基于多性能特征的摩擦焊工艺参数的优化

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1、西南交通大学本科毕业设计（外文翻译）基于多性能特征的摩擦焊工艺参数的优化Optimizationforfrictionweldingparameterswithmultipleperformancecharacteristics年级:2008级学号:20084952姓名:厚磊专业:材料成型及控制工程指导老师:戴虹基于多性能特征的摩擦焊工艺参数的优化PaulrajSathiyaS.AravindanA.NoorulHaq摘要摩擦焊接是一种固液相交替存在的压力焊接方法。虽然，摩擦焊在工业应用中已经积累了一些经验，但是想要得到最佳工艺参数却仍然是一项很艰

2、巨的任务。本次工作，是对取得最佳参数的设计进一步的推进。本文提出了一种对于如何优化摩擦焊接接头工艺参数并获得多个性能特点（如拉伸强度和金属损耗）的影响的调查。本文基于田口实验方法设计了一个实验，在这个实验中，输出的变量是焊缝的抗拉强度和金属损失，这些输出变量根据输入变量来决定，而输入变量包括加热压力（ＨＰ），加热时间（ＨＴ），顶锻压力（ＵＰ）和顶锻时间（UT）。这个研究的主要目的是使拉伸强度最大化，金属损失最小化。经过统计分析，实现这些工艺参数的最佳的组合。最后通过在最佳工艺参数条件下实验，验证这些组合。关键词：摩擦焊接；金属损失；微观结构的研究；

3、田口实验法；抗拉强度1引言不锈钢是一种以铁为基体的合金，包含了多种其他元素，这一特点使得它能够应用在广泛的领域，如化工，石油化工，化肥，日用设备，食品加工，制药设备，低温容器，换热器和饮料行业。摩擦焊是一种固态连接过程，通过控制焊件的接触面所产生的热量来使得焊件连接到一起。在受热条件下，材料达到软化状态，塑性状态的材料开始与另一种材料形成融合层，最终形成高质量的焊缝。摩擦焊方法已显示出可观的经济性和技术优势。为了获得高质量的焊接接头，要采用合适的焊接参数。焊接过程是一个多输入与多输出的连接过程，在这个过程中，接头质量与焊接参数密切相关。因此，需要做

4、许多实验来确定最佳输入参数的组合以此来得出最佳的输出参数。许多研究人员用传统技术，研究了摩擦焊工艺参数对钢接头质量的影响和工艺参数优化的过程。然而关于类似不锈钢的摩擦焊的文章的很少有的，故而采用非传统的方法来优化焊接参数是一种新的想法。比如金正日和李承晚（2001）用遗传算法优化气体保护焊(GWAM)焊接工艺参数来获得理想的几何焊缝。而田口实验方法是一个对设计和分析系统的应用，以此来达到设计和提高产品质量的目的。近些年来，田口试验方法已经成为了在研发过程中提高产品质量的有力工具，因此能够高效、节约的生产高质量的产品。本研究通过田口实验方法介绍了一种

5、程序，以此来确定最佳工艺参数，因此可以适当的在复杂的系统中应用这项技术，比如在焊接工艺过程中的应用。另一个好处是，没有外部因素影响焊接现象，有可能实现连续的研究。通过实验，可以找到最佳的工艺参数的设置。控制焊接接头的输入变量是加热压力，加热时间，顶锻压力，顶锻时间，输出变量是拉伸强度和金属损失。为了确定产生最大拉伸强度和最小的金属损失的焊接工艺参数，需要在一个广泛的焊接条参数范围内进行，使得出的实验结果与观察得出结果能够非常吻合。2优化焊接工艺参数的田口实验在田口实方法中，不通过增加成本而获得高质量的接头的关键是优化工艺参数。这是因为优化工艺参数，

6、可以提高产品质量特性，而且从田口实验方法中获得的最佳工艺参数对环境条件的变化和其他的一些因素的影响不敏感。基本上，古典工艺参数的设计（蒙哥马利），虽然易于使用，但是很复杂。特别是当工艺参数数量增加的时候，需要做大量的实验。为了解决这个问题，田口实验方法使用一种特殊的正交列阵表的设计，用一小部分实验来研究全部的范围内的工艺参数。田口实验法建议用损失函数所需要的值来衡量质量特性的差值。在选择工艺参数的过程中，考虑到多个质量特性，田口实验方法需要进行修改，以评估几种损失函数所对应的不同的质量特性。田口实验参数的设计，是通过设计工艺参数的设置，来优化性能，

7、减少系统性能波动的各种来源。在这项研究中，通过使用加权方法使得损失函数融入到整体损失函数中，整体损失函数数值又进一步转换成一个信号比S/N。通常情况下，有三种质量特性的的S/N比率，一种是比值越低越好，一种是比值越高越好，还有一种是比值越接近越好。每种水平的工艺参数的S/N比率的计算要以S/N分析为基础，抛开质量特性的差别不计，一个大的S/N比率对应的是个更好的质量特性。因此，工艺参数的最优化水平是S/N比的最高水平。此外，进行统计方差分析是为了明白哪种工艺参数具有统计学的意义。然后就能够预测出最佳的工艺参数组合。最后，再在通过实验来验证从设计中所

8、获得的最佳工艺参数。3实验过程3.1材料材料相类似的接头，比如铁素体不锈钢(A/S/430)通过摩擦焊来进行焊接。试样的尺