基于正交试验的脉冲MIG焊参数优化试验

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铝合金脉冲MIG焊焊接工艺的设计分析

130研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2018.05 (下)铝合金是现阶段工业生产常用的金属材料，不仅强度与钢相当，而且密度远低于钢。

然而，铝合金可焊性一般较差，采用常规焊接方法难以保证焊接效果与质量，所以铝合金焊接越来越多的采用双脉冲MIG 焊工艺，而想要达到预期效果，需以正确规范的工艺设计为前提。

1 铝合金综合性能与双脉冲MIG 焊1.1 铝合金综合性能铝是呈银白色金属光泽的轻金属，有着很高的导电率，只比金、银、铜差，排在所有金属的第四位，而且对于纯铝，且热导率可以达到钢的2倍以上，而且铝的密度还很小。

铝合金虽然密度较低，但强度很高，与优质钢十分接近，具有良好塑性，能通过加工制成多种型材，抗蚀性、导电性及导热性均良好，在当代工业领域得到广泛应用，实际用量仅次于钢。

除此之外，还有一些铝合金能通过热处理得到符合要求的抗腐蚀性能、机械性能与物理性能。

铝、铝合金主要物理性能如表1所示。

1.2 焊接性焊接性即金属对于焊接的适应性，也可称之为可焊性。

可焊性能充分反映出某种金属在焊接过程中获得理想焊接接头的难易性。

可焊性还可细分成工艺焊接性与使用焊接性。

一般对金属可焊性会造成影响的常见因素包括以下几种。

（1）金属材料类型、性质与特点。

（2）设计方面的因素。

（3）工艺方面的因素。

（4）环境因素。

在对金属可焊性进行分析时，碳当量是一项十分重要的分析指标，一般采用以下公式计算得出：（1）式（1）中，表示碳当量；C 表示碳元素含量；Mn 表示锰元素含量；Ni 表示镍元素含量；Cr 表示铬元素含量；Cu 表示铜元素含量；V 表示钒元素含量。

根据LY19（2219）各项性质与特征，采用式（1）对其碳当量进行计算，结果为0.48%，说明其可焊性相对较差，对焊接方式有较高要求，必须选择正确焊接方式，只有这样才可以有效保证质量。

1.3 焊接方法对双脉冲MIG 焊而言，它除了能得到鱼鳞状外观，还能大幅提高实际生产率，对减小气孔率及改善焊缝组织等均有重要作用。

基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化

基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化钱晓忠;王琪琪;任乃飞【摘要】为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量,采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析,测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据,并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合.结果表明,离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大,重复频率和脉冲能量的影响较小,优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个.采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔.%In order to optimize the parameters and improve the quality of laser drilling, the experiment and theoretical analysis of laser drilling on SUS304 stainless steel with 5mm thickness was conducted based on the orthogonal experiment method.The inlet aperture, outlet aperture and hole taper of laser drilling were measured and calculated respectively.The effect degree of the parameters, such as pulse width, pulse energy, repetition frequency, defocusing amount and pulse number, on the hole taper was gotten.And the optimal parameters combination of laser drilling on SUS304 were obtained.The results show that defocusing amount, pulse width and pulse number have a great effect on hole taper, while repetition rate and pulse energy have a little effect on hole taper.The optimized laser parameters are pulse width of 0.5ms, pulse energy of 2.5J, repetition frequency of 40Hz, defocusing amount of 0mmand pulse number of 200.The smallest taper can be obtained with the optimized laser parameters.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)004【总页数】4页(P578-581)【关键词】激光技术;激光打孔;正交实验;参量组合;SUS304【作者】钱晓忠;王琪琪;任乃飞【作者单位】江苏大学机械工程学院, 镇江 212013;无锡职业技术学院控制技术学院, 无锡 214121;江苏大学机械工程学院, 镇江 212013;江苏大学机械工程学院, 镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TG665Key words:laser technique; laser drilling; orthogonal experiment; parameter combination; SUS304激光打孔技术具有效率高、速度快和无刀具磨损等优点，已经被广泛应用于航空、机械、电子和化工等领域[1]。

镁合金MIG焊接工艺及焊接接头组织性能分析

收稿日期:2008-08-07镁合金MIG 焊接工艺及焊接接头组织性能分析王　鹏,　宋　刚,　刘黎明 (大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连　116024)摘　要:采用脉冲MIG 焊接工艺,进行AZ 31B 镁合金板材的焊接性分析,焊后利用光学显微镜、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机和显微硬度仪等设备对焊接接头的组织与力学性能进行了检测分析.结果表明,通过优化工艺参数,采用脉冲MIG 焊接工艺可以在不开坡口、不需背面强制成形的条件下,实现镁合金单面焊接双面成形,获得连续、没有表面缺陷的焊接接头.焊接接头的热影响区较窄,晶粒稍有长大.焊缝区组织均匀,晶粒细小,硬度值高于母材.焊接接头的抗拉强度可达到母材的95%以上.关键词:脉冲;熔化极惰性气体保护焊;镁合金;焊接工艺;组织性能中图分类号:TG 115.28 文献标识码:A 文章编号:0253-360X (2009)12-0109-04王　鹏0　序言镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽和抗辐射性能好以及易回收等优点,被称为21世纪绿色工程材料,在航空、汽车、电子等领域具有巨大的应用潜力[1].当前镁合金焊接技术研究主要集于电弧焊、激光焊[2]、电子束焊、激光2TIG 复合焊[3]、搅拌摩擦焊等.而电弧焊在实际的应用中最方便,最易被企业实现应用,包括钨极惰性气体保护焊(TIG 焊)和熔化极气体保护焊(MIG 焊).钨极惰性气体保护焊(TIG 焊)是目前镁合金最常用的一种焊接方法.尽管TIG 焊被广泛应用于镁合金的焊接中,但是这种方法存在以下两个主要缺点.(1)焊接接头力学性能低,尤其是大部分牌号的镁合金焊接接头的断后伸长率以及疲劳性能显著低于母材基体.焊接接头热影响区宽且晶粒比较粗大,并且伴有连续β相析出,会严重影响焊接接头的力学性能,尤其是疲劳强度等动载荷性能.(2)镁合金TIG 焊的焊接效率较低,只能适用于薄板焊接.与TIG 焊相比,MIG 焊的优点在于焊接速度快,在全自动焊接过程中能够实现1m Πmin 的高速焊接.而且镁合金的MIG 焊可实现对厚板的焊接,进行单面焊双面成形.镁合金普通MIG 焊也存在以下几个缺点.(1)由于以焊丝作电极,适宜的焊接工艺较窄;(2)由于熔融镁的表面张力小,电极丝前端的熔滴难以脱离且焊接电流过高时熔滴爆炸蒸发易造成飞溅;(3)由于电极丝软,送丝稳定性差;(4)市场上直径小于1.6mm 的焊丝经常缺货,对于焊接厚度小于2mm 的工件,难以找到适配焊丝.因此限制了镁合金MIG 焊的实际应用[4].研究新型镁合金MIG 焊接方法,对镁合金在工业中的应用具有重要意义.1　试验方法试验采用尺寸为100mm ×100mm ×3.5mm 的AZ 31B 镁合金板材,进行脉冲MIG 焊试验,接头采用对接形式.其化学成分见表1,微观组织如图1所示;使用焊丝的化学成分见表2.表1　镁合金AZ31B 板材化学成分(质量分数,%)Table 1　Chemical compo sition of AZ31B magne sium alloyAlZnMnCaS iCuNiFeM g2.5～3.50.5～1.50.2～0.50.040.100.050.0050.005余量图1　AZ31B 镁合金微观组织形貌Fig 11　M icro structure of AZ31B第30卷第12期2009年12月焊　接　学　报TRANS ACTI ONS OF THE CHI NA WE LDI NG I NSTIT UTI ONV ol.30　N o.12December 2009表2　镁合金焊丝化学成分(质量分数,%)Table2　Chemical compo sition of AZ61A magne sium alloy Al Zn Mn Ca S i Cu Ni Fe M g 5.8～7.20.4～1.50.2～0.50.040.100.050.0050.0005余量所使用的焊机为脉冲MIGΠMAG焊机,保护气为纯度99.99%的氩气.焊接前应对试件进行充分打磨,除去材料表面氧化膜.焊接后,经切割、研磨、抛光和腐蚀后,制备成试件.采用金相显微镜进行分析,得到接头的金相显微组织照片.采用CSS 2205型电子万能试验机进行焊接接头的拉伸试验,拉伸速度为2mmΠmin.测量试件硬度负载为49N,加载时间为20s.拉伸试样按国家标准G B2651 81《焊接接头拉伸试验法》中规定取样.2　试验结果及分析2.1　焊接工艺参数试验采用平板对接焊,采用高纯氩气作为保护气体,单面焊双面成形.由于焊接参数多而复杂,为了寻找最佳的焊接工艺参数,分析了MIG焊接基值电流、脉冲后处理电流、焊接速度、脉冲频率和送丝速度等主要参数对焊缝表面成形、熔深、熔宽等指标的影响,参数变化范围见表3.表3　焊接工艺参数的变化范围Table3　Variety of welding parameters基值电流I bΠA 脉冲后处理电流I rΠA焊接速度vΠ(mm・m in-1)脉冲频率fΠH z送丝速度v wΠ(m・m in-1)509040015 6.05011070035 6.5501301000557.0501501300757.5501701600958.05019020001158.5试验结果表明,随着脉冲后处理电流的增大,焊缝的熔深和熔宽随之增大;当焊接速度增大时,焊缝的熔深和熔宽会随之减小.随着脉冲频率的增加,焊缝的熔深和熔宽呈现降低的趋势.通过上述试验的观察以及对焊接过程中的电弧稳定性和飞溅进行调整,得出最佳的焊接参数为基值电流50A,脉冲频率65～75H z,脉冲后处理电流140～170A,送丝速度6.5～8.0mΠmin,焊接速度700～1200mmΠmin.并得到成形良好的焊缝,上表面连续、平整,形成了鱼鳞状波纹,并且没有咬边、裂纹、表面气孔等明显缺陷,如图2所示.图2　焊缝外观形貌Fig12　Weld appearance s2.2　拉伸试验及分析在优化的参数下,得到五个镁合金脉冲MIG焊接试样,并进行拉伸试验,试验前试样上下表面磨平,去除余高.试验结果见表4.表4　拉伸试样的力学性能Table4　Tensile propertie s of specimen样本序号抗拉强度R mΠMPa断裂位置母材256标距线内1244焊缝2247热影响区3201焊缝4241焊缝5243焊缝由表4可知,样本1,样本2和样本5抗拉强度可以达到母材的95%以上,样本4也达到母材强度的94%,但样本3强度只有母材的79%.为了寻找样本3强度损失的原因,利用扫描电镜观察了断口的微观形貌.图3a为样本1的典型断口形貌,它具有部分脆性断裂的形貌特征,但里面又有大量的韧窝,因此属于混合断裂形貌.而由图3b中明显看到,有许多杂质散落于断口中,这是影响其力学性能的主要原因,如图中箭头处所示.这些杂质可能是焊丝或者母材焊前没有清理干净造成的.样本1,样本4和样本5断于焊缝,可能与微气孔有关.2.3　微观组织特征分析沿垂直于焊缝方向取样,将制好的金相试样用110　焊　接　学　报第30卷图3　拉伸断口的微观形貌Fig 13　Tensile fracture morphology苦味酸溶液进行腐蚀,在光学显微镜下观察焊接接头的组织特征.图4为MIG 焊接接头AZ 31B 的宏观形貌,可以看出焊缝成形良好,焊缝内无气孔、裂纹和夹杂等明显缺陷.整个焊接接头变形很小.为深入认识接头的组织特征,对接头进行了微观组织观察,见图5.图4　接头宏观形貌Fig 14　Macrophotograph of welded joint图5a 为典型的焊接接头组织形貌,从图5a 中可以看出焊缝区和热影响区的分界十分明显.焊缝区是有大量析出物的部分,而热影响区是晶粒上有大量点状析出物分布的部分.焊缝区的室温组织是镁和金属间化合物Mg 17Al 12的共晶组织.热影响区很窄,并且沿熔合线从上到下,宽度由窄变宽,虽然其晶粒与母材相比有所长大,但是并不是特别明显.而焊缝区的晶粒则明显比热影响区和母材细小,是图5　MIG 焊AZ31B 的焊缝显微组织形貌Fig 15　M icro structure of AZ31B magne sium weld in MIGwelding典型的铸造急冷组织[5].进一步观察焊缝区组织形貌,见图5b ,发现焊缝区由细小的等轴晶粒组成,而且整个焊缝区组织也很均匀.对此,文献[6]中也有论述.热影响区的晶粒比焊缝区和母材的粗大,这将导致该区的力学性能有所降低,力学性能测试发现强度最高的试样断裂在热影响区内.但由于焊缝区会存在杂质或者微气孔,因而使接头性能严重降低,断裂在焊缝内.对接头的微观硬度测量可以反映接头中微观组织的细微变化,如图6所示,测试部位是图4中的虚线处.焊缝的硬度值高于母材,但是变化不明显.沿焊缝由上到下,硬度值的变化趋势呈现由小变大,再变小的趋势.接头区的硬度与其平均晶粒直径的平方根成反比[7].焊缝区金属在电弧的作用下重熔结晶,晶粒相对于母材金属得到了明显的细化,硬度值升高.另外,由于焊缝析出相较多,因而也造成焊缝硬度的提高[8].由图4可以看出,焊缝底部由于熔化的焊丝金属与母材混合不充分,底部还是母材成分,这是此处比焊缝中心部分硬度低的原因.另一方面,焊缝硬度的提高与铝含量也有关,铝含量的增加不仅有利于焊缝晶粒的细化,而且使焊缝析出相较多.第12期王　鹏,等:镁合金MIG 焊接工艺及焊接接头组织性能分析111图6　接头区的硬度分布Fig16　Distribution of hardne ss in joint3　结论(1)采用脉冲MIG焊工艺可以在不开坡口的条件下实现单面焊双面成形,获得镁合金板材AZ31B 高质量的焊接接头.其表面成形良好,无明显缺陷.(2)焊接接头抗拉强度可达母材95%以上,力学性能良好.(3)焊接接头的热影响区较窄,晶粒稍有长大.焊缝区组织均匀,晶粒细小,主要由细小的等轴晶组成,该区域硬度值均高于母材.(4)焊接接头断口为混合断口,当断口处存在夹杂物时,会严重降低接头的力学性能.参考文献:[1]　Nunes A C,Bayless E O,Jones C O,et al.Variable polarity plasmaarc welding on the space shuttle external tank[J].W elding Journal, 1984,63(9):27-35.[2]　王继锋,刘黎明,宋　刚.激光焊接AZ31B镁合金接头微观组织特征[J].焊接学报,2004,25(3):15-18.W ang Jifeng,Liu Lim ing,S ong G ang.M icrostructure character of Y AGlaser welding AZ31B M g alloy[J].T ransactions of the China W elding Institution,2004,25(3):15-18.[3]　宋　刚,刘黎明,王继锋,等.激光2TIG复合焊接镁合金AZ31B焊接工艺[J].焊接学报,2004,25(3):31-34.S ong G ang,Liu Lim ing,W ang Jifeng,et ser tungsten inert2gas arc hybrid welding process on wrought magnesium alloy AZ31B[J].T ransactions of the China W elding Institution,2004,25(3):31-34.[4]　胡学安,徐道荣.镁合金的焊接方法及其工艺要素[J].轻金属加工技术,2006,34(8):11-12.Hu Xuean,Xu Daorong.Review on the welding methods and proce2 dure factors of magnesium alloys[J].Light Alloy Fabrication T echnolo2 gy,2006,34(8):11-12.[5]　苗玉刚,刘黎明,赵　杰,等.变形镁合金熔焊接头组织特征分析[J].焊接学报,2003,24(2):63-66.M iao Y ugang,Liu Lim ing,Zhao Jie,et al.M icrostructure feature analysis of fusion welded joint of wrought M g2alloy[J].T ransactions of the China W elding Institution,2003,24(2):63-66.[6]　董长富,刘黎明,赵　旭.变形镁合金填丝TIG焊接工艺及组织性能分析[J].焊接学报,2005,26(2):33-36.D ong Chang fu,Liu Lim ing,Zhao Xu.W elding technology and m icro2structure of tungsten inert2gas welded magnesium alloy[J].T ransac2 tions of the China W elding Institution,2005,26(2):33-36. [7]　Su S F,Huang J C,Lin H K,et al.E lectron2beam welding behaviorin M g2Al2based alloys[J].M etallurgical and M aterials T ransactions, 2002,33A(5):1461-1473.[8]　Am jad Saleh EI2Am oush.E ffect of alum inum content on mechanicalproperties of hydrogenated M g2Al magnesium alloys[J].Journal of Al2 loys and C om pounds,2008,463(8):475-479.作者简介:王　鹏,男,1984年出生,硕士研究生.主要从事镁合金MIG焊研究.Email:liulm@112　焊　接　学　报第30卷Numerical simulation of slit type cracking test for 9%Ni steel 　BAI Shiwu 1,2,LI Wushen 1,Y AN Chunyan 1,3,YI N Zhanghua 2,H UANG Fuxiang 2(1.School of Materials Science and Engineering ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;2.Petroleum 2G as Pipe 2line Research Institute of China ,Lang fang 065000,China ;3.C ol 2lege of Mechanical and E lectrical Engineering ,H ohai University ,Changzhou 213022,China ).p 93-96Abstract :　With SY SWE LD s oftware ,the tem perature and stress field of 9%Ni steel Y 2slit weldments with different preheat tem peratures were simulated by applying double 2ellips oid heat s ource.Distribution laws of welding tem perature and stress field were studied.E ffects of preheat tem perature on welding heat cycles and residual stress were analyzed.Results show that with increasing pre 2heat tem perature ,cooling rate decreases facilitates escaping of hydrogen and self 2tem pering of martensite ,the average stress level and cold 2cracking susceptibility of the weldments increase ,s o high preheat tem perature shall be av oided for 9%Ni steel welding.K ey w ords :　9%Ni steel ;slit type cracking test ;preheat tem perature ;tem perature field ;stress fieldAnalysis on heat 2affected zone toughness of railroad freight TCS345stainless steel w eld joints W ANG Baosen ,M A Zhao 2hui ,ZH U Shuangchun ,X U K e (Research Institute ,Baosteel Iron &S teel C o.Ltd ,Shanghai 201900,China ).p 97-100Abstract :　The trans formation tem perature phase diagram of 12%chromium steel is obtained by using Thermal 2cal s oftware.Pro 2cess of welding 12%chromium stainless steel is analysed with the phase trans formation tem perature scope.The heat 2affected zone (H AZ )of the weld joints is observed with optic microscope and scanning electronic microscope ,which the microstructure consists of ferrite ,martensite ,coarse grain heat 2affected zone (CG H AZ ),fine grain heat 2affected zone (FG H AZ )and T i (C ΠN ).The key elements that affect toughness of CG H AZ are ferritic grain size and martensitic content.The base material has the best im pact toughness when grain size of T i (C ΠN )reaches 2-5μm.The lowest ductility 2brittle transi 2tion tem perature in CG H AZ is -22℃when content of carbon plus nitrogen in base material is about 0.02%and martensitic content in CG H AZ is 40%under s ome certain welding procedure.K ey w ords :　chromium ferritic stainless steel ;coarse grain heat affected zone ;im pact toughnessMicrostructural form ation of austenitic stainless steel joint by cap acitor disch arge w elding X U Feng 1,2,X U Jin feng 2,ZH AIQiuya 2(1.School of Materials Science and Engineering ,Shaanxi University of T echnology ,Hanzhong 723003,China ;2.X i ’an Uni 2versity of T echnology ,X i ’an 710048,China ).p 101-104Abstract :　The 0Cr18Ni9austenitic stainless steel sheet with 0.2mm thickness was welded in capacitor discharge spot welding.The tem perature field and cooling rate of nugget was calculated.The results show that the joint microstructure consists of nugget zone and semi 2melt zone.Due to very short time in welding ,the cooling rate of the joint reaches to 5.1×106K Πs ,the growth of austenite micro 2structure is im peded ,and the microstructure of the nugget is refined ,which has rapidly s olidified characteristics.As the austenite micro 2structure of the nugget stays in tem perature province of activation with very short time ,the chrome of austenite grain boundary precipi 2tations is checked.T o obtain the high quality spot 2weld joint ,the welding parameters are determined as :welding v oltage 80V ,capac 2itor 6600μF and electrode pressure 18N.K ey w ords :　austenitic stainless steel ;capacitor discharge welding ;spot 2weld jointAnalysis for the influences of aluminum alloy P 2MIG w elding p arameters on w elding arc LU Zhiqiang 1,2,H UA Xueming 1,2,LI Fang 1,2,W U Y ixiong 1,2(1.Material and Science Engineering Department ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200240,Chi 2na ;2.The K ey Laboratory of Laser Processing and Material M odifi 2cation of Shanghai ,Shanghai 200240,China ).p 105-108Abstract :　Under the same average welding current and weld 2ing v oltage ,by regulating the different based current and peak cur 2rent ,the Al 2Mg alloy was welded with Al 2Mg filler wire.The photos of welding arc were obtained by using high 2speed video photography.Peak current has great in fluence on the shape and characteristics of the arc.With increasing the peak current value ,rotated arc appears and pulsed rotated metal trans fer behavior occurs.Based current has little in fluence on the arc shape.Base current is the im portant pa 2rameter for keeping arc burning.At pulse off time ,it must be given base current value which is large enough to keep the arc burning sta 2bly.In this study ,the arc shape is defined by arc length ,arc width and arc portrait cross 2section area ,which will be in fluenced by the weld current.Peak current is im portant parameter of arc tem perature and pulse energy.The study shows that when the arc is burning at pulse on time ,the arc length ,arc width and arc portrait cross 2sec 2tion area increase with raising peak current.K ey w ords :　aluminum alloy ;arc shape ;pulsed 2insert gas welding ;currentWelding technology and microstructure of MIG w elded m agne 2sium alloy W ANG Peng ,S ONG G ang ,LI U Liming (School of Materials Science and Engineering ,Dalian University of T echnology ,Dalian 116024,China ).p 109-112Abstract :　The pulsed MIG welding was used to weld AZ 31B Mg alloy ,and the weldability of the alloy was studied.The micro 2structure ,mechanical property and hardness of the welded joint were investigated via the metal phase microscopy ,scanning electron mi 2croscope ,tensile testing machine and hardness instrument.The re 2sults show that one 2side welding with back can be obtained through this technique at optimized parameters when there was no groove and no shaped ban ,which continuous butt joints have no sur face defects.The heat 2affected zone of the joints is narrow ,and the grains of the zone are slightly larger than that of the base metal.The grains of fu 2sion zone are tiny ,the microstructure is hom ogeneous and the hard 2ness of welded joint is higher than that of the base metal.The tensile strength is up to 95%of the base metal.K ey w ords :　pulsed MIGwelding ;magnesium alloy ;welding process ;microstructureⅥ MAI N T OPICS ,ABSTRACTS &KEY W ORDS 2009,V ol.30,N o.12。

基于正交试验-BP神经网络的GH4169膜片微束TIG焊接工艺优化

基于正交试验-BP 神经网络的GH4169膜片微束TIG 焊接工艺优化余果，尹玉环，高嘉爽，郭立杰(上海航天设备制造总厂有限公司，上海　200245)摘要：将正交试验与BP 神经网络结合用于0.2 mm 厚GH4169膜片微束TIG 焊接工艺参数优化，根据正交试验结果对神经网络模型进行训练，建立了峰值电流、基值电流、焊接速度、脉冲频率与接头直径、高度、抗拉力的BP 神经网络模型. 结果表明，在BP 神经网络模型预测的基础上，结合小步长搜索法获得的最佳工艺参数范围为峰值电流11.6 A±0.2 A 、基值电流4.3 A±0.1 A 、焊接速度4.14 mm/s±0.1 mm/s 、脉冲频率52 Hz±2 Hz . 通过试验验证，4组试样各指标试验值均处于模型预测值范围内，抗拉力值均高于先期试验. 试验结果证明，该模型预测精度高，并且该工艺优化方法能有效提高实际工艺设计的效率.关键词：膜片；正交试验；神经网络；工艺优化中图分类号：TG 457.19 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .20183902850 序言膜盒是一种通过精密焊接而成的管状元件，与充压成形波纹管相比，具有刚度更小，疲劳性能更优，灵敏度更高等特点，是运载火箭动力装置增压输送系统的重要组成部分[1].国内新一代运载火箭膜盒膜片材料采用GH4169高温合金，该沉淀强化高温合金中强化相包括γ″，γ′相[2-3]，以及γ″的平衡相δ相[4]，具有强度高、工作温度范围大、低温性能好等特点[5-6]. 李延民[7]采用微束等离子焊实现了0.12 mm 厚GH4169膜片焊接，李卓然等人[8]采用真空扩散连接以及加中间层镍箔实现GH4169自身的连接. 而关于微束TIG (tungsten inert gas ，TIG)焊方面开展的研究很少，并且膜片端接接头易发生失效破坏，是膜盒的薄弱环节，结合微束TIG 焊在焊接参数易控制、操作较为简单、成本较低、生产效率高等特点，开展GH4169膜片微束TIG 焊接工艺研究，对膜盒端接接头力学性能的提高具有重要意义.文中采用正交试验与人工神经网络相结合的方法，结合人工神经网络适合处理多因素多条件、不精确和模糊的信息问题的特点[9]，建立BP(backpropagation ，BP)神经网络，对微束TIG 焊接工艺参数的选取进行较为全面的优化.1 试验方法1.1 试验设备和材料试验采用PLASCON PT-10微束TIG 焊机；试验材料为厚0.2 mm 的GH4169膜片，焊前膜片进行酸洗；接头尺寸通过蔡司金相显微镜结合配套软件测量；接头力学性能通过INSTRON-5967电子万能材料试验机测试.1.2 正交试验设计文中采用的GH4169合金膜片厚度仅为0.2 mm ，因此焊接工艺参数对接头的成形及力学性能有重要的影响. 试验选取焊接峰值电流I p 、基值电流I b 、焊接速度v 和脉冲频率f 四个工艺参数，设计L 16(44)正交表，如表1所示. 端接接头直径、高度以及接头抗拉力测试试样的示意图如图1所示. 为消除偶然误差，各指标均匀取样6组，计算平均值.1.3 正交试验-BP 神经网络工艺参数优化法由于正交试验选取的是一系列离散的点，因此在其试验所得极值附近也可能存在更优参数组合.利用BP 神经网络结合小步长搜索法进行参数优化，具体步骤如下.收稿日期：2017 − 07 − 31基金项目：上海市青年科技启明星计划资助项目(17QB1401500)第 39 卷第 11 期2018 年 11 月焊接学报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION Vol .39(11):119 − 123, 128November 2018(1) 在L 16正交表的16组试验中，选取13组为BP 神经网络的学习样本，3组为检验样本，设置合理参数，训练BP 神经网络.(2) 在L 16正交试验得到的较优组合附近采用小步长搜索的方法，对每个因素改变微小步长δ，把所得参数组成新的L 9(43)正交表.(3) 通过L 9正交表安排网络输入，采用训练好的BP 神经网络进行预测，得到一系列的相应评价指标预测值，通过极差分析，查找更优的参数组合.(4) 重复小步长搜索法，不断建立新的L 9正交表，直到各指标预测值变动趋于稳定收敛，综合分析从而获得最佳工艺参数组合.2 BP 神经网络预测模型的建立2.1 BP 神经网络结构设计文中采用BP 神经网络结合正交试验来描述峰值电流、基值电流、焊接速度和脉冲频率与端接接头直径、高度和抗拉力之间的相互关系. BP 神经网络是目前研究最多、应用最广的人工神经网络模型，具有自组织、自学习和联想记忆等功能，同时容错性也较好[10]. 目前研究已经证明，在隐含层神经元数量足够的情况下，一个三层BP 神经网络可以实现任意m 维输入层到n 维输出层的映射[11]，因此，文中通过MATLAB 数学软件建立三层BP 神经网络模型，其网络结构如图2所示.v 图 2 三层BP 神经网络结构Fig. 2 Structure of BP neural networks隐含层中神经元数量的选择是BP 神经网络的重要环节，它对神经网络的性能有很大的影响，目前理论上没有统一规范的方法确定隐含层神经元的数量，一般采用经验公式并加以不断的尝试来确定，文中采用的经验公式为式中：J 为隐含层神经元数；m 为输入层神经元数；n 为输出层神经元数；a 一般取1~10. 根据经验公式进行大量尝试，最终选取J 为12.2.2 BP 网络算法和参数设定文中建立的BP 模型输入层与隐含层之间采用双极S 型函数，同时考虑到输出为正值和运算的收敛性，隐含层和输出层之间采用单极S 型函数，各函数定义分别如下.FFD膜片端接接头熔合线h內圆焊缝切割线10(a) 接头直径 D 及高度 h(b) 抗拉力测试试样 (俯视图) (mm)(c) 抗拉力测试试样 (截面)图 1 试样示意图Fig. 1 Schematic of samples表 1 因素水平表Table 1 Factors and levels水平因素峰值电流I p /A基值电流I b /A焊接速度v /(mm·s −1)脉冲频率f /Hz 1611.63302822.725031033.817041244.9090120焊接学报第 39 卷通过前期调研及尝试，文中建立的BP神经网络训练函数采用trainlm函数，该函数算法简称L-M法(Levenberg-Marquardt算法).该方法通过在HE SSLAN矩阵上加一个正定矩阵来进行分析评估，比传统的BP算法迭代次数少，收敛快，精度高[12]，其连接权值的修正公式为式中：△w为连接权值；J为误差对权值微分的雅可比矩阵；I为单位矩阵；μ为标量；E为误差向量.为提高BP神经网络的学习效率和速度且防止出现“过拟合”现象，学习率选择范围在0.05~ 0.15之间，动量因子选择范围在0.5~0.9之间.3 试验结果与分析3.1 正交试验结果与分析试验首先根据正交表进行16组焊接试验，具体见表2.由于试验组较多，仅随机列出2组端接接头微观组织形貌，如图3所示.100 μm(a) 参数组合 1100 μm(b) 参数组合 5图 3 端接接头微观组织形貌Fig. 3 Microstructures of edge joint取显著性水平α为95%，对表2正交试验结果进行方差分析，各指标对应的F值与该显著性水平下F0.05(3，12)的比较结果见表3.由方差分析结果可知，峰值、基值电流对各评价指标影响程度的显著性明显大于焊接速度和脉冲频率，因此，电流的变化是引起各评价指标变化的主导因素.表 3 方差分析Table 3 Variance analysis指标因素偏差平方和F值F0.05(3，12)显著性直径D峰值电流I p3.223×10−3 2 5783.49显著基值电流I b9.965×10−4797.23.49显著焊接速度v1.265×10−4101.23.49显著脉冲频率f5.75×10−546.003.49显著高度h峰值电流I p2.887×10−383.973.49显著基值电流I b8.86×10−425.773.49显著焊接速度v9.85×10−52.8653.49不显著脉冲频率f3.5×10−60.1023.49不显著抗拉力F峰值电流I p3.317×105184.33.49显著基值电流I b6.437×10435.773.49显著焊接速度v7.203×1034.0023.49较显著脉冲频率f7.848×1034.3613.49较显著对正交试验结果采用极差分析方法，通过极差的大小直观确定正交试验中的较优参数范围，结果见表4.表 2 正交试验结果Table 2 The results of orthogonal experiment序号工艺参数直径D/mm高度h/mm抗拉力F/N 峰值电流I P/A基值电流I b/A焊接速度v/(mm·s−1)脉冲频率f/Hz1611.63300.4610.271390.52622.72500.4760.277423.13633.81700.4830.285468.64644.90900.4910.299585.55812.72700.4880.300554.36821.63900.4960.292487.57834.90300.5060.307674.58843.81500.5180.318718.791013.81900.5030.307632.9101024.90700.5050.305728.4111031.63500.5130.316806.3121042.72300.5160.320852.6131214.90500.5080.308798.4141223.81300.5150.322860.1151232.72900.5170.320858.8161241.63700.5200.325863.8第 11 期余果，等：基于正交试验-BP神经网络的GH4169膜片微束TIG焊接工艺优化121表 4 极差分析Table 4 Range analysis评价指标极差工艺参数峰值电流I p/A基值电流I b/A焊接速度v/(mm·s−1)脉冲频率f/Hz直径R D3.725×10−22.125×10−27.25×10−34.75×10−3高度R h3.575×10−21.9×10−27×10−31.25×10−3抗拉力R F378.322161.13159.67453.224正交试验中各评价指标的变化趋势如图4所示，当峰值电流从8 A增加至12 A，接头直径、高度变化较小，大致维持在同一水平.这是由于当焊接热输入超过一定值后，焊接工装的限制作用使得用于形成端接接头的熔融金属量不再变化，加上散热效果良好，焊缝成形极快，所以在接头尺寸上变化较小.通过方差分析与极差分析可知，电流对抗拉力影响较大，结合图4，当峰值电流相同且处于较低值时，抗拉力随着基值电流的增大而增大；当峰值电流处于较高值时，由于接头尺寸变化趋势的减小，抗拉力呈现小范围的波动.图 4 端接接头直径、高度和抗拉力变化情况Fig. 4 Changing of diameter, height and tensile resistance of joint3.2 模型预测与试验验证根据表2，选取编号为3，7，11的3组作为检验样本，另外13组为学习样本，构造输入输出模式，初始化连接权值和阈值在[−1，1]随机产生，最大训练次数为1 000次，期望误差10−6.采用trainlm 训练函数，经过31次学习即完成收敛，同时比较检验样本预测值与试验值之间的相对误差，得到如表5~表7的结果，其中接头直径D′、高度h′和抗拉力F′分别为对应的预测值，|ε|为相对误差绝对值.可见，直径和高度的相对误差在3%以内，抗拉力的相对误差在5%以内.因此文中建立的BP神经网络模型的预测精度很高，可以作为预测模型.表 5 预测结果与误差(直径)Table 5 Predicted values and errors(diameter)直径实测值D/mm直径预测值D′/mm相对误差|ε|(%)0.4830.4781.040.5060.5080.400.5130.5170.78表 6 预测结果与误差(高度)Table 6 Predicted values and errors(height)高度实测值h/mm高度预测值h′/mm相对误差|ε|(%)0.2850.2792.110.3070.3031.300.3160.3190.95表 7 预测结果与误差(抗拉力)Table 7 Predicted values and errors(tensile resistance)抗拉力实测值F/N抗拉力预测值F′/N相对误差|ε|(%) 468.6485.33.57674.5645.54.30806.3838.13.94通过对正交试验结果的方差、极差的综合分析，较优参数为：峰值电流10~12 A，基值电流4 A，焊接速度2.72~3.81 mm/s，频率50 Hz.采用小步长搜索的方法寻找更优参数组合，构造L9正交表，具体参数组合见表8.利用表8作为输入参数，通过已经训练好的网络进行预测，获得一系列预测值，如表9所示.对表9数据进行极差分析，得到最优参数组合：I p=11 A，I b=4 A，v=3.81 mm/s，f=40 Hz.在该组最优参数附近重复小步长搜索法继续寻优，直到各预测值变动趋于稳定.由于文中采用的合金膜片厚度仅为0.2 mm，工艺参数的变化对端接接头尺寸及122焊接学报第 39 卷性能的波动影响较大，因此，当直径D、高度h和抗拉力F三个指标的神经网络模型预测值波动范围小于5%时，认为预测值趋于稳定，此时各工艺参数也在较小的范围内波动，最终得到最优工艺参数范围为I p=11.6 A±0.2 A，I b=4.3 A±0.1 A，v=4.14 mm/s±0.1 mm/s，f=52 Hz±2 Hz，各预测值分别收敛于D′= 0.535 mm±0.010 mm，h′=0.330 mm±0.010 mm，F′=900 N±25 N.针对最优工艺参数范围内的中间值进行4组试验验证，结果见表10.表 9 模型预测结果Table 9 Model predicted values峰值电流I P/A 基值电流I b/A焊接速度v/(mm·s−1)脉冲频率f/Hz直径D′/mm高度h′/mm抗拉力F′/N103.62.72400.5130.314833.6 1043.27500.5170.320843.5 104.43.81600.5170.317840.6 113.63.27600.5160.327851.8 1143.81400.5290.328874.8 114.42.72500.5270.324862.9 123.63.81500.5310.314861.7 1242.72600.5250.325867.4 124.43.27400.5310.315859.4表 10 工艺参数验证Table 10 Process parameters verification序号直径D/mm高度h/mm抗拉力F/N 10.5400.340902.920.5310.327879.530.5330.334884.240.5360.330881.2由表10可见，试验值均处于模型预测值范围内，且抗拉力值均高于先期试验，证实通过该优化方法后能得到更优的工艺参数范围，同时获得更优的力学性能和与之匹配的端接接头尺寸.4 结论(1) 通过正交试验和BP神经网络，建立GH-4169膜片微束TIG焊接过程中接头尺寸和抗拉力与焊接工艺参数的网络模型，从而确定了接头尺寸和力学性能与焊接工艺参数之间的多变量非线性关系.(2) 通过对正交试验的分析得到峰值、基值电流是影响接头尺寸和力学性能的主要因素；利用正交试验，可有效地减少样本数量，提高了样本的质量；通过合理选用模型参数，有效地提高了模型收敛速度和预测精度.(3) 通过小步长搜索法和BP网络的预测得到最优工艺参数范围为峰值电流11.6 A±0.2 A、基值电流4.3 A±0.1 A、焊接速度4.14 mm/s±0.1 mm/s、脉冲频率52 Hz±2 Hz.通过试验，4组试验值均在预测值范围内，抗拉力值均高于先期试验，证明了采用这种工艺优化方法能获得更高的接头力学性能，同时预测模型精度高，具有较高的实际应用价值.参考文献：刘锦凡, 孙　丹, 陈雪巍, 等. 蓄压器膜盒机械刚度对液体火箭POGO振动影响研究[J]. 振动与冲击, 2016, 35(19): 168 − 171.Liu Jinfan, Sun Dan, Chen Xuewei, et al. 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China Welding, 2017, 26(1): 44 − 48.[6]李延民. 超薄壁GH4169膜盒微束等离子焊接工艺研究[D]. 北京: 北京工业大学, 2014.[7]李卓然, 冯广杰, 徐　慨, 等. 高温合金GH4169真空扩散连接工艺[J]. 焊接学报, 2013, 34(6): 21 − 24.Li Zhuoran, Feng Guangjie, Xu Kai, et al . Vacuum diffusion bonding of GH4169 superalloy[J]. Transactions of the China Welding Institution, 2013, 34(6): 21 − 24.[8]Shojaeefard M H, Behnagh R A, Akbari M, et al . Modeling andpareto optimization of mechanical properties of friction stir wel-ded AA7075/AA5083 butt joints using neural network and particle swarm algorithm[J]. Materials & Design, 2013, 44(2): 190 −198.[9]夏卫生, 张海鸥, 王桂兰, 等. 基于多层ANN 的机器人等离子熔射智能化模型[J]. 焊接学报, 2009, 30(7): 41 − 44.Xia Weisheng, Zhang Haiou, Wang Guilan, et al . Intelligent pro-cess modeling of robotic plasma spraying based on multi-layer ar-[10]tificial neural network[J]. Transactions of the China Welding In-stitution, 2009, 30(7): 41 − 44.王东生, 杨　斌, 田宗军. 基于遗传神经网络的等离子喷涂纳米ZrO 2-7%Y 2O 3涂层工艺参数优化[J]. 焊接学报, 2013, 34(3):10 − 14.Wang Dongsheng, Yang Bin, Tian Zongjun, et al . Process para-meters optimization of nanostructured ZrO 2-7%Y 2O 3 coating de-posited by plasma spraying based on genetic algorithms and neur-al networks[J]. Transactions of the China Welding Institution,2013, 34(3): 10 − 14.[11]滕　凯. 基于正交试验和BP 神经网络的Ti-6Al-4V 合金电火花线切割工艺参数优化[J]. 制造业自动化, 2015, 37(10): 24 −27.Teng Kai. Parameter optimization of Ti-6Al-4V alloy wire cut-ting process based on orthogonal test and BP neural network[J].Manufacturing Automation, 2015, 37(10): 24 − 27.[12]作者简介：余　果，男，1993年出生，硕士研究生. 主要从事镍基高温合金焊接冶金、焊接性及焊接工艺技术等方面的研究. 发表论文1篇. Email ：ygcasc2015@sina .com128焊接学报第 39 卷。

基于多指标正交试验设计的SLS快速成型工艺参数优化

基于多指标正交试验设计的SLS快速成型工艺参数优化孔双祥;胥光申;巨孔亮;刘洋【摘要】为提高SIS成型系统堆积方向微细结构的制作质量,以过度烧结深度、烧结密度和Z向尺寸偏差为优化指标,采用多指标的正交试验设计方法,通过极差分析法,讨论激光功率、预热温度、激光扫描速度、分层厚度等成型工艺参数对试件质量的影响,利用综合平衡法确定了最优工艺参数组合.试验结果表明:激光功率选取16 W,预热温度选取98℃,激光扫描速度选取3 m/s,分层厚度选取0.15 mm时,试件的制作质量为最优.试验结果有助于SLS快速成型系统提高堆积方向微细结构的制作质量.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】6页(P30-35)【关键词】选择性激光烧结;过度烧结深度;烧结密度;多指标正交试验;综合平衡法【作者】孔双祥;胥光申;巨孔亮;刘洋【作者单位】西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TQ174.62选择性激光烧结(Selective Laser Sintering, SLS)是目前发展最快、最为成功且已经商业化的快速成型(Rapid Prototyping, RP)方法之一，采用该技术不仅可以制造出精确的模型，还可制作能直接使用的功能零件[1]。

选择性激光烧结技术基于离散-堆积成形思想，以粉末为材料快速成型三维实体部件，不受限于零件形状的复杂程度，无需工装夹具，把三维模型零件直接烧结成实体原型，缩短了设计制造周期，提高了市场竞争力，因此是一种先进的材料成型技术[2-3]。

选择性激光烧结成型技术制作Z向的间隙微细结构时，产生的过度烧结现象是导致间隙堵塞及间隙尺寸精度降低的主要原因。

在制作模型的悬垂面特征时，若粉末材料接受能量较大，造成制件悬垂面下方本来不应该烧结的粉末烧结，此谓过度烧结，此现象会让制作的模型出现较为严重的失真[4]，对制件精度有较大的影响。

基于数学建模之铝合金正弦波调制脉冲MIG焊专家数据库设计

使最小峰值脉冲满足最佳的一脉一滴熔滴过渡状
峰值及其持续时间，０ｐ为它们的初始值，为大，、０ｐｔｉ
于０的自然数。
态要求，即有
（１）
设定：每一个正弦波周期内脉冲电流峰值在个数为 Ⅳ，每一个正弦波的正半周期和负半周期在中的脉冲电流峰值个数分别为ｎ和ｎ、和 Ⅳ ，ｎ为大于０的自然数，，弦波的正半周期与负ｎ ≥ｎ正半周期中的脉冲电流峰值个数之比值记作ｍ，则
１２峰值脉冲基本参数．
峰值脉冲基本参数主要是指脉冲电流峰值，ｎ及其持续时间ｔ正弦波调制脉冲ＭＩ。Ｇ焊的峰值脉冲基本参数存在最小值，即最小脉冲电流峰值及其持续时间。般而言，铝合金脉冲焊的最佳熔滴过渡状态
替交织的一种同样可获得高质量焊缝的理想的混
有：ｍｎＮｍｎｎｎｍ＋）并称当ｍｌ为对称ｎ＝，＝＋＝（１。＝时Ｓ — Ｇ，ｍ＞ＰＭＩ当ｌ时为非对称Ｓ — Ｇ。ＰＭＩ
一
是一脉一滴（ＤＰ，实际生产过程证实，ＯＰ）但射滴过渡即一脉多滴的熔滴过渡状态同样能获得高质量
焊缝阎。
０
对应不同的焊丝，通过试验均可取得脉冲电流峰值和其持续时间的一脉一滴临界图表曲线，满足

双脉冲MIG焊铝工艺参数设计及试验

双脉冲MIG焊铝工艺参数设计及试验熊丹枫;林放;陈小峰;薛家祥【摘要】铝焊接过程易产生气孔,双脉冲焊接工艺能够减小气孔发生率,获得理想的焊接质量和美观的焊缝外观.双脉冲波形的最大特点是高频时实现一脉一滴的熔滴过渡,低频时控制熔池,即一个低频周期形成一个熔池,形成鱼鳞纹,同时每个低频周期都能对熔池产生一定的搅拌作用,促使熔池中的气体排出去,从而减小了气孔倾向.双脉冲焊铝需要调节的参数较多,包括强脉冲峰值电流和时间、强脉冲基值电流和时间、弱脉冲峰值电流和时间、弱脉冲基值电流和时间等.设计了4组12个双脉冲焊接试验,通过试验探讨了焊缝成形与参数设置和焊接条件的关系,焊缝无咬边,熔透较好,焊缝成形比较好,证明本试验用焊接电源具有较好的工艺性能,能较好地实现双脉冲焊铝.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2010(040)009【总页数】5页(P17-21)【关键词】双脉冲MIG;焊铝;强脉冲;弱脉冲【作者】熊丹枫;林放;陈小峰;薛家祥【作者单位】华南理工大学,机械与汽车工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学,机械与汽车工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学,机械与汽车工程学院,广东,广州,510640;华南理工大学,机械与汽车工程学院,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TC444+.74随着焊接电源的快速发展和各种复杂焊接工艺的出现、功能的不断完善和复杂化，人们不断地寻求快速、简便的焊接电源调节和使用方法。

近10年焊铝快速发展，出现了铝合金脉冲焊、双脉冲焊的相关应用和研究[1－2]，涌现出了一些如双脉冲焊的新脉冲波形控制技术，从而改变了以往几乎所有脉冲焊的研究和应用都是针对钢的现状。

铝焊接过程易产生气孔，双脉冲焊接工艺能够减小气孔发生率，获得理想的焊接质量和美观的焊缝外观，双脉冲焊铝在国外已有应用。

双脉冲焊目前主要有两种形式：一种是以KemppiPro增强型为代表，其送丝速度与焊接电流均按低频进行切换[3]；另外一种是以OTC为代表的产品，其送丝速度不变，仅按低频切换熔化速度。

基于焊工调节的铝合金脉冲MIG焊背面熔透建模

2.1 试验过程在焊接过程中，焊接电流是熔池形态的主要影
响因素，亦是焊工主要调节的焊接参数. 故文中研究的是焊接电流和焊缝背面熔透关系模型. 首先，设计焊接速度随机变化的焊接试验，焊接速度在 4.5 ~ 7.5 mm/s 的范围内每 1 s 随机阶跃一次，由此引起焊缝背面熔宽尺寸不规则变化. 被动视觉系统实时采集焊缝背面的图像，并同时显示在软件窗口左上角的两个图像显示区域内. 在左侧图像显示区域绘制有两条水平实线，通过像素标定保证两条线的间距为 8 mm. 焊工通过观察这个区域内的背面焊缝图像上的熔池边缘与上下两条实线的关系，在软件界面调节焊接电流，令背面熔宽稳定在两条实线附近很窄的区间内，完成对焊缝背面熔透的调节. 2.2 焊缝背面图像处理
试验过程中，焊工仅凭视觉判断熔宽变化情况，而无法准确得知焊缝背面的真实熔宽值. 所以需要对采集图像进行处理，实时提取熔宽数据并记录，其全过程如图 2 所示. 首先，对采集图像中熔池中部尺寸稳定区域进行开窗口处理，以提高熔池图像处理速度. 为确定熔池宽度边缘特征，基于 Sobel 检测算子进行熔池轮廓提取. 最后，采用 Hough 变换直线拟合算法对提取的离散熔池边缘特征进行拟合[9]，并提取熔宽.
文献标识码：A
doi：10.12073/j.hjxb.2019400212
0 序言
在铝合金薄板脉冲 MIG 焊接过程中，焊缝背面熔透对工件间隙、散热及工艺参数波动尤为敏感[1]. 如何有效地控制铝合金脉冲 MIG 背面焊缝熔透，进而保证焊接质量，一直是焊接领域的重要研究方向[2-3]. 设计闭环控制器实现对焊接过程的在线反馈控制是目前常用的解决措施[4-6].
第 40 卷第 8 期 2019 年 8 月

基于正交试验的X80管线钢MIG焊工艺优化

Tab 3 Thermal and physical properties of X80 pipeline steel
温度 T /℃
20 100 200 400 800 1 200
比热容 c/(J·kg−1℃−1)
423 476 536 662 914 1 160
密度 ρ/(g·cm−3)
7.81 7.79 7.77 7.72 7.61 7.50
弹性模量 E/GP度 σ/MPa
641 623 597 550 100 15
热导率 λ/(W·m−1℃−1)
54.42 54.01 52.75 47.71 27.55
40
1.4 焊接热源及边界条件焊接热源采用双椭球型热源，使用“生死单元”的方法加载到焊缝，热源在焊缝的移动通过时间步的增加
侯阳1 ，李雪芝1 ，周建平1 ，王恪典1,2 †
(1. 新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐 830047；2. 西安交通大学机械工程学院，陕西西安 710049)
摘要：为优化X80管线钢MIG焊的工艺参数，对MIG焊过程中的电弧电压、焊接电流、焊接速度、坡口间隙四个工艺参数进行了正交试验，以焊接接头应力峰值为评价指标，使用极差分析方法，获得了最优的工艺参数．借助ANSYS软件对最优的工艺参数进行模拟计算，得到了应力峰值在接头处的分布情况．结果表明：极差分析法能有效获得最优工艺参数，且焊接速度是接头处应力峰值的主要影响因素，其次为电弧电压、焊接电流、坡口间隙．研究结果为优化X80管线钢焊接工艺、有效减小焊后应力峰值提供了参考. 关键词：正交试验；应力峰值；极差分析；数值模拟 DOI ：10.13568/ki.651094.651316. 2020.04.23.0001 中图分类号：TG42 文献标识码：A 文章编号：2096-7675(2021)04-0507-06 引文格式：侯阳, 李雪芝, 周建平, 等．基于正交试验的X80管线钢MIG焊工艺优化[J]. 新疆大学学报(自然科学版) (中英文), 2021, 38(4): 507-512. 英文引文格式：HOU Y, LI X Z, ZHOU J P, et al．MIG welding process optimization of X80 pipeline steel based on orthogonal test[J]．Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition in Chinese and English), 2021, 38(4): 507-512.

基于正交试验设计的电阻点焊焊接参数组合优化

基于正交试验设计的电阻点焊焊接参数组合优化王攀;蒋晓明;刘晓光;赫亮【摘要】采用3因素3水平的正交试验,对影响焊接质量的焊接参数(电极压力、焊接电流和时间)进行组合优化设计.通过对试验结果的极差值和方差值的分析,得出影响焊接质量的主次因素.试验结果表明:采用电极压力为10N、焊接电流为1.0kA、焊接时间为0.5 s的参数组合,可得到最大的焊件极限抗拉载荷,焊接质量最优.焊接电流对点焊接头的焊接质量影响程度最明显,其次为焊接时间,电极压力影响程度最小.本试验可为电阻点焊焊接参数组合优化和质量控制提供指导依据.【期刊名称】《自动化与信息工程》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】5页(P18-22)【关键词】正交试验;电阻点焊;抗拉载荷【作者】王攀;蒋晓明;刘晓光;赫亮【作者单位】广东省自动化研究所广东省现代控制技术重点实验室广东省现代控制与光机电技术公共实验室;广东省自动化研究所广东省现代控制技术重点实验室广东省现代控制与光机电技术公共实验室;广东省自动化研究所广东省现代控制技术重点实验室广东省现代控制与光机电技术公共实验室;广东省自动化研究所广东省现代控制技术重点实验室广东省现代控制与光机电技术公共实验室【正文语种】中文电阻点焊具有高质量、高效率、低成本等优点，广泛应用于电子、汽车等行业。

在实际的点焊操作过程中，选择合理的焊接参数是实现高质量焊接的必要条件。

在焊接材料指标、电极的材料、端面形状和尺寸选定后，焊接质量主要取决于3个参数：电极压力、焊接电流和焊接时间[1]。

各焊接参数相互配合对焊接质量的影响各不相同。

焊接参数指标的权衡，是摆在焊接工作者面前的一道难题。

在实际工作中，常常需要同时考察3个及以上的试验因素，若进行全面试验，试验的规模将很大，往往因试验条件的限制而难于实施。

正交试验设计是一种安排多因素试验、寻求最优水平组合的高效率试验设计方法。

其特点是用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的状况[2]。

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陈小峰，林放，黄文超，熊丹枫，薛家祥
（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州５０４）１６０
摘要：采用了四因素三水平的正交试验方法，结合焊接电弧动态小波分析仪对脉冲参数进行了优化。根据试验结果分析了ＭＩ焊主要Ｇ
因而对焊接工艺参数进行优化就显得非常困难。如果逐个对每个影响因素进行焊接工艺评定峰值电流大小，再匹配相应
收稿日期：２１ — ４２０００— ０
的峰值电流时间实现一脉一滴，绘出采用不同直径焊
０前言
不可行的。正交试验表能够在因素变化范围内均衡
脉冲氩弧焊（Ｇ）主要利用脉冲电流来控制熔ＭＩ
抽样。使每一次的试验都具有较强的代表性。由于
正交试验表具有均衡分散的特点，保证了全面试验
素三水平正交试验表［。７］
信号的提取，有效地抑制烟尘、飞溅、弧光等干扰信号，保障了参数优化试验可靠性，为脉冲ＭＩＧ焊参数优化设计提供了参考［。６］
１试验影响因素的水平选定．２１试验设计１１试验方案及影响因素的确定．
试验号
１
２
峰值电流，Ａ
２０６
２０６
基值电流／Ａ
３０
５０
峰值时问，ｍｓ
２
３５．
周期／ｍｓ
ｌ．２５
８５．
３４００
、
２０６３０２３０２３０２
的某些要求．这些试验往往能够较好地达到试验的
滴过渡，脉冲参数的选择与配合对熔滴过渡的精确
控制有重要意义。１本ＯＣ公司的仝红军、上山智３Ｔ之等人对低频调制脉冲ＭＩＧ焊的工艺方法进行了研究＿。巴西的Ｍｅｄｓ等人［３ＭＩ】］ｎｅ２］－对Ｇ焊的焊接机理
和孔隙形成进行了研究。国内的北京工业大学对
目的，找出最优的水平组合。本试验先确立一脉一滴曲线图．再以此曲线为中心选取合理的焊接工艺参数进行试验。本试验采用笔者所在单位自行研制的数字化逆变焊机进行ＭＩＧ焊试验，利用焊接电弧动态小波分
大量的试验。
析仪采集并处理电信号，试件为厚８０ｍｌ的Ｑ３．ｉｌ２５
钢板，焊接材料为１ｍ钢焊丝，保护气体为纯．ｍ０
氩，气体流量为１／ｉ，焊丝伸出长为１５Ｌｍｎ２ｍｍ，平
板堆焊。
由于焊接过程是一个多因素影响的复杂过程．
为了保证三个水平的合理选定。首先通过试验确
认焊丝的一脉一滴过渡临界曲线，为下一步的水平选取提供一个合理的范围。对于不同的焊丝直径，基值电流选择在３～０Ａ，基值电流太小，则容易导致维０７弧不稳；基值电流太大，则明显破坏了一脉一滴的有
ＭＩＧ焊的控制方法研究取得了有益的结果［。虽然业界研究人员不断地对焊接设备和焊接工艺方法进行改进，但是由于脉冲ＭＩＧ焊熔滴过渡的复杂性ｌ，５＿要通过简单有效的方式控制熔滴过渡仍然需要进行
Ｗｅｄｇｅｈｏｇｏ３ｏ１Ｄｃ２１ｌｉｃｎｌｙＶ１９Ｎ．ｎＴｏ．２ｅ．００
文章编号：０２０５（０Ｏ１— ０１０１０ — ２Ｘ２１）２０２ — ３
・工艺与新技术・２１
基于正交试验的脉冲ＭＩ焊参数优化试验Ｇ
正交试验是一种科学的分析方法，在本试验中采用四因素三水平的正交试验进行参数的分析。由于
ＭＩＧ焊弧光强烈，在试样中利用小波分析仪进行电
本试验中，在保证焊接速度、焊丝伸出长、保护气体流量等一致条件的前提下，影响脉冲ＭＩＧ焊的焊接效果的因素有峰值电流大小、峰值电流时间、基值电流大小、基值电流时间。故采取了规格化的四因
参数和焊缝成形质量之间的关系，为脉冲ＭＩＧ焊的参数设计提供了依据。
关键词：正交试验；脉冲ＭＩ焊；参数优化设计；小波分析Ｇ中图分类号：Ｔ４４７Ｇ４．４文献标志码：Ｂ
要进行大量的试验。这在人力、财力和时间上都是
２・２工艺与新技术・
焊接技术
第３９卷第１２期２１００年ｌ２月
丝焊接时的一脉一滴曲线图。以直径为１ｍ的钢．ｍ０焊丝为例，根据试验得到一脉一滴临界曲线，如图１
所示。
５００
表１四因素三水平正交试验表因素