專利名稱：一種激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著國民經(jīng)濟的增長，汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展，經(jīng)濟實用的汽車以其質(zhì)量輕 、耗油少、安全性高而備受廣大消費者的青睞。激光拼焊板的應(yīng)用減低了車身質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，被越來越多的汽車制造廠所采用。激光拼焊不僅在交通運輸裝備制造業(yè)中被使用，還在建筑業(yè)、橋梁、家電板材焊接生產(chǎn)、軋鋼線鋼板焊接(連續(xù)軋制中的鋼板連接)等領(lǐng)域中被大量使用。長期以來，各種板材的激光焊接工藝優(yōu)化及其耐腐蝕性能控制主要通過實物試驗來探索確定，這必將耗費大量的人力、物力和時間，并且因在各個控制環(huán)節(jié)存在的人為因素，將或多或少地影響到激光焊接工藝優(yōu)化及其耐腐蝕性能控制的精度。若能在激光焊接領(lǐng)域引入先進的計算機模擬和預(yù)測技術(shù)，則可迅速而準確地預(yù)測激光拼焊板的耐腐蝕性能并及時調(diào)整和優(yōu)化激光焊接工藝，對高性能激光拼焊板的研發(fā)具有十分重要的工程意義。然而，此類研究的相關(guān)成果在國內(nèi)外均鮮見報道。日本Kobe Steel公司在2007年向美國專利局申請了專利“Weld metal excellentintoughness and SR cracking resistance”(專利號US07597841),該專利的內(nèi)容主要為通過對焊接金屬成份的調(diào)整，以獲得優(yōu)良的焊縫力學性能。此外，新日本制鐵公司的 JosidaKhirosi 在 2009 年向歐洲專利局申請了專利 Device to forecast ruptureof part subjected topoint welding method to this end computer software andmachine-readable data carrier (專利號RU2006013994820050412),該專利的主要內(nèi)容為發(fā)明了一種基于終端計算機處理的預(yù)測點焊件破裂的裝置。因為點焊時，隨著焊點數(shù)目的增加，電極頭部產(chǎn)生的塑性變形所導致的電極頭直徑增大等原因會產(chǎn)生脫焊，需要進行人工干預(yù)。但關(guān)于激光拼焊板耐蝕性能預(yù)測和相應(yīng)工藝優(yōu)化方法的專利成果未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以常用激光拼焊板鋼板為研究對象，具體涉及冷軋深沖板系列Stl2、Stl6及鍍鋅板；高強度鍍鋅鋼DOGAL/超級拉延鋼BUSD ;高強度低合金鋼板系列B240/390DP.B340/590DP等。提供一種針對拼焊板產(chǎn)品的耐腐蝕性能進行預(yù)測的方法及系統(tǒng)，同時得出與最小腐蝕率相應(yīng)的優(yōu)化工藝方案。本發(fā)明所述的激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測方法，包括以下步驟(I)從數(shù)據(jù)庫中讀取激光焊接過程所需的母材信息和工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件的步驟；(2)結(jié)合待測焊件母材的信息和工藝參數(shù)建立PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型，并對PLS公式進行精度的檢驗與控制，得到精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型的步驟；(3)由精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型計算后得出試樣的一組腐蝕率預(yù)測值；(4)對所得到的一組預(yù)測結(jié)果，再根據(jù)逆映射原理反求得到與最小預(yù)測值相對應(yīng)的最優(yōu)焊接工藝方案，即最優(yōu)工藝參數(shù)的組合，并輸出優(yōu)化工藝參數(shù)。步驟(I)中所說的母材信息包括材料牌號、化學成分、母材厚度、焊件尺寸等材質(zhì)參數(shù)；焊接工藝參數(shù)包括激光功率、焊接速度、光斑直徑等；當母材信息和焊接工藝參數(shù)讀取無誤，則轉(zhuǎn)入下一步驟；如有錯誤，則可返回重新讀取母材信息和工藝參數(shù)。步驟(2)采用交叉有效性確定主成分的個數(shù)，以獲得PRESSh最小化的預(yù)測方程，利用目標相對誤差5%的精度檢驗與控制，獲得精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型以及逆映射反求得到的最優(yōu)激光焊接方案。即通過對各不同工藝狀態(tài)的模擬得出目標相對誤差< 5%的腐蝕率預(yù)測值以及相應(yīng)的最優(yōu)PLS預(yù)測模型，得到精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型。步驟(4)為采用表格、圖表或普通文本分析報告方式對工藝優(yōu)化的結(jié)果進行顯示 輸出。本發(fā)明還公開了用于實現(xiàn)上述方法的激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、前處理模塊、拼焊板耐腐蝕性能預(yù)測模塊、后處理模塊組成。其中，所述數(shù)據(jù)庫用于儲存拼焊板母材信息和焊接工藝參數(shù)及其它系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)。母材信息包括材料牌號、化學成分、母材厚度、焊件尺寸等材質(zhì)參數(shù)；焊接工藝參數(shù)包括拼焊板激光功率、焊接速度、光斑直徑等。前處理模塊的功能是從數(shù)據(jù)庫中讀取激光焊接過程所需的母材信息和工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件；所述拼焊板耐腐蝕性能預(yù)測模塊是完成對激光焊接過程各種工藝狀態(tài)的模擬，預(yù)測出拼焊板的耐蝕性能；所述后處理模塊的功能是完成焊接過程模擬及結(jié)果的顯示輸出；具體如下前處理模塊具體流程為首先從數(shù)據(jù)庫中讀取母材信息和焊接工藝參數(shù)。母材信息包括焊接板的鋼種及其成分、待焊板材厚度等尺寸規(guī)格，焊接工藝參數(shù)包括激光功率、焊接速度、光斑直徑等。如讀取無誤，則轉(zhuǎn)入耐腐蝕性能預(yù)測模塊；如有錯誤，則可返回重新讀取母材信息和工藝參數(shù)。耐腐蝕性能預(yù)測模塊的功能根據(jù)讀取的待測焊件母材的信息和焊接工藝參數(shù)建立PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型，并對PLS公式進行精度的檢驗與控制，得到精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型。即利用已有的鋼成分、焊接工藝參數(shù)與耐蝕性能(腐蝕率)彼此映射關(guān)系的經(jīng)驗公式一偏最小二乘回歸(Partial Least-Squares Regression,簡稱“PLS”)公式，結(jié)合待測焊件的成分、工藝參數(shù)對已有的PLS公式進行精度檢驗與控制。該檢驗與控制方法是通過對各不同工藝狀態(tài)的模擬得出目標相對誤差< 5%的腐蝕率預(yù)測值以及相應(yīng)的最優(yōu)PLS預(yù)測模型，以期得到精度最高的目標區(qū)域PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型，再由此精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型計算后得出試樣的一組腐蝕率預(yù)測值；對所得到的一組預(yù)測結(jié)果，再根據(jù)逆映射原理反求得到與最小預(yù)測值相對應(yīng)的最優(yōu)焊接工藝方案，即最優(yōu)工藝參數(shù)的組合，并輸出優(yōu)化工藝參數(shù)。后處理模塊的功能是顯示輸出計算據(jù)結(jié)果，采用表格、曲線、動畫等多種方式對預(yù)測模塊的結(jié)果進行輸出，還包括智能報告(包括普通文本報告和Excel報告)。本發(fā)明優(yōu)點是I、能預(yù)測常用激光拼焊鋼板產(chǎn)品的耐腐蝕性能即腐蝕率。對于腐蝕率待測目標，可獲得理想的預(yù)測結(jié)果，從而保證了焊接工藝優(yōu)化與拼焊板耐腐蝕性能控制的精度。2、利用本發(fā)明方法，對冷軋深沖板系列Stl2、Stl6、Stl2基鍍鋅板、高強度鍍鋅鋼DOGAL/超級拉延鋼BUSD等的腐蝕率預(yù)測精度均達到95%以上。3、本發(fā)明具有優(yōu)異的普適性，可以推廣應(yīng)用于各種新型、高強韌化材料的激光焊接應(yīng)用領(lǐng)域，其預(yù)測結(jié)果有助于技術(shù)人員改進現(xiàn)有生產(chǎn)的工藝，為提高各種新型、高強韌化材料拼焊板的耐腐蝕性能提供可靠依據(jù)。4、本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)庫具有大量的激光焊接生產(chǎn)工藝參數(shù)，界面友好、輸入、輸出均與生產(chǎn)過程保持一致，易于操作。預(yù)測工作在標準配置的計算機上運行，實現(xiàn)了計算與結(jié)果輸出的分離，便于程序的調(diào)試、升級、維護和移植。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。 圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)整體框圖；圖2為耐腐蝕性能預(yù)測模塊建立流程框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明中采用鹽水腐蝕失重試驗法所得的腐蝕率來表征拼焊板的耐腐蝕性能。激光拼焊板腐蝕率獲得步驟如下I.表面處理用金相砂紙將拼焊板切割試樣表面的銹蝕產(chǎn)物打磨掉，使其露出基體表面，然后去除焊接氧化皮。用丙酮清洗表面多次，并在蒸餾水中用超聲波清洗15分鐘，取出烘干。2.鹽水溶液的配制稱取10. 5269g NaCl，加蒸餾水配制200ml的5%的NaCl水溶液，pH值為7.0。3.浸泡把上述處理過表面的樣片浸泡在所制備的鹽水溶液中，試驗溫度設(shè)為35 °C,試驗周期7天，即浸泡I天，然后晾干6天，干濕比例為6:1。通過腐蝕前后的失重量計算拼焊板的腐蝕率。即η = (W 前-W 后)/St (mg/m2 · h)式中η—腐蝕率，Wti——實驗前試樣的質(zhì)量,Wjg+試驗后試樣的質(zhì)量，S—試樣的表面積，t-試驗時間。如圖I所示，本發(fā)明以常用激光拼焊板為研究對象，建立了激光拼焊板耐腐蝕性能預(yù)測系統(tǒng)。整體預(yù)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、前處理模塊、耐腐蝕性能預(yù)測模塊、后處理模塊組成。其中，前處理模塊、后處理模塊為輔助模塊，以實現(xiàn)耐腐蝕性能預(yù)測模塊的建立和預(yù)測結(jié)果的顯示輸出。在進行如圖2所示的拼焊板耐腐蝕性能預(yù)測時，為便于預(yù)測和控制激光拼焊板耐腐蝕性能，必須檢驗已有的鋼成分、焊接工藝參數(shù)與腐蝕率彼此映射關(guān)系的PLS經(jīng)驗公式，以期得到最優(yōu)PLS經(jīng)驗公式，以精確模擬激光焊接工藝，繼而保證待測板材腐蝕率的預(yù)測精度。
在已有的PLS經(jīng)驗公式
權(quán)利要求
1.一種激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測方法，其特征在于包括以下步驟 (1)從數(shù)據(jù)庫中讀取激光焊接過程所需的母材信息和焊接工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件的步驟； (2)結(jié)合待測焊件母材的信息和焊接工藝參數(shù)建立PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型，并對PLS公式進行精度的檢驗與控制，得到精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型的步驟； (3)由精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型計算后得出試樣的一組腐蝕率預(yù)測值； (4)對所得到的一組預(yù)測結(jié)果，再根據(jù)逆映射原理反求得到與最小預(yù)測值相對應(yīng)的最優(yōu)焊接工藝方案，即最優(yōu)工藝參數(shù)的組合，并輸出優(yōu)化工藝參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測方法，其特征在于，步驟(I)中所說的焊接工藝參數(shù)包括拼焊板的鋼種及其成分、待焊板材厚度規(guī)格、激光功率、焊接速度、光斑直徑；當母材信息和焊接工藝參數(shù)讀取無誤，則轉(zhuǎn)入下一步驟；如有錯誤，則可返回重新讀取母材信息和焊接工藝參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測方法，其特征在于，步驟(4)為采用表格、圖表或普通文本分析報告方式對工藝優(yōu)化的結(jié)果進行顯示輸出。
4.按照權(quán)利要求I所述激光拼焊板耐腐蝕性能預(yù)測方法，其特征在于步驟(2)采用交叉有效性確定主成分的個數(shù)，以獲得/ 最小化的預(yù)測方程，利用目標相對誤差5 o/0的精度檢驗與控制，獲得精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型以及逆映射反求得到的最優(yōu)激光焊接方案。
5.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述的激光拼焊板耐腐蝕性能的預(yù)測方法的系統(tǒng)，其特征在于，由數(shù)據(jù)庫、前處理模塊、耐腐蝕性能預(yù)測模塊、后處理模塊組成，其中 數(shù)據(jù)庫，用于儲存拼焊板母材信息和焊接工藝參數(shù)及其它系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)； 母材信息包括材料牌號、化學成分、母材厚度、焊件尺寸等材質(zhì)參數(shù)；焊接工藝參數(shù)包括拼焊板激光功率、焊接速度、光斑直徑； 前處理模塊，用于從數(shù)據(jù)庫中讀取激光焊接過程所需的焊件母材基本信息和工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件； 耐腐蝕性能預(yù)測模塊，根據(jù)讀取的待測焊件母材的信息和焊接工藝參數(shù)建立PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型，并對PLS公式進行精度的檢驗與控制，得到精度最高的PLS耐腐蝕性能預(yù)測模型； 后處理模塊，用于顯示輸出計算據(jù)結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種針對拼焊板的耐腐蝕性能進行預(yù)測的方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、前處理模塊、耐腐蝕性能預(yù)測模塊、后處理模塊組成；前處理模塊從數(shù)據(jù)庫中讀取激光焊接過程所需的焊件及母材基本信息和工藝參數(shù)，為后續(xù)流程提供初始條件；耐腐蝕性能預(yù)測模塊通過對不同工藝狀態(tài)的模擬得出相應(yīng)的最優(yōu)PLS預(yù)測模以及目標相對誤差≤5%的腐蝕率預(yù)測值；針對這些腐蝕率預(yù)測值；再根據(jù)逆映射原理反求得到與最小預(yù)測值相對應(yīng)的最優(yōu)焊接工藝方案—意即最優(yōu)工藝參數(shù)的組合。
文檔編號G01N17/00GK102937564SQ20121039795
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者李新城, 朱偉興, 何建華, 趙從光, 張云, 莊志平 申請人:江蘇大學