎn)生的耦合值。該方法計(jì)算量大，有必要模擬通過熱場(chǎng)變化規(guī)律確定特定值。計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算量大。另一種常用的方法是利用傳感器來收集熱場(chǎng)下梁和柱的變化信號(hào)，然后將其處理為數(shù)值。該方法簡(jiǎn)單易行，但數(shù)值計(jì)算精度較差。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于模糊邏輯的梁柱焊接熱耦合數(shù)值計(jì)算方法。該方法利用模糊邏輯對(duì)有限元數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化和解決有限元法?？梢钥闯觯疚闹饕譃閮蓚€(gè)部分。部分有限元方法用于解決該問題。第二部分使用模糊邏輯優(yōu)化解決方案，并縮小解決方案與實(shí)際解決方案之間的誤差。最后，在仿真平臺(tái)上測(cè)試了耦合數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，以證實(shí)其可行性。

3模擬測(cè)試

為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，將該方法與基于單有限元法的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較，假設(shè)實(shí)驗(yàn)的兩根橫梁和圓柱都是用鐵材料制成的。 根據(jù)其特性，焊接熱耦合值的設(shè)定極限值為5.645，熱值為100℃，150℃，200℃，250℃和300℃。 實(shí)際耦合值為255.55，為了測(cè)試方法的準(zhǔn)確性，將其分為兩組。 第一組使用單個(gè)有限元方法耦合數(shù)值計(jì)算，第二組基于第一組使用模糊邏輯進(jìn)行二次處理和優(yōu)化。 如下表1所示。

圖（1）

從表1可以看出，耦合誤差數(shù)值計(jì)算是通過單有限元法進(jìn)行的，數(shù)值與真實(shí)耦合值之間的平均誤差為7.09;然后，在上述基礎(chǔ)上采用模糊邏輯，經(jīng)過優(yōu)化后，數(shù)值與真實(shí)耦合值之間的平均誤差為0.362。比較以上兩種方法的結(jié)果，可以得出結(jié)論，經(jīng)過模糊邏輯優(yōu)化后，結(jié)果更接近于實(shí)際結(jié)果，表明 該方法具有較高的計(jì)算精度。

總結(jié)：

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。其中，能源工業(yè)發(fā)展最快，在能源工程施工過程中，焊接是重要的任務(wù)之一。分散的輸送能源的管道通過焊接結(jié)合在一起形成輸送的整體框架，因此一旦發(fā)生焊接問題，將導(dǎo)致在此背景下，本文研究了一種基于模糊邏輯的梁柱焊接熱耦合數(shù)值計(jì)算方法。研究該方法的主要目的是提高焊接質(zhì)量，為能源管道施工奠定基礎(chǔ)。該方法已經(jīng)過驗(yàn)證，耦合值計(jì)算更準(zhǔn)確且更接近真實(shí)值。

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