TA5钛合金TIG焊接工艺及工艺优化模型研究

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国家大力发展国防事业,在舰船建造中先进的材料钛合金已经大量的运用,但焊接技术与美、俄、日等国家相比非常落后,我们国家正在奋起直追,突破各种技术难关。在钛合金的焊接中,焊接头的力学性能是决定关键部位质量的关键因素。因此要保证建造工件的质量,必须保证焊接的质量,通过对焊接头力学性能的预测及安全性检查就是十分必要的。本文以实际工程结构舾装件所使用的TA5钛合金钨极氩弧焊(TIG焊)焊接接头为研究对象,通过一系列焊接试验以及力学性能试验,并结合人工神经网络(ANN)方法,建立了基于ANN的TA5钛合金TIG焊接接头拉伸性能预测模型。TIG焊这种焊接方法的焊接过程相对比较稳定,而且通过这种焊接方式形成的焊缝的成形效果也比较好。在钛合金的TIG焊接过程中,焊接电流、电弧电压、焊接的速度、保护气的流量等工艺参数会对焊缝的外观成形以及焊缝的显微组织产生一定的影响,这也会影响到接头的力学性能。在给定的焊接工艺参数范围内,本论文观察了不同焊接参数条件焊缝表面形貌,测量出不同参数下焊缝的熔深以及熔宽,进而获得焊缝的深宽比,进而选出最优的参数。研究表明:随着电流的增加,焊接熔深、熔宽、热影响区宽度均增加,随着速度的增加,焊接熔深、熔宽、热影响区宽度均减小,在焊接过程中焊接电流与焊接速度有一个匹配值,此时焊缝的深宽比应为最佳。在本文工艺范围内,5mmTA5钛合金在进行TIG焊接的时候,它最佳地工艺参数是:焊接电流为110A,焊接的速度为150mm/min。另外焊枪及背面保护气的流量也需要进行控制。性能方面,随着焊接电流的增大,拉伸试件的抗拉强度变小,随着焊接速度的增加,抗拉强度不断变大,这主要与焊接热输入有关。焊接接头性能直接决定于焊接的热输入,较小的热输入可以获得较小的热影响区宽度,从而降低热源对接头的热影响,提升接头性能。本文实验结果可以看出看出在焊接电流为110A时(焊接速度为150mm/min)时,焊缝的深宽比最大,同时热输入相对较小。并且强度系数较高,达到母材的82%。本文对TA5的焊接接头进行力学性能方面的测试,测试之后我们得到了相对全面的焊接条件以及与拉伸性能相关的数据记录,然后建立了一种预测模型,这个模型主要是根据ANN理论在TA5钛合金TIG焊接结束之后,关于它的焊接接头这方面的拉伸性能。通过降维以及减小系统当中的样本空间样本的优化处理后,以此来进行优化处理并且进行重新训练,在这之后我们能够比较好地对目前的数据进行拟合,而且这个拟合拥有着比较高的预测精度。采用人工神经网络的方法进行焊接工艺参数优化模型的建立将有效避免大量工艺参数的初期摸索时间和费用,可以为企业节约大量资金,从而使得企业生产效率得到了提高,企业当中的工人们也有了较高的生产积极性,在生产建造中具有较好的实际应用价值。通过上述研究,能够有效避免企业耗费大量的人力、物力,提高企业生产效率及工人的生产积极性,具有较高的工程应用价值。
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