CN112247405B - 基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，包括以下步骤：步骤1：搭建水下湿法焊接平台，对不同焊接参数下得到的焊缝熔深进行测量，获得样本数据；步骤2：基于灰色关联分析法选择对水下湿法焊接焊缝熔深影响程度高的焊接参数；步骤3：对样本数据进行回归分析，建立水下湿法焊接焊缝熔深的预测模型；步骤4：对所建立的预测模型进行分析，验证模型的合理性。本发明根据预测的熔深，得到合适的焊接参数，进而改善焊接工艺，节省人力物力，能够有效的指导实际水下焊接过程。

Description

基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法

技术领域

本发明涉及基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，属于电弧焊领域。

背景技术

目前水下湿法焊接因其应用范围广、成本较低，在水下工程建设中的优势十分明显，而水下湿法焊接的焊缝几何尺寸对水下焊接结构的力学性能有很大的影响，预测水下湿法焊接几何尺寸可以指导水下焊接工艺参数的制定。但是，水下焊接过程涉及更为复杂的物理化学变化，影响焊接过程的因素也更为复杂，直接研究将会花费大量的时间与成本，因此需要一种方法来简化水下湿法焊接参数，建立水下湿法焊接焊缝熔深的预测模型，以此来优化焊接工艺参数，指导水下焊接工艺参数的制定。

发明内容

为了降低水下湿法焊接焊缝熔深预测的难度，本发明提供一种基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，确定最优焊接参数，节省花费的时间和成本，对水下湿法焊接技术起促进作用。

本发明中主要采用的技术方案为：

基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建水下湿法焊接平台，对不同焊接参数下得到的焊缝熔深进行测量，获得样本数据；

步骤2：基于灰色关联分析法选择对水下湿法焊接焊缝熔深影响程度高的焊接参数；

步骤3：对样本数据进行回归分析，建立水下湿法焊接焊缝熔深的预测模型；

步骤4：对所建立的预测模型进行分析，验证模型的合理性。

优选地，所述步骤1中，采用焊条电弧焊进行水下焊接，其中，焊接参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度和水深，通过控制变量法改变焊接参数，得到相应的样本数据，构成样本数列。

优选地，所述步骤2中基于灰色关联分析法选择对水下湿法焊接焊缝熔深影响程度高的焊接参数，具体步骤如下：

步骤2-1：对于每个焊接参数，均采用均值法对步骤1得到的样本数列进行无量纲化处理，如式(1)所示：

其中，s_k表示样本数列s在第k个时刻的值；S(k)表示无量纲数列S在第k个时刻的值；

步骤2-2：根据参考数列，计算各焊接参数的灰色关联系数，其中，参考数列如式(2)所示：

S₀＝{S₀(k)|k＝1，2，…，n} (2)；

灰色关联系数的计算公式如式(3)所示：

其中，S_i为比较数列，S_i＝{S_i(k)|k＝1，2，...，n}，i＝1，2，...，v，w；ξ_i(k)表示k时刻比较数列S_i相对于参考数列S₀的关联系数，ρ为分辨率，

分别为两级的最小差和最大差；

步骤2-3：根据步骤2-2计算得到的灰色关联系数ξ_i(k)，求解灰色关联系数平均值r_i，求解公式如式(4)所示：

步骤2-3：根据算出的灰色联系系数平均值选择关联程度影响排名前三的焊接参数为：焊接电流、焊接电压和焊接速度。

优选地，所述步骤3中，对步骤2选取的三个焊接参数进行回归分析，得到的回归方程如式(5)所示：

P＝3.60+0.25x₁-0.05x₂-0.38x₃+0.35x₁x₂+0.1x₂x₃-0.2x₁ ²-0.45x₂ ²-0.05x₃ ² (5)；

式中，P表示焊缝熔深，x₁表示焊接电流，x₂表示焊接电压，x₃表示焊接速度。

优选地，所述步骤4中通过残差正态概率分布图和残差与预测图验证模型的合理性。

有益效果：本发明提供一种基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，根据预测的熔深，得到合适的焊接参数，进而改善焊接工艺，节省人力物力，能够有效的指导实际水下焊接过程。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明中残差正态概率分布图；

图3为本发明中残差与预测图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1：如图1所示，基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建水下湿法焊接平台，其中，水下焊接所用的试验母材为16mm厚的Q345钢板，30°V形坡口，钝边2mm，采用美国BROCO水下焊条，焊接方法为焊条电弧焊，且焊接电流的范围为280-340A，焊接电压的范围为26-34V，焊接速度的范围为6-12mm/s，水深范围为0-60m，通过控制变量改变焊接参数，对不同焊接参数下得到的焊缝熔深进行测量，获得样本数据，构成样本数列；

步骤2：基于灰色关联分析法选择对水下湿法焊接焊缝熔深影响程度高的焊接参数，其中，所分析的焊接参数为焊接电流、焊接电压、焊接速度和水深，通过均值法对各焊接参数进行无量纲化，如式(1)所示：

其中，s_k表示数列s在第k个时刻的值；S(k)表示无量纲数列S在第k个时刻的值；

根据参考数列，计算各焊接参数的关联系数ξ，其中，参考数列如式(2)所示：

S₀＝{S₀(k)|k＝1，2，…，n} (2)；

灰色关联系数ξ_i(k)的计算公式如式(3)所示：

其中，S_i为比较数列，S_i＝{S_i(k)|k＝1，2，...，n}，i＝1，2，...，v，w；ξ_i(k)表示k时刻比较数列S_i相对于参考数列S₀的关联系数，ρ为分辨率，

分别为两级的最小差和最大差；

灰色关联系数平均值r_i求解公式如式(4)所示：

将获取得样本数据代入式中，得到各因素相对于焊缝熔深得灰色关联程度，如表1所示；

表1灰色关联程度值

根据算出的灰色关联程度值选择关联程度影响排名前三的焊接参数为：焊接电流、焊接电压和焊接速度；

步骤3：对步骤2选取的三个焊接参数进行回归分析，得到的回归方程如式(5)所示，建立水下湿法焊接焊缝熔深的预测模型：

P＝3.60+0.25x₁-0.05x₂-0.38x₃+0.35x₁x₂+0.1x₂x₃-0.2x₁ ²-0.45x₂ ²-0.05x₃ ² (5)；

式中，P表示焊缝熔深，x₁表示焊接电流，x₂表示焊接电压，x₃表示焊接速度。

步骤4，对所建立的预测模型进行分析，通过残差正态概率分布图和残差与预测图验证模型的合理性。

如图2所示，为分析得到的残差与正态概率分布图，图中各点基本在同一直线上，说明模型拟合情况良好；

如图3所示，为分析得到的残差与预测图，图中各点呈无规律分散，说明模型拟合情况良好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搭建水下湿法焊接平台，对不同焊接参数下得到的焊缝熔深进行测量，获得样本数据；

步骤2：基于灰色关联分析法选择对水下湿法焊接焊缝熔深影响程度高的焊接参数，具体如下：

步骤2-1：对于每个焊接参数，均采用均值法对步骤1得到的样本数列进行无量纲化处理，如式(1)所示：

其中，s_k表示样本数列s在第k个时刻的值；S(k)表示无量纲数列S在第k个时刻的值；

步骤2-2：根据参考数列，计算各焊接参数的灰色关联系数，其中，参考数列如式(2)所示：

S₀＝{S₀(k)|k＝1，2，…，n} (2):

灰色关联系数的计算公式如式(3)所示：

其中，S_i为比较数列，S_i＝{S_i(k)|k＝1,2,...,n},i＝1,2,...,v,w；ξ_i(k)表示k时刻比较数列S_i相对于参考数列S₀的关联系数，ρ为分辨率，

分别为两级的最小差和最大差；

步骤2-3：根据步骤2-2计算得到的灰色关联系数ξ_i(k)，求解灰色关联系数平均值r_i，求解公式如式(4)所示：

步骤2-3：根据算出的灰色联系系数平均值选择关联程度影响排名前三的焊接参数为：焊接电流、焊接电压和焊接速度；

步骤3：对样本数据进行回归分析，建立水下湿法焊接焊缝熔深的预测模型；

步骤4：对所建立的预测模型进行分析，验证模型的合理性。

2.根据权利要求1所述的基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，其特征在于：所述步骤1中，采用焊条电弧焊进行水下焊接，其中，焊接参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度和水深，通过控制变量法改变焊接参数，得到相应的样本数据，构成样本数列。

3.根据权利要求1所述的基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，其特征在于：所述步骤3中，对步骤2选取的三个焊接参数进行回归分析，得到的回归方程如式(5)所示：

P＝3.60+0.25x₁-0.05x₂-0.38x₃+0.35x₁x₂+0.1x₂x₃-0.2x₁ ²-0.45x₂ ²-0.05x₃ ²(5)；

式中，P表示焊缝熔深，x₁表示焊接电流，x₂表示焊接电压，x₃表示焊接速度。

4.根据权利要求1所述的基于灰色关联分析的水下湿法焊接焊缝熔深的预测方法，其特征在于：所述步骤4中通过残差正态概率分布图和残差与预测图验证模型的合理性。

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