钛及钛合金焊接工艺自动设计及接头机械性能预测

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文结合了专家系统(ES)和人工神经网络(ANN)技术，针对钦及钦合金开发了焊接工艺设计及焊接接头机械性能预测系统。首先通过广泛收集和整理实际钦及钦合金金属产品焊接工艺设计的知识，研究和开发了钦及钦合金焊接工艺设计专家系统。针对目前焊接工艺专家系统单机版存在的不足，设计了基于客户机/服务器模式的系统，满足了网络化应用的需要，实现了知识库和推理机制相分离，建立了基于数据库的知识库。系统可以实现对不同焊接方法和不同材料进行焊接工艺设计，可以推理出各种焊接工艺参数，其中包括坡口图形、焊接材料、焊接电流

2、、焊接速度、保护气体及其流量和热处理参数等等，最终可以得到符合生产要求的焊接工艺指导书。系统可以多用户同时操作，不同用户具有不同的权限。其次，建立了完整的知识库管理和维护系统。高级用户可以对知识库进行知识浏览、查询、删除和添加等操作，实现知识库的不断更新。同时，运用人工神经网络技术，完成了对钦及钦合金的钨极氢弧焊焊接接头机械性能的模拟和预测。采用了多层前向反馈神经网络模型，分别模拟了纯钦和钦合金氢弧焊焊接接头机械性能。对纯钦模型，设计的输入参数如下:氧、氮、氢、碳、铁和冷却速度，输出参数包括极限抗拉强度、延伸率、断面收缩率、屈服

3、强度、维氏硬度和洛氏硬度，并主要研究了氮、氧、碳和冷却速度对焊接接头机械性能的影响，结果表明:氮和氧对机械性能的综合影响是最大的，冷却速度的影响也是不可忽略的，因为其影响了焊接接头结晶尺寸的大小。并与氧当量模型进行对比分析，结果两种模型吻合的很好，其中延伸率、断面收缩率和维氏硬度模型预测效果要好于氧当量模型;对于钦合金模型，输入参数是钦合金成分和热处理参数，输出参数是五个重要的机械性能，即极限抗拉强度、延伸率、断面收缩率、屈服强度和硬度。通过详细分析铝和钒这两种元素对不同机械性能的影响，证明了模型的合理性。从预测结果来看，神经网

4、络模型与先前的研究结果吻合得很好，可以在工艺设计前进行预测分析，以指导判断焊接工艺的可行性。关键词人工神经网络;焊接性;焊接工艺设计;钦及钦合金哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAweldingproceduredesignandmechanicalpropertypredictionsystemwasdevelopedforweldingcommercialpure(CP)titaniumandtitaniumalloysbycombiningexpertsystem(ES)andartificialneuraln

5、etwork(ANN)technologytogether.First,practicalknowledgeabouttheweldingproceduresforCPtitaniumandtitaniumalloyshasbeencollectedandsummarizedfordevelopingtheweldingprocedureexpertsystem.InordertoovercomethedisadvantageofESforsingleusers,anexpertsystembasedonClient/Serve

6、rwasdevelopedwhichcanmeettheneedofnetwork,realizetheseparationofknowledgeandinferenceengineandsetupaknowledgebasesystem(KBS)basedondatabase.Thesystemcanbeappliedtodiferentweldingmethodsanddiferentmaterials.Itcandesignthefollowingweldingparametersincludinggrooveconfig

7、uration,weldingmaterial,weldingcurrent,weldingspeed,shieldinggasanditsvolume,heattreatmentparametersandsoon.Asaresult,awholeweldingprocedurecanbecompleted.Inaddition,theexpertsystemcanbeusedformulti-userswithdiferentlevelsofauthorities.Second,amanagesystemfortheKBSwa

8、sdevelopedbywhichasuperusercanbrowse,query,deleteandappendtherulesoftheKBSsothattheKBScanbeupdatedcontinuously.Atthesametime,mechan