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埋弧焊工艺参数的敏感性分析 作者：Serdar Karao ? glua,?, Abdullah Sec ?ginb 土耳其伊兹密尔爱琴大学工程学院机械工程35100 Bornova 土耳其伊兹密尔Dokuz Eylul大学工程学院机械工程 文章信息： 文章历史：于2007年5月1号被接收，于2007年9月28号被修改，于2007年10月10号被正式确认通过 关键字：埋弧焊 敏感性分析 焊缝形状 数学模型 衰退分析 摘 要 工艺参数的选择对焊接的质量有很大影响，一般可以利用数学模型进行程序控制和参数优化。本研究的重点在测出满足最佳焊缝形状的参数微调要求及参数敏感性分析，如将焊接电流，焊接电压和焊接速度工艺参数作为设计变量，利用目标函数进行焊缝宽度、高度和渗透深度的计算，而不是测出一些主要参数的已知影响。本研究的实验部分，是基于三个工艺参数的三个水平因子设计的。实验的输入参数决定了焊缝几何参数的数学模型，为了探讨输入参数（过程）对输出参数的影响，本研究构建了使用多个曲线回归分析的数学模型。在用经验公式进行敏感性分析后，可以得出输入参数对输出参数的影响是相对的。焊缝宽度和高度和渗透深度上的三个设计参数的影响表明，即使是一个很小的参数变化也会对焊缝质量产生重要影响。研究还表明，渗透深度几乎对电压和焊接速度不敏感。 引言 埋弧焊（SAW）是一种高品质的焊接工艺，它具有非常高的沉积速率，通常用于厚度较大的平面焊接。埋弧焊通常是全机械化或者是全自动化的，但是，它也能用于半自动化焊接。在焊接的过程中，操作员可以不用注意熔池变化，也不用直接干预焊接工艺。由于在埋弧焊过程加入自动化，较少的操作和精确的参数设置使它比手工焊接工艺应用更广泛。为了在自动化焊接工艺中获得高品质的焊接，应根据实际情况选择最佳参数。一般而言，焊接参数的确定根据手册数据和制造商的建议，通过试验和不断修正而确定的。然而，这种选择可能不会产生最优或者质量比较好的焊接性能。此外，低质量的焊接性能可能会导致额外的能源和材料消耗低。此外，在工业化焊接机器人，焊接工艺参数即使产生很小的变化也可能会导致意想不到的焊接性能结果。因此，重要的是研究焊接参数的稳定性，以实现高品质焊接。 通过建立数学模型与分析用不同的方法得到的相关联焊接参数等一系列研究，得出了最佳焊接参数选择。原则上，影响焊缝特性的主要因素是能源与电力的消耗。为了达到预期焊缝几何形状和焊道品质特征，如焊道宽度、焊道高度以及对给定的输入参数的渗透，埋弧焊的焊接工艺参数都要被提前设定好（林堂等，2000年。Chandel和巴拉，1988年; Gupta和Parmar，1989年;陈等，1994年;Gunaraj andMurugan，1999年，2000年，金等，2003年;林堂等，2002年）。此外，热影响区（HAZ）的变化也被当作一个性能特点用于埋弧焊的参数优化当中（Gunaraj和穆卢干，1999年b，2002;李埃塔尔，2000年）。 在设计参数中微小变化的影响能提供非常重要的工程设计信息，因此，通过使用数学模型预测系统，对整体设计目标中的任何参数变化的影响才能确定，这种分析被称为设计灵敏度分析（DSA）的。基本上，灵敏度分析（SA）带来的有关信息是关于目标函数与设计参数方面的递增和递减趋势。只有很少的敏感性分析实验中使用数学模型研究不同的焊接方法，例如，金等人（2003年）为了分析比较相对工艺参数对气体金属电弧焊（GMA）焊缝形状的影响，使用数学模型进行了一次敏感性分析实验，他们发现焊道宽度和高度都对相对渗透工艺参数的变化更加敏感。Gunaraj和穆卢干（2000年）使用不同的程序来优化埋弧焊过程中形成的焊缝的体积。他们使用敏感性分析作为一个优化过程去计算目标函数的变化，这些函数都是因为在系统规定参数上作了一些小修改。此外，对这些调查，但仍需要优化在所有的焊接工艺研究，特别是自动化焊接系统。因为其在处理所有的数学模型和工艺参数之间的交叉趋势信息非常简单，所以敏感性分析是一个非常有用的工具。 在这项研究中，埋弧焊工艺参数之间及焊缝特征（埋弧焊数学模型）的数学关系的构建基于由三个参数和三水平因子分析所获得的实验数据。从这些基本模式大致推导出了经验公式、埋弧焊模拟过程、多元回归分析（MRA）和灵敏度方程。分析通常需要一个客观的功能和设计的定义参数，在这项研究中，目标函数（特征功能）被选为焊缝特征（焊缝的高度、宽度和渗透），而工艺参数（弧电流，电压和焊接速度）被选为设计变量。在这个文件使用的埋弧焊方法与金等人在2003年使用的GMA的焊接方法相似。目前的研究主要集中在对设计参数的灵敏度特性的测定和这些参数在埋弧焊过程中微调的需求。 2数学建模 2.1实验数据