一種面向批量加工的堆焊工藝參數優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及焊接技術領域，尤其涉及一種面向批量加工的堆焊工藝參數優化方 法。
【背景技術】
[0002] 堆焊是用焊接方法在被焊金屬表面制備具有特殊性能的堆焊層的方法，具有效率 高、周期短、成形美觀、厚度均勻的特點，因此應用廣泛，尤其在閥口零件的批量加工中應用 廣泛。現有技術中，對堆焊工藝過程主要考慮的是效率、質量，能耗極少被考慮在內，工藝參 數的選取并沒有一個確定的統一標準，在實際的選取中具有主觀性和不確定性，容易造成 耗能高和總產品的合格率低。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種面向批量加工的 堆焊工藝參數優化方法，該方法兼顧了堆焊過程耗能少和產品的合格率高，避免人為操作 的主觀性和不確定性，并可提高生產效率，適用于堆焊焊接的批量加工。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0005] -種面向批量加工的堆焊工藝參數優化方法，包括W下步驟：
[0006] 1)根據待焊件確定待優化的堆焊工藝參數，所述工藝參數包括有焊條直徑、焊接 電流、電弧電壓、焊接速度和焊接層數；
[0007] 2)根據焊件厚度和焊條屬性確定待優化堆焊工藝參數的約束條件；
[0008] 3)確定優化目標，根據優化目標建立優化目標與待優化堆焊工藝參數的綜合優化 模型；
[0009] 4)通過有限次試驗獲得優化目標與焊接工藝參數之間的離散關系；
[0010] 5)根據綜合優化模型與焊接工藝參數之間的離散關系，建立模糊函數模型，同時 對離散關系進行擬合建立與模糊函數模型對應的擬合函數；
[0011] 6)對擬合函數實施最優值求解。
[0012] 按上述方案，步驟3)中所述優化目標包括焊接過程中的能耗和焊接產品的合格 率；
[0013] 批量生產過程中能耗與待優化工藝參數的"黑箱"函數模型為：
[0014]
[001引其中EC佩為能量消耗，Μ代表Μ臺設備，N代表N件產品，D為焊條直徑，I為焊 接電流，U為電弧電壓，V為焊接速度，η為焊接層數；
[0016] 合格率與工藝參數的"黑箱"函數模型為：
[0017]Q狂）=9值，I，U，V，η)，Q00為批量生產的焊接產品的合格率；
[0018] 綜合優化目標模型：
[001引 Υ=EC佩/Q狂)，Ymi。為最優模型。
[0020] 按上述方案，步驟5)中采用神經網絡的方法來擬合輸入、輸出之間的函數關系； 具體如下：
[0021] 用神經網絡的隱式來表達輸入、輸出之間的模糊函數關系，即將離散數據作為樣 本輸入網絡進行訓練，建立輸入、輸出之間的非線性映射關系，并將信息存儲在連接權上， 利用網絡的記憶功能形成虛擬函數，在后續的求解計算中可W直接調用此虛擬函數。
[0022] 按上述方案，步驟6)中采用食物鏈算法對擬合函數實施最優值求解。
[0023] 按上述方案，步驟6)中采用的食物鏈算法具體如下：
[0024] a.初始化；設置優化變量及初始樣本，將焊接產品合格率和能量消耗的綜合優化 函數模型作為優化目標函數；
[00巧]b.覓食；設置鄰域大小作為每一次尋優的范圍，通過比較綜合優化目標Y值大小 作為覓食行為，保留較小的值，記作Ymm，直到所有人工生命都完成一次搜索，進入下一步；
[0026] C.更新位置；所有的生命個體均完成一次覓食行為之后，構成新的人工生命，送 個過程相當于通過尋優機制，各人工生命個體實現了更新與優化；
[0027] d.成熟個體的選擇；按比例確定成熟及死亡人工生命個體，將所有的人工生命個 體按其目標函數值從小到大排序，選取前半部分的人工生命個體作為成熟個體進入下一 步，即進行新陳代謝活動；后半部分的人工生命個體，作為死亡個體，從人工生命世界中淘 汰；
[0028] e.新陳代謝；設置隨機數生成函數，生成和成熟生命個體數量相同的子代人工生 命個體，并與成熟的生命個體共同組成新的人工生命集體；
[0029] f.循環控制；當循環總代數不小于設定的最大循環代數時，結束求解過程，此時 輸出的全局最優解即為綜合函數模型的最優值，對應各參數的值即為最優的工藝參數，然 后將參數代入已經訓練好的神經網絡模型，便可得到優化的合格率和能量消耗值。
[0030] 本發明產生的有益效果是：
[0031] 1.本發明引入焊接層數作為待優化工藝參數，通過對堆焊工藝的參數進一步優 化，達到節約能源、提高批量產品的合格率的目的。
[0032] 2.本發明運用神經網絡和食物鏈算法結合的參數優化方法，使得最后的計算結果 保證了堆焊過程耗能少和產品的合格率高，避免人為操作的主觀性和不確定性，并可提高 生產效率，適用于堆焊焊接的批量加工。
【附圖說明】
[0033] 下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
[0034] 圖1是本發明實施例的方法流程圖；
[0035] 圖2是本發明實施例的食物鏈算法的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合實施例，對本發明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用W解釋本發明，并不用于限 定本發明。
[0037] 如圖1所示，本發明搜集某閥口公司安全閥閥瓣的堆焊工藝批量加工過程中的數 據，有3臺型號為AX的直流弧焊機焊接100件安全閥的閥瓣，焊件厚度均為10mm。工藝參 數優化的步驟如下：
[0038] 1)選擇焊條直徑值)、焊接電流（I)、電弧電壓扣)、焊接速度（V)、焊接層數（η)做 為堆焊工藝待優化的工藝參數；
[0039] 首先根據待焊件厚度（Η)來確定所需焊條的焊條直徑值)，不同的焊條直徑適用 于不同的焊接電流（I)，電流決定能源的消耗量，也影響焊條的烙化速度和母材的烙深，使 得產生的烙池的形狀不同，直接影響焊件的質量；電弧電壓扣）與電流有一定的匹配關系， 共同影響能源的消耗；焊接速度（V)直接決定生產率，但焊接速度過大會造成未焊透等現 象，影響焊件的質量，進而影響批量產品的合格率；對質量有要求的焊縫，焊層（η)每層厚 度不大于4mm-5mm，也可根據經驗公式η=H/D(n為層數，Η為焊件厚度，D為焊條直徑）來 確定。
[0040] 然后建立工藝參數數組，記作化，U，I，V.η}。
[0041] 2)選擇堆焊中能源消耗EC和焊件合格率Q作為優化目標，堆焊過程中能源消耗與 堆焊工藝參數相關。焊接過程中的能耗會受到焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊 接層數的綜合影響。在批量生產中，能源消耗為焊接所有產品的焊接過程中所消耗的能源 的總和，可建立能源消耗的"黑箱"函數模型：
[0042]
[0043] 其中EC佩為能量消耗，Μ代表Μ臺設備，Ν代表Ν件產品。
[0044] 單個焊件的質量也同樣受所選擇工藝參數的影響，批量加工的焊接產品，所有產 品的質量用合格率來表現，合格率=合格產品數/總產品件數。本發明將工藝參數與合格 率聯系起來，建立了合格率與工藝參數的"黑箱"函數模型：
[004引 Q狂）=Q(D，I，U，V，n)
[0046] 其中QOO為批量生產的焊接產品的合格率。
[0047] 在實際焊接過程中，提高焊接速度可W提高生產率，減少能量消耗，但會影響焊件 的質量進而影響批量產品的合格率；提高質量即增大合格率可W減少廢品的出現，但會增 加能量的消