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基于感应加热的高强钢薄板焊接变形矫平工艺研究
| 论文题名： | 基于感应加热的高强钢薄板焊接变形矫平工艺研究 |
| 关键词： | 船舶建造;高强度钢;焊接变形;感应加热;火工矫正;数值模拟 |
| 摘要： | 焊接是造船中重要的工艺，然而这个加工过程容易产生残余应力和变形，尤其是对于薄板。在高强度钢的加工中，这种现象更普遍。传统的热矫平方法，通常是用火焰加热处理厚度较大的钢板，利用板材的厚度形成温梯度产生的热应力把钢板拉直。然而该方法在针对薄板变形时，由于在厚度方向难以形成温度梯度差，矫正效果较差。而热感应矫正，感应器在钢板上产生加热涡流，使集中加热区温度快速上升，矫正效果好，可控性强，成为一种新的矫正手段。 在实际生产加工中，目前只能凭经验进行矫正，矫正速度和矫正长度等加热参数均无法定量。对于某些结构变形往往要通过多次加热才能达到矫正目的，在一些情况下矫正量过大，又要进行返工，增加了加工工时，严重制约了船舶的建造效率。为了分析焊接变形的规律和相关矫正方法，使用热弹塑性理论对焊接和电磁感应加热过程进行建模仿真，然后与实验对比以获得准确的数值分析模型。研究薄板变形特征挠度和矫正工艺参数之间的规律，建立相关支持向量机（SVM）预测模型并指导薄板变形火工矫正，对实现矫正变形量的预测和加工参数的优化有着重要意义。 由于焊接变形是由残余应力造成的，研究感应加热矫平规律则必须要考虑板材内部残余应力。本文首先建立了拼板对接焊有限元仿真模型，并与实验作对比，获得准确的残余应力场后，作为感应加热火工矫正的初始边界条件。为了预测残余应力的分布情况，本文针对薄板对接焊采用支持向量机（SVM）算法，以薄板的长、宽、厚、焊接电流、电压、焊接速度及焊接形式共7个主要特征参数为模型的输入量，分别建立以薄板对接焊残余纵向拉应力分布宽度Ws、高应力区宽度B1和残余拉应力极大值S为目标的预测模型。结果表明，支持向量机预测模型具有较高的预测精度和推广价值。在此基础上建立电磁感应加热矫形的数值仿真分析有限元模型，进行模拟计算，分析结果。将加工参数和矫正变形量处理后作为样本集，训练SVM模型，实现对不同参数矫正变形量的预测，通过对比不同核函数模型的精度，得到径向基核函数在处理本文矫正预测问题上有着显著的优势，平均相对误差为0.073，有着较高的预测精度。通过机器学习算法可以极大的缩短传统数值模拟的分析时间，为有效预测矫正效果提供理论依据。 |
| 作者： | 毛远 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 汪骥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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