一种面向批量加工的堆焊工艺参数优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种面向批量加工的堆焊工艺参数优化方 法。
【背景技术】
[0002] 堆焊是用焊接方法在被焊金属表面制备具有特殊性能的堆焊层的方法，具有效率 高、周期短、成形美观、厚度均匀的特点，因此应用广泛，尤其在阀口零件的批量加工中应用 广泛。现有技术中，对堆焊工艺过程主要考虑的是效率、质量，能耗极少被考虑在内，工艺参 数的选取并没有一个确定的统一标准，在实际的选取中具有主观性和不确定性，容易造成 耗能高和总产品的合格率低。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种面向批量加工的 堆焊工艺参数优化方法，该方法兼顾了堆焊过程耗能少和产品的合格率高，避免人为操作 的主观性和不确定性，并可提高生产效率，适用于堆焊焊接的批量加工。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种面向批量加工的堆焊工艺参数优化方法，包括W下步骤：
[0006] 1)根据待焊件确定待优化的堆焊工艺参数，所述工艺参数包括有焊条直径、焊接 电流、电弧电压、焊接速度和焊接层数；
[0007] 2)根据焊件厚度和焊条属性确定待优化堆焊工艺参数的约束条件；
[0008] 3)确定优化目标，根据优化目标建立优化目标与待优化堆焊工艺参数的综合优化 模型；
[0009] 4)通过有限次试验获得优化目标与焊接工艺参数之间的离散关系；
[0010] 5)根据综合优化模型与焊接工艺参数之间的离散关系，建立模糊函数模型，同时 对离散关系进行拟合建立与模糊函数模型对应的拟合函数；
[0011] 6)对拟合函数实施最优值求解。
[0012] 按上述方案，步骤3)中所述优化目标包括焊接过程中的能耗和焊接产品的合格 率；
[0013] 批量生产过程中能耗与待优化工艺参数的"黑箱"函数模型为：
[0014]
[001引其中EC佩为能量消耗，Μ代表Μ台设备，N代表N件产品，D为焊条直径，I为焊 接电流，U为电弧电压，V为焊接速度，η为焊接层数；
[0016] 合格率与工艺参数的"黑箱"函数模型为：
[0017]Q狂）=9值，I，U，V，η)，Q00为批量生产的焊接产品的合格率；
[0018] 综合优化目标模型：
[001引 Υ=EC佩/Q狂)，Ymi。为最优模型。
[0020] 按上述方案，步骤5)中采用神经网络的方法来拟合输入、输出之间的函数关系； 具体如下：
[0021] 用神经网络的隐式来表达输入、输出之间的模糊函数关系，即将离散数据作为样 本输入网络进行训练，建立输入、输出之间的非线性映射关系，并将信息存储在连接权上， 利用网络的记忆功能形成虚拟函数，在后续的求解计算中可W直接调用此虚拟函数。
[0022] 按上述方案，步骤6)中采用食物链算法对拟合函数实施最优值求解。
[0023] 按上述方案，步骤6)中采用的食物链算法具体如下：
[0024] a.初始化；设置优化变量及初始样本，将焊接产品合格率和能量消耗的综合优化 函数模型作为优化目标函数；
[00巧]b.觅食；设置邻域大小作为每一次寻优的范围，通过比较综合优化目标Y值大小 作为觅食行为，保留较小的值，记作Ymm，直到所有人工生命都完成一次搜索，进入下一步；
[0026] C.更新位置；所有的生命个体均完成一次觅食行为之后，构成新的人工生命，送 个过程相当于通过寻优机制，各人工生命个体实现了更新与优化；
[0027] d.成熟个体的选择；按比例确定成熟及死亡人工生命个体，将所有的人工生命个 体按其目标函数值从小到大排序，选取前半部分的人工生命个体作为成熟个体进入下一 步，即进行新陈代谢活动；后半部分的人工生命个体，作为死亡个体，从人工生命世界中淘 汰；
[0028] e.新陈代谢；设置随机数生成函数，生成和成熟生命个体数量相同的子代人工生 命个体，并与成熟的生命个体共同组成新的人工生命集体；
[0029] f.循环控制；当循环总代数不小于设定的最大循环代数时，结束求解过程，此时 输出的全局最优解即为综合函数模型的最优值，对应各参数的值即为最优的工艺参数，然 后将参数代入已经训练好的神经网络模型，便可得到优化的合格率和能量消耗值。
[0030] 本发明产生的有益效果是：
[0031] 1.本发明引入焊接层数作为待优化工艺参数，通过对堆焊工艺的参数进一步优 化，达到节约能源、提高批量产品的合格率的目的。
[0032] 2.本发明运用神经网络和食物链算法结合的参数优化方法，使得最后的计算结果 保证了堆焊过程耗能少和产品的合格率高，避免人为操作的主观性和不确定性，并可提高 生产效率，适用于堆焊焊接的批量加工。
【附图说明】
[0033] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0034] 图1是本发明实施例的方法流程图；
[0035] 图2是本发明实施例的食物链算法的流程图。
【具体实施方式】
[0036]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0037] 如图1所示，本发明搜集某阀口公司安全阀阀瓣的堆焊工艺批量加工过程中的数 据，有3台型号为AX的直流弧焊机焊接100件安全阀的阀瓣，焊件厚度均为10mm。工艺参 数优化的步骤如下：
[0038] 1)选择焊条直径值)、焊接电流（I)、电弧电压扣)、焊接速度（V)、焊接层数（η)做 为堆焊工艺待优化的工艺参数；
[0039] 首先根据待焊件厚度（Η)来确定所需焊条的焊条直径值)，不同的焊条直径适用 于不同的焊接电流（I)，电流决定能源的消耗量，也影响焊条的烙化速度和母材的烙深，使 得产生的烙池的形状不同，直接影响焊件的质量；电弧电压扣）与电流有一定的匹配关系， 共同影响能源的消耗；焊接速度（V)直接决定生产率，但焊接速度过大会造成未焊透等现 象，影响焊件的质量，进而影响批量产品的合格率；对质量有要求的焊缝，焊层（η)每层厚 度不大于4mm-5mm，也可根据经验公式η=H/D(n为层数，Η为焊件厚度，D为焊条直径）来 确定。
[0040] 然后建立工艺参数数组，记作化，U，I，V.η}。
[0041] 2)选择堆焊中能源消耗EC和焊件合格率Q作为优化目标，堆焊过程中能源消耗与 堆焊工艺参数相关。焊接过程中的能耗会受到焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊 接层数的综合影响。在批量生产中，能源消耗为焊接所有产品的焊接过程中所消耗的能源 的总和，可建立能源消耗的"黑箱"函数模型：
[0042]
[0043] 其中EC佩为能量消耗，Μ代表Μ台设备，Ν代表Ν件产品。
[0044] 单个焊件的质量也同样受所选择工艺参数的影响，批量加工的焊接产品，所有产 品的质量用合格率来表现，合格率=合格产品数/总产品件数。本发明将工艺参数与合格 率联系起来，建立了合格率与工艺参数的"黑箱"函数模型：
[004引 Q狂）=Q(D，I，U，V，n)
[0046] 其中QOO为批量生产的焊接产品的合格率。
[0047] 在实际焊接过程中，提高焊接速度可W提高生产率，减少能量消耗，但会影响焊件 的质量进而影响批量产品的合格率；提高质量即增大合格率可W减少废品的出现，但会增 加能量的消