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螺旋缝焊管焊缝形状的优化

来源:至德钢业 日期:2021-06-04 10:20:09 人气:606

要优化焊缝形状,首先对现场生产获取的试样进行描述和评价,得出试样在既定焊接工艺条件下的焊缝形状优劣。为此,本研究收集和制备200多个样本,利用焊缝形状计算机图像处理软件和已制定的焊缝形状尺寸评价体系(见附录6),对样本进行描述和评价,为焊缝形状的优化打下基础。本章将样本制备与数据获取、焊缝最优工艺参数取值范围的确定做以介绍,并以单丝焊559mm×8.8mm焊管外焊缝形状为例,论述其优化过程。

试样制备与数据获取

本研究是在实际生产现场中采集数据,现场所得到的试样,通过表面观察无法得到其确切的形状参数,因此必须依靠测量手段来获得准确的参数数据。而由于常规焊缝检验标尺测量焊缝的形状尺寸,其结果误差较大,难以得到认同。为了避免上述问题,在建立预测模型的前期,建立了焊缝形状计算机图像处理软件,采用该软件测量焊缝形状的方法能很好解决上述问题,该方法实时性好,经过信息融合可以提高测量精度,此外还具有标定简单、可靠性高等特点,依靠该软件进行测量可大大缩短测量时间,并可改善工作环境,对于评定焊缝形状的优劣给予了可靠的参数依据。同时还建立了焊缝形状工艺参数与质量参数数据库,因此,可以把所得到的焊缝形状参数以及所收集的工艺参数存储起来,这对优化焊缝形状与建立预测模型所需的数据带来了很大的方便。图3-1是数据采集的流程图。

试样制备

获得数据之前必须对试样进行一系列的处理,其基本过程如下所述:

1)试样打磨试验材料为现有国产高性能管线钢,螺旋缝焊管采用双面焊接,先内焊,再外焊。根据制管厂现行生产状况,即时取样。取样之后就开始对试样进行打磨,首先用砂轮机对其粗磨,粗磨的作用是将焊缝横截面磨平,保证焊缝横截面垂直于焊道方向,然后再用金相砂纸对其精磨,由于只是观察焊缝的宏观形状,所以不需要进行抛光,只用较细的金相砂纸打磨即可。

2)试样腐蚀与普通金相试样的制备一致。试样磨光后,用棉花蘸取腐蚀溶液(一般是4%硝酸酒精溶液),反复擦拭焊缝的截面,待过1~2分钟后,试样上逐渐出现焊缝的轮廓。再用大量的清水冲洗净焊缝试样上的化学试剂,用棉花蘸取酒精擦拭有焊缝轮廓的截面后,用吹风机吹干试样表面,就可以准备焊缝图像的采集了。

3)图像获取本研究采用视频显微仪来采集焊缝图像。将腐蚀好的试样和测量长度的标尺放在视频显微的平台上,需要注意的是,要保证焊缝的截面与标尺的刻度要在同一个水平面上。一般一个试样照2~3个图像,以确保选择比较清晰的图像,照片结果如图3-2所示。

数据获取

3-1为数据库中数据的采集到入库全过程的流程图,其中数据库中试样工艺参数是工厂直接提供的,可以直接入库;形状参数和试样的评价都是通过图像处理软件获得。

由此可以看出,通过本阶段的研究所获得的数据准确度很高的。

焊缝形状计算机图形处理软件主要有两项内容:

1)焊缝形状描述把焊缝形状照片导入焊缝形状计算机图形处理软件中,然后对焊缝形状照片进行打点,获得焊缝形状的轨迹方程,进而对焊缝形状进行测量得到余高、熔宽、板厚、熔深、过渡角等焊缝形状参数,并由此可以计算得到熔宽比、熔深比、熔合比等参数。

2)焊缝形状评价利用焊缝形状计算机图形处理软件以及焊缝形状尺寸评价体系,参考国标及企业标准,由专家制定了选取范围,对所有的焊缝形状参数进行评分,最后对单项进行加权得出最后评价的单项分及总分。最终把所得到的数据入库保存。图3-3为该软件处理的结果。

从图3-3可以看出焊缝形状计算机图像处理软件已准确测量出焊缝形状参数,并对其做出单项评分与综合评分。最后将所有数据存储在数据库之中,以备后用。

焊缝最优工艺参数取值范围的确定

对现场收集来的试样及其数据,经焊缝形状计算机图形处理软件描述及综合评价后,对焊缝形状给出综合评价分数,分数最高试样的工艺参数应该对应的是最佳工艺参数,但实际上并不是绝对的,它因机组的不同、焊接材料的不同、成型条件的不同、操作人员的不同等,工艺参数值可能在一定的范围内变化,因此,应该找出焊接工艺参数的优化范围从而来优化焊缝形状,这对合理的选择工艺参数、节约生产调试时间、稳定生产工艺、提高焊缝形状质量是十分重要的。

影响焊缝形状的工艺参数主要为焊接规范(电流、电压、焊速)、工艺因素(焊丝偏心距、焊丝伸出长度等)、结构因素(坡口形式与尺寸等),但从收集的试样数据来看,除焊接规范以外,其它影响因素的数据变化很小,相对稳定,因此,在研究焊缝形状与焊接工艺参数的关系时只考虑焊接规范。

在其它焊接工艺参数(焊丝偏心距、坡口形式等)基本不变的情况下主要研究外焊焊缝形状参数(余高、熔深以及熔宽)与焊接规范之间的关系。下面以单丝焊559mm×8.8mm焊管外焊缝为例介绍焊缝形状参数的优化过程,其它不变的焊接工艺参数见表3-1

1)确定优化模块前文提到对焊缝形状的各个参数单项评分并求得其综合评价分数。在确定焊缝工艺参数取值范围之前,对p559mm×8.8mm焊管的所有试样按照综合评价分数排序。取排名第一的试样作为参考优化模块。

2)选择试样选择试样时,在电流I、电压U与焊速v三个变量中,每组实验确定一个变量,其它变量可设定不变或在相对较小的范围内变化,如表3-2所示。

3)拟合趋势线选择好试样后利用Excel做出焊接工艺参数与焊缝形状参数的散点图,依据散点图利用回归分析拟合出其趋势线,如图3-4~图3-6

4)确定最优焊缝形状参数范围取综合评价分数的前五名与后五名的试样,对它们的形状参数进行比较,确定最优焊缝形状参数范围,如表3-3所示。从表中可以看出:

余高小于1.8mm、熔深比小于0.78(即熔深小于6.83mm)、熔宽比大于1.31(即熔宽大于11.56)的试样综合评价分数较高,即试样的焊缝形状较好。

5)最优工艺参数取值范围的确定根据(4)得出的结论结合图3-4~图3-6可以得出最优工艺参数的取值范围,如图3-7所示。

由以上分析可以得到焊接条件的最优区间,如图3-7所示。根据图3-7所确定的优化范围,此时确定的工艺参数的I=1020AU=32Vv=1.35m.min1。由上述的试验结果可以看出,当Is1020AU32Vv1.35m.min1时就可以获得良好的焊缝形状,同时也清楚地看出,其优化的范围都十分狭窄。

小结

本章以单丝焊559mm×8.8mm焊管的外焊缝为例,详细阐述了焊缝形状优化过程。并得出结论:对单丝焊559mm×8.8mm焊管,当Is1020AU32Vv1.35m.min1时就可以获得良好的焊缝形状,不过其优化的范围都十分狭窄。

本文标签:焊管 

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