焊條制造與配方設(shè)計(jì)方法

1、學(xué)校代碼： 10128學(xué) 號(hào)： 本科科研訓(xùn)練論文（題 目：焊條制造與配方設(shè)計(jì)方法綜述學(xué)生姓名：MR.CHEN學(xué) 院：材料科學(xué)與工程系 別：材料成型及控制專 業(yè)：材料成型及控制班 級(jí)：材12-3指導(dǎo)教師：姚青虎 講師二 一 五 年 十 一 月 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科科研訓(xùn)練論文摘 要在電焊條制造中，焊條的成份和質(zhì)量主要取決于原材料的成份和質(zhì)量。原材料主要由焊芯和粉料組成，而粉料成份的變化范圍要比焊芯大得多，所以如何選擇控制粉料成份和正確決定配方是制造電焊條的關(guān)鍵；本文主要探討多種以計(jì)算為主、試驗(yàn)調(diào)整為輔的先進(jìn)焊條配方設(shè)計(jì)方法，從而改變以往以經(jīng)驗(yàn)為主、反復(fù)試驗(yàn)調(diào)整配方費(fèi)工、費(fèi)時(shí)的傳統(tǒng)方法，以獲得最佳的

2、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。關(guān)鍵詞：焊條配方設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；AbstractIn the manufacture of welding electrodes, the composition and quality of the electrode depends on the composition and quality of raw materials. Raw materials mainly by the cores and powder composition, and range of powder ingredients to much larger than the cores, so

3、 how to choose the control powder composition and to determine the correct formula is key to making electrode. This paper mainly discusses a variety of calculation, test and adjustment, supplemented by the advanced welding strip formula design method, thus changing the previous based on experience a

4、nd trial adjustment formula and labor and time-consuming traditional approaches, in order to obtain the best technical and economical effects.Key words: electrode formula design; optimization design method;目錄引言1第一章 焊條配方設(shè)計(jì)發(fā)展概況2第二章 焊條制造及配方一般設(shè)計(jì)規(guī)程32.1焊條的制造工藝流程32.1.1焊芯制備及原材料準(zhǔn)備32.1.2藥皮配料及壓涂32.1.3烘焙42.2焊條的

5、設(shè)計(jì)原則、依據(jù)和方法42.3焊條藥皮的設(shè)計(jì)步驟42.3.1藥皮配方的確定52.3.2試驗(yàn)調(diào)整8第三章 焊條配方優(yōu)化設(shè)計(jì)方法93.1正交回歸設(shè)計(jì)最優(yōu)化法93.2二次回歸正交設(shè)計(jì)最優(yōu)化法103.3多目標(biāo)規(guī)劃焊條設(shè)計(jì)113.4均勻設(shè)計(jì)123.5人工網(wǎng)絡(luò)模擬設(shè)計(jì)12參考文獻(xiàn)15 引言隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)正向大容量、高參數(shù)、大型化方向發(fā)展，這對(duì)焊接材料(包括焊條、焊絲、藥芯焊絲、焊劑等)的品種及質(zhì)量要求越來(lái)越高。多年來(lái)我國(guó)焊接材料的產(chǎn)量、品種雖然有了較大的發(fā)展，但在品種、規(guī)格特別是質(zhì)量方面尚不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要，相當(dāng)一部分依賴進(jìn)口。其重要原因之一就是焊接材料的設(shè)計(jì)方法落后。焊接材料設(shè)計(jì)是

6、一個(gè)多因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，各因子之間往往存在著復(fù)雜的交互作用和非線性效應(yīng)，每一種因子所起的作用大小及其性質(zhì)不僅取決于它本身，而且還取決于其它組分的存在和加入量。因此，在焊接材料性能與其組分之間沒(méi)有固定的函數(shù)關(guān)系可遵循，這給焊接材料的設(shè)計(jì)造成了較大的困難。若要通過(guò)對(duì)焊接材料組分中的各因子進(jìn)行全面試驗(yàn)尋求最優(yōu)配方，則因試驗(yàn)次數(shù)太多，往往是不可能實(shí)現(xiàn)的。面對(duì)這種情況，國(guó)內(nèi)外對(duì)焊接材料的設(shè)計(jì)多年來(lái)均采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法和單因子輪換法。經(jīng)驗(yàn)法是憑借已有經(jīng)驗(yàn)調(diào)整焊接材料配方，其局限性比較大，特別在開發(fā)新型焊接材料時(shí)帶有一定的盲目性，甚至迷失方向；單因子輪換法是先固定若干因子不變，只改變一個(gè)因子，求得其最佳含量，

7、一直到求出比較“滿意”的試驗(yàn)結(jié)果為止。上述方法雖簡(jiǎn)單易行，但由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)不具科學(xué)性，不能考察各因子之間的交互作用，所提取的試驗(yàn)信息片面性大。比如， 某一個(gè)因子的最佳含量是在其它因子的含量不變的條件下得出的。事實(shí)上，在單因子輪換法試驗(yàn)中，各因子的含量都在不斷的發(fā)生變化，因此所求出的某因子的“最佳”含量未必是最佳的。當(dāng)交互作用較大時(shí)，所得試驗(yàn)結(jié)果不一定是最優(yōu)的，甚至可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。為求得較好的結(jié)果，往往需要做大量的試驗(yàn)，需耗費(fèi)較大的人力和物力。因此已不能適應(yīng)焊接技術(shù)的迅速發(fā)展及焊接材料的品種和質(zhì)量的需要。第一章 焊條配方設(shè)計(jì)發(fā)展概況從80年代中期開始，有些國(guó)家(如原蘇聯(lián)、原西德)開始研究藥皮組

8、份與焊條性能指標(biāo)間的數(shù)學(xué)模型，所采用的試驗(yàn)方法仍比較落后，試驗(yàn)量大，數(shù)學(xué)模型的精度較差。原西德采用隨機(jī)法設(shè)計(jì)高效鐵粉焊條，采用計(jì)算機(jī)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)焊條試驗(yàn)，可使試驗(yàn)點(diǎn)在因子空間內(nèi)具有均勻分布的性質(zhì)，但試驗(yàn)量必須足夠大時(shí)才能做到這一點(diǎn)。在該例中，考察六個(gè)因子對(duì)焊條工藝性能的影響，設(shè)計(jì)了50次試驗(yàn)。 通過(guò)試驗(yàn)建立了工藝性能與這六個(gè)因子間的數(shù)學(xué)模型，并采用最優(yōu)化技術(shù)求解出所需要的最優(yōu)配方。顯然，采用這種方法設(shè)計(jì)焊條要比經(jīng)驗(yàn)法和單因子輪換法科學(xué)，但由于在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，試驗(yàn)點(diǎn)在因子空間內(nèi)分布的均勻性強(qiáng)烈的依賴于試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量，因此，只有加大試驗(yàn)量才能保證所建數(shù)學(xué)模型的精度。該方法與傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)方法相比雖不

9、失先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，但依然不夠理想。為了避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)，將試驗(yàn)優(yōu)化技術(shù)引入焊接材料的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)優(yōu)化技術(shù)是近2030年內(nèi)發(fā)展比較快的試驗(yàn)技術(shù)，尤其在采礦、冶金、金屬材料、機(jī)械制造、自動(dòng)控制和化工行業(yè)等領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，試驗(yàn)優(yōu)化技術(shù)是采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法安排試驗(yàn)，從而避免了人為安排試驗(yàn)的片面性，并使其具有各種優(yōu)良性，如正交性、旋轉(zhuǎn)性、D-優(yōu)良性等。采用該方法安排試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)量小，試驗(yàn)點(diǎn)在因子空間內(nèi)分布均勻，提供的信息豐富。對(duì)人的經(jīng)驗(yàn)依賴性小，并可以建立高精度的數(shù)學(xué)模型。最優(yōu)化技術(shù)是研究和解決在一切可能方案中尋求最優(yōu)方案的一門科學(xué)，其主要理論基礎(chǔ)是運(yùn)籌學(xué)和計(jì)算數(shù)學(xué)，并以電子計(jì)算機(jī)作為求解的

10、工具。因此，適合利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已開始探索把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的方法用于焊接材料設(shè)計(jì)，并取得了可喜的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已開發(fā)出“焊接材料計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)(WMCAD)”就是綜合運(yùn)用了試驗(yàn)優(yōu)化技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、最優(yōu)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”。在該系統(tǒng)中，運(yùn)用于焊接材料設(shè)計(jì)的試驗(yàn)優(yōu)化技術(shù)有多種方法，如回歸正交設(shè)計(jì)、旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)、D-最優(yōu)設(shè)計(jì)和混料回歸設(shè)計(jì)等。旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)、D-最優(yōu)設(shè)計(jì)均是在回歸方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。第二章 焊條制造及配方一般設(shè)計(jì)規(guī)程2.1焊條的制造工藝流程 電焊條的制造工藝過(guò)程主要包括三部分，即焊芯加工、涂料制備及焊條壓涂。&

11、#160;2.1.1焊芯制備及原材料準(zhǔn)備 目前焊條廠使用的盤條外徑多為直徑6.5mm。經(jīng)剝殼、酸洗去除盤條表面氧化皮后，在拉絲機(jī)上拉拔到所需的直徑（26.5）mm，再在校直切斷機(jī)上按要求的長(zhǎng)度進(jìn)行校直和切斷。 塊狀的鐵合金和礦石先經(jīng)破碎機(jī)破碎成20mm左右的小塊，然后用磨粉機(jī)、球磨機(jī)或錕式粉碎機(jī)磨成粒度為60325目的細(xì)粉。 2.1.2藥皮配料及壓涂 將各種焊條藥皮用粉料（礦石、鐵合金及化工產(chǎn)品等）按焊條配方比例進(jìn)行配料，可以用人工稱重或電子計(jì)算機(jī)控制電子秤進(jìn)行自動(dòng)稱重。配好的料在攪拌機(jī)中進(jìn)行干混使之均勻，然后慢慢倒入適量的水玻璃（作為黏結(jié)劑），攪拌成具

12、有一定黏性的涂料，即可送到壓涂機(jī)上壓制焊條。 焊條壓涂機(jī)是一種聯(lián)合設(shè)備，它的作用是將攪拌好的濕涂料壓涂到焊芯上，并對(duì)焊條夾持端及引弧端進(jìn)行加工，使之具有焊條的外形。焊條壓涂機(jī)有以下兩種。 螺旋式壓涂機(jī)   通過(guò)螺旋軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的推力，將涂料擠壓出來(lái)。由于螺旋式壓涂機(jī)的推力較小，因此要求涂料有較好的滑性和塑性，通常用來(lái)生產(chǎn)J421、J422等酸性藥皮的焊條。 油壓式壓涂機(jī)   活塞的推力為10002000tf（9.8×1061.96×107N），目前最高的可達(dá)4500tf（4.41

13、15;107N），涂料在粉缸中要承受80100MPa的壓力。由于壓力高，這種設(shè)備可用來(lái)壓涂各種類型的焊條，如結(jié)構(gòu)鋼焊條J507、不銹鋼焊條A102等。 用機(jī)器壓涂焊條，每分鐘可壓涂5001000根，目前大型設(shè)備最高每分鐘可壓涂1200根以上。 2.1.3烘焙 壓涂出來(lái)的焊條可以經(jīng)過(guò)自然干燥（或低溫晾干）后送入高溫干燥爐進(jìn)行烘焙，也可直接進(jìn)入連續(xù)式烘干爐直接烘干。烘干爐的熱源可用熱風(fēng)循環(huán)、電阻絲直接加熱或遠(yuǎn)紅外加熱，也可通過(guò)柴油或天然氣燃燒來(lái)加熱。烘焙溫度與時(shí)間隨焊條的種類而異，一般酸性結(jié)構(gòu)鋼焊條烘焙溫度為200250，堿性焊條為350左右，超低氫或高強(qiáng)鋼焊條的烘焙

14、溫度可高達(dá)450。 上述焊條制造工藝是目前國(guó)內(nèi)外大量采用的，即鋼絲拉成一定規(guī)格后，經(jīng)調(diào)直切斷成一根一根的焊芯，再送入壓涂機(jī)中壓涂成焊條，這種工藝稱為“先切后涂”工藝。這種工藝的不足之處是當(dāng)壓涂力不均勻時(shí)，焊條偏心不穩(wěn)定，尤其是對(duì)小直徑焊條，鋼絲直徑細(xì)小，剛度不足，送絲不順利，造成壓涂困難。 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)發(fā)明了“先涂后切”焊條制造工藝，即拉拔到一定規(guī)格的焊絲，送調(diào)直機(jī)校直后不經(jīng)切斷而直接由兩個(gè)送絲輪連續(xù)地送到壓涂機(jī)去壓涂，壓涂出來(lái)的焊條通過(guò)圓盤切割機(jī)或鏈條切斷機(jī)被切割成一定長(zhǎng)度的電焊條濕坯，再經(jīng)過(guò)磨頭、磨尾、烘干制成焊條成品。這種制造工藝的特點(diǎn)是焊條同心度好且穩(wěn)定，可連續(xù)生產(chǎn)

15、。由于發(fā)明并采用了這種工藝，為特細(xì)焊條直徑（0.61.8）mm的生產(chǎn)開辟了一各新路。2.2焊條的設(shè)計(jì)原則、依據(jù)和方法 電焊條設(shè)計(jì)原則是技術(shù)可行，符合相關(guān)國(guó)家規(guī)定的各項(xiàng)性能要求，能進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益好，衛(wèi)生指標(biāo)先進(jìn)，符合環(huán)保要求。電焊條設(shè)計(jì)的依據(jù)是被焊母材的化學(xué)成分、力學(xué)性能、被焊件的工作要求（如抗氧化性、耐熱性、低溫韌性、耐磨性、耐腐蝕性等）、現(xiàn)場(chǎng)施工條件（如交、直流焊接）、焊條制造成本、制造工藝及使用工藝要求等。為了便于焊條藥皮配方的調(diào)整，在焊條設(shè)計(jì)上可選擇直徑4mm的焊條為突破口，其他規(guī)格的焊條可以在直徑4mm焊條的配方基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)前，焊條配方設(shè)計(jì)除了繼承傳統(tǒng)的優(yōu)秀配

16、方加以創(chuàng)新外，還采用了計(jì)算機(jī)成分配比優(yōu)選計(jì)算和正交設(shè)計(jì)等試驗(yàn)方法。但無(wú)論采用哪種方法，對(duì)藥皮設(shè)計(jì)配方進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)、調(diào)整和性能測(cè)試仍是不可缺少的。 2.3焊條藥皮的設(shè)計(jì)步驟 焊芯的選擇對(duì)于焊條的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是第一步需要做的工作，根據(jù)焊條熔敷金屬設(shè)計(jì)成分的要求，盡可能選用與設(shè)計(jì)成分相近的焊芯。就我國(guó)當(dāng)前實(shí)際情況來(lái)看，除了不銹鋼、鎳基合金、有色金屬、少數(shù)鑄鐵和堆焊焊條外，大多數(shù)品種的焊條都選用了H08A焊芯，通過(guò)藥皮過(guò)渡合金元素，實(shí)現(xiàn)合金化，獲得各種不同類型或不同用途的焊條。 2.3.1藥皮配方的確定 焊條藥皮配方的確定，主要是根據(jù)焊條設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，例如力學(xué)性

17、能、化學(xué)成分、工藝性能指標(biāo)及其他特殊性能的要求等，來(lái)選定適宜的藥皮類型，如鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫型、石墨型、鹽基型等。 1）藥皮類型及原材料的選擇 在焊條藥皮類型的確定中，除了探索新渣系、新黏結(jié)劑外，一般在多數(shù)情況下是沿著幾種典型的藥皮類型進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)。常用的幾種結(jié)構(gòu)鋼典型焊條藥皮的成分范圍和物料組成見(jiàn)表2-1和表2-2。典型低碳鋼焊條藥皮的化學(xué)成分見(jiàn)表2-3。表2-1 結(jié)構(gòu)鋼典型焊條藥皮成分范圍原材料藥皮組成 / %（質(zhì)量）鈦型鈦鈣型鈦鐵礦型氧化鐵型纖維素型低氫型SiO2153126.5233835402026525CaO<1010.648

18、<3<2826TiO2244828.11018<11115<22MnO57101916186827FeO4227.37253035212220MgO<518<535<5Al2O34639<4910<12CaF21023揮發(fā)物<12210<2210<20表2-2 結(jié)構(gòu)鋼典型焊條藥皮的物料組成原材料藥皮組成 / %（質(zhì)量）鈦型鈦鈣型鈦鐵礦型氧化鐵型纖維素型低氫型硅酸鹽20352540304735451015723碳酸鹽412152201803352555二氧化鈦456035450120125805鐵合金101210151320

19、24301420>=15有機(jī)物090305052535鈦鐵礦02525402030鐵礦石2935氟化物1530表 2-3 典型低碳鋼焊條藥皮的化學(xué)成分/%化學(xué)成分藥皮類型及焊條牌號(hào)鈦型E4313鈦鐵礦型E4311纖維素型E4315低氫型E4315鐵粉氧化鐵型E4327焊條藥皮SiO219.1424.8811.504.9024.26TiO242.9011.4513.203.25Al2O34.503.402.013.643.14CaCO34.975.9149.300.23CaF217.95Fe2O30.779.020.861.771.86FeO0.4710.961.532.96MgO3.61

20、2.365.200.102.15Mn9.2111.648.311.559.76Fe1.672.801.6316.1745.28C0.770.240.931.060.48Si0.140.090.724.67K2O2.381.900.761.07有機(jī)物6.2025.01.32H2O1.096.080.411.01水玻璃SiO25.403.6710.766.315.75Na2O1.712.114.514.121.53KO20.967.811.762)焊條藥皮基礎(chǔ)配方的擬定 焊條藥皮通常是由幾種或十多種物料組成，其作用和相互間的制約錯(cuò)綜復(fù)雜。擬定焊條藥皮的初步配方，需有必要的焊接冶金知識(shí)和一

21、定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一般情況下可用模擬法或計(jì)算方式來(lái)擬定焊條藥皮組成的試驗(yàn)基礎(chǔ)（初步）配方。 模擬法   根據(jù)所研制焊條的技術(shù)指標(biāo)要求、選定的焊芯、藥皮類型、合金系和過(guò)渡方式等，尋找已有成功的和相近似的焊條藥皮配方，運(yùn)用焊接冶金理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行認(rèn)真分析，找出異同，必要時(shí)也可輔以計(jì)算（如合金成分的過(guò)渡），進(jìn)行補(bǔ)充和完善，擬定試驗(yàn)基礎(chǔ)配方。此法簡(jiǎn)便易行，但需要一定的技術(shù)儲(chǔ)備和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 計(jì)算法   焊條藥皮中幾乎每種原料都由多種化學(xué)元素或化合物組合在一起。因此在設(shè)計(jì)焊條藥皮初步配方時(shí)，只能抓住主要的化學(xué)成分，得出單項(xiàng)原

22、料的主要化學(xué)成分在配方中的占有值，然后將各種原料的同類項(xiàng)化學(xué)成分逐一相加，其總和即為該配方的主要組成成分。對(duì)不符合或沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的成分應(yīng)改變藥皮配方進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到要求。脫氧劑及合金成分的加入量一般可根據(jù)合金元素的過(guò)渡系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，求得所需加入量。 2.3.2試驗(yàn)調(diào)整 一般情況下，焊條藥皮基礎(chǔ)配方設(shè)計(jì)只能算是初步設(shè)計(jì)，總會(huì)與預(yù)定目標(biāo)有一定差距，有時(shí)差距可能很大。因此焊條藥皮配方必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。 在藥皮配方調(diào)整試驗(yàn)中，有先調(diào)工藝性能為主后調(diào)理化性能指標(biāo)的，由于通常工藝性能調(diào)整比理化性能調(diào)整容易，且調(diào)整理化性能時(shí)也將進(jìn)一步影響工藝性能，故這種試驗(yàn)方法使用較多

23、，特別是用于靠藥皮過(guò)渡合金成分較少的焊條（如E4303焊條）。 低碳鋼焊條的典型藥皮配方見(jiàn)表2-4。表2- 4 低碳鋼焊條的典型藥皮配方/%原材料藥皮組成/%（質(zhì)量）鈦型鈦鈣型鈦鐵礦型氧化鐵型纖維素型低氫型鐵粉鈦型鈦鐵礦43226赤鐵礦33金紅石342830617二氧化鈦8851054石英132長(zhǎng)石149512花崗石1232白泥81413115云母81084第三章 焊條配方優(yōu)化設(shè)計(jì)方法3.1正交回歸設(shè)計(jì)最優(yōu)化法針對(duì)堿性低氫焊條交流電弧很不穩(wěn)定、脫渣性差的突出弱點(diǎn) ， 進(jìn)行新型焊條的研制。結(jié)合優(yōu)選試驗(yàn)、正交回歸設(shè)計(jì)、最優(yōu)化方法在焊條配方中的應(yīng)用研究。正交試驗(yàn)是多因素試驗(yàn)的一種好方法，但

24、每一種因素的試驗(yàn)水平數(shù)受到限制，不便于各因素在較大范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。而優(yōu)選試驗(yàn)方法可以使每一個(gè)因素在較大范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)選試驗(yàn)，進(jìn)行單因素或雙因素試驗(yàn)時(shí)還比較方便，進(jìn)行三因素以上的多因素優(yōu)選試驗(yàn)時(shí)，就顯得試驗(yàn)次數(shù) 太多，很不方便。焊條配方是具有七、八個(gè)以上影響因素 (組成成分) 的復(fù)雜問(wèn)題，因此，本試驗(yàn)研究采用單因素優(yōu)選試驗(yàn)和正交設(shè)計(jì)相結(jié)合進(jìn)行試驗(yàn)，即首先對(duì)選定的基礎(chǔ)配方采用0. 618法進(jìn)行因素優(yōu)選試驗(yàn)， 對(duì)每一個(gè)因素 (藥皮成分加入量)輪流進(jìn)行大范圍搜索，以確定每個(gè)因 素 (藥皮各成分加入量)的近似最佳值。然后，以每個(gè)因素的近似最佳值為基礎(chǔ)，適當(dāng)確定正交試驗(yàn)的選優(yōu)范圍，并選定正交試驗(yàn)的試驗(yàn)水平。

25、我們通過(guò)優(yōu)選試驗(yàn)確定了穩(wěn)弧性能和其他性能均比較好的配方為基礎(chǔ)，選用 L18( 2 1 X3 7 )正交表，見(jiàn)圖3-1，制訂正交試驗(yàn)方案。表3-1 L18( 2 1 X3 7 )正交表通過(guò)正交試驗(yàn)及其直觀分析 、方差分析可得到各因素最佳水平組合， 從而可以得到較優(yōu)秀焊條配方。然而，各成分加入量的最佳點(diǎn)不一定恰好落在正交試驗(yàn)方案中選取的水平點(diǎn)上，更大可能落在水平以外的點(diǎn)上。因此，由正交試驗(yàn)確定的最佳水平組合不一定是焊條最佳配方，如果在焊條性能指標(biāo)與藥皮各成分加入量之間建立起回歸函數(shù)表達(dá)式，那么就可用它來(lái)預(yù)報(bào)和控制焊條性能，并以此作為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)化方法求得最佳性能指標(biāo)的最佳焊條配方，即獲得水平

26、以外的最優(yōu)點(diǎn)。此即回歸分析法和最優(yōu)化方法。古典的回歸分析對(duì)試驗(yàn)安排不提任何要求，所需試點(diǎn)多，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，而且計(jì)算異常復(fù)雜，要獲得精確度高的回歸方程很困難。本試驗(yàn)研究把回歸分析和正交試驗(yàn)有機(jī)地 結(jié)合起來(lái)，建立試驗(yàn)次數(shù)少、精確度高、計(jì)算較簡(jiǎn)便的回歸方程。此即正交回歸設(shè)計(jì) (或回歸正交設(shè)計(jì))。3.2二次回歸正交設(shè)計(jì)最優(yōu)化法堿性低氫型焊條藥皮主要由主渣比例，酸度，脫氧劑三個(gè)要素組成，另外，考慮到化學(xué)反應(yīng)能加速焊條的熔化，故又加入了稀土鎂，又考慮到鐵粉能提高熔敷效率，故又加人了鐵粉，因此，現(xiàn)在的問(wèn)題就變成了研究藥皮中的五個(gè)變量，大理石、螢石比例;石英、認(rèn)鐵，稀土鎂，鐵粉對(duì)能耗、熔化、熔敷性能的影響，見(jiàn)表

27、3-1 ，表3-2。表3-1 試驗(yàn)藥皮成分原料名稱基本配合量大理石，螢石比例變量（1，3）石英變量（1.812，14.188）鈦鐵變量（8.359，17.641）稀土鎂變量（0，5）鐵粉變量（0，65）中碳錳鐵5低度硅鐵6鈦白粉3云母4表3-2 測(cè)量指標(biāo)指標(biāo)量綱計(jì)算公式說(shuō)明熔敷金屬耗電量KWB/KgY(1)=E/MP溶化系數(shù)G/AhY(6)=(400/LS-1)MW/ 1/TMW焊條頭焊芯重溶敷系數(shù)G/AhY(11)=MP/ 1/TLS焊條頭焊芯長(zhǎng)電壓VY(12)=VMS焊條頭重表中的變量取值范圍，是在考慮工藝性和焊縫化學(xué)成分的要求后確定的，因?yàn)橹圃斓暮笚l如果工藝性能不好，化學(xué)成分不合格，再節(jié)

28、能也沒(méi)有實(shí)際意義。此外，工藝性不好，測(cè)出的指標(biāo)值也不會(huì)準(zhǔn)確。對(duì)這樣一個(gè)問(wèn)題一般要做243次試驗(yàn)，采用正交組合設(shè)計(jì) (Mc= 16) ， 僅需做27次試驗(yàn)。二次正交回歸設(shè)計(jì)最優(yōu)化方法 ，用于電焊條配方設(shè)計(jì)是非常有效的， 它能利用較短的時(shí)間，較少的試驗(yàn)，建立回歸方程并得出最優(yōu)配方，是一種有效的焊條計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。而且求出的回歸方程含有 自變量的各系數(shù)之間不相關(guān)，大大方便了理論分析。3.3多目標(biāo)規(guī)劃焊條設(shè)計(jì)用 “多目標(biāo)規(guī)劃”的方法來(lái)設(shè)計(jì)電焊條配方的思路是：首先根據(jù)焊縫金屬元素含量，確定主要合金元 素粉料的條件式，然后根據(jù)熔渣的化學(xué)成份，確定礦物類如(大理石、金紅石等的約束條件式；再按焊接工藝性能

29、的壓涂性能確定其他原材料（如純堿、微晶纖維等的比例。目標(biāo)函數(shù)的確定是要使焊縫成份中的有害雜質(zhì)（硫、磷等）減至最小程度，并根據(jù)粉料的價(jià)格，求其配方的最低成本。用 “多目標(biāo)規(guī)劃”輔助設(shè)計(jì)電焊條配方的方法可以大大提高配方設(shè)計(jì)速度，節(jié)省大量人力和物力、為迅速開發(fā)新產(chǎn)品提供了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的有效手段。該方法除了解決單一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)外，還可以推廣到 多品種配方的綜合決策，對(duì)于提高整個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有令人鼓舞的潛力，并可以增強(qiáng)對(duì)原材料改變的適應(yīng)能力；設(shè)計(jì)部門根據(jù)原材料的化驗(yàn)報(bào)告，改變數(shù)學(xué)的模型的輸人數(shù)據(jù)，可立即得到計(jì)算機(jī)調(diào)整的設(shè)計(jì)配方。這樣企業(yè)能根據(jù)原材料市場(chǎng)化學(xué)成份及價(jià)格的變化隨時(shí)調(diào) 整電焊條的配方并迅速

30、改變生產(chǎn)計(jì)劃 從而提高企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)的能力。3.4均勻設(shè)計(jì)均勻設(shè)計(jì)方法在實(shí)際使用中與中正交設(shè)計(jì)的方法相似，根據(jù)所給定的變?cè)嘏c試驗(yàn)的水平數(shù)選用合適的均勻設(shè)計(jì)表，然后通過(guò)計(jì)算填入一定的數(shù)據(jù)。該方法是我國(guó)著名數(shù)學(xué)家方開泰與中國(guó)科學(xué)院院士王元教授于1978年共同提出的，但近年來(lái)才得到廣泛介紹，它與目前流行的正交設(shè)計(jì)方法相比有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。在配方試驗(yàn)中，正交設(shè)計(jì)方法是 每個(gè)因素的水平都需重復(fù)多次試驗(yàn)，且每?jī)蓚€(gè)因素的水平組成一個(gè)全面試驗(yàn)方案，具有“整齊可比，均勻分散”的特點(diǎn)。但是，試驗(yàn)量相對(duì)較大。當(dāng)一項(xiàng)試驗(yàn)有N個(gè)因素，每個(gè)因素有q個(gè)水平時(shí)，則至少要作q2次 試驗(yàn)，而均勻設(shè)計(jì)是略去整齊可比，只考慮試驗(yàn)點(diǎn)在

31、試驗(yàn)范圍內(nèi)均勻散布的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，也是通過(guò) 一套精心設(shè)計(jì)的表來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)的，每個(gè)因素的每個(gè)水平只做一次試驗(yàn)。這樣，當(dāng)水平數(shù)從9水平增加到 10水平時(shí)，試驗(yàn)數(shù)也從9增加到10，而正交設(shè)計(jì)當(dāng)水平增加時(shí)試驗(yàn)數(shù)按水平數(shù)的平方的比例增加，當(dāng)水平數(shù) 從9增加到10時(shí)，試驗(yàn)數(shù)將從81增加到100。因此，采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)次數(shù)可大幅度減少，約可節(jié)省4倍到十幾倍的試驗(yàn)量，并且，偏差值小，適合于多因素多水平試驗(yàn)。3.5人工網(wǎng)絡(luò)模擬設(shè)計(jì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是將若干活動(dòng)規(guī)律相同的神經(jīng)元，按一定的聯(lián)接方法組成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它可以模擬人腦的記憶和聯(lián)想功能，不需要了解過(guò)程的輸入與輸出參量之間變化規(guī)律，對(duì)給定的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以權(quán)值的形式形成一種網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)