焊条制造与配方设计方法

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二 〇 一 五 年 十 一 月

本科科研训练论文

题 目：焊条制造与配方设计方法综述 学生姓名：MR.CHEN

学 院：材料科学与工程 系 别：

材料成型及控制 专 业：材料成型及控制 班 级：材12-3 指导教师：姚青虎 讲师

摘要

在电焊条制造中，焊条的成份和质量主要取决于原材料的成份和质量。原材料主要由焊芯和粉料组成，而粉料成份的变化范围要比焊芯大得多，所以如何选择控制粉料成份和正确决定配方是制造电焊条的关键；本文主要探讨多种以计算为主、试验调整为辅的先进焊条配方设计方法，从而改变以往以经验为主、反复试验调整配方费工、费时的传统方法，以获得最佳的技术经济效果。

关键词：焊条配方设计；优化设计方法；

Abstract

In 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 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 and 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;

目录

引言 (1)

第一章焊条配方设计发展概况 (2)

第二章焊条制造及配方一般设计规程 (3)

2.1焊条的制造工艺流程 (3)

2.1.1焊芯制备及原材料准备 (3)

2.1.2药皮配料及压涂 (3)

2.1.3烘焙 (4)

2.2焊条的设计原则、依据和方法 (4)

2.3焊条药皮的设计步骤 (4)

2.3.1药皮配方的确定 (5)

2.3.2试验调整 (8)

第三章焊条配方优化设计方法 (9)

3.1正交回归设计最优化法 (9)

3.2二次回归正交设计最优化法 (10)

3.3多目标规划焊条设计 (11)

3.4均匀设计 (12)

3.5人工网络模拟设计 (12)

参考文献 (15)

引言

随着我国现代化建设的发展，焊接结构正向大容量、高参数、大型化方向发展，这对焊接材料(包括焊条、焊丝、药芯焊丝、焊剂等)的品种及质量要求越来越高。多年来我国焊接材料的产量、品种虽然有了较大的发展，但在品种、规格特别是质量方面尚不能满足国家建设的需要，相当一部分依赖进口。其重要原因之一就是焊接材料的设计方法落后。

焊接材料设计是一个多因子试验设计问题，各因子之间往往存在着复杂的交互作用和非线性效应，每一种因子所起的作用大小及其性质不仅取决于它本身，而且还取决于其它组分的存在和加入量。因此，在焊接材料性能与其组分之间没有固定的函数关系可遵循，这给焊接材料的设计造成了较大的困难。若要通过对焊接材料组分中的各因子进行全面试验寻求最优配方，则因试验次数太多，往往是不可能实现的。面对这种情况，国内外对焊接材料的设计多年来均采用传统的经验法和单因子轮换法。经验法是凭借已有经验调整焊接材料配方，其局限性比较大，特别在开发新型焊接材料时带有一定的盲目性，甚至迷失方向；单因子轮换法是先固定若干因子不变，只改变一个因子，求得其最佳含量，一直到求出比较“满意”的试验结果为止。上述方法虽简单易行，但由于试验设计不具科学性，不能考察各因子之间的交互作用，所提取的试验信息片面性大。比如，某一个因子的最佳含量是在其它因子的含量不变的条件下得出的。事实上，在单因子轮换法试验中，各因子的含量都在不断的发生变化，因此所求出的某因子的“最佳”含量未必是最佳的。当交互作用较大时，所得试验结果不一定是最优的，甚至可能导致错误的结论。为求得较好的结果，往往需要做大量的试验，需耗费较大的人力和物力。因此已不能适应焊接技术的迅速发展及焊接材料的品种和质量的需要。

第一章焊条配方设计发展概况

从80年代中期开始，有些国家(如原苏联、原西德)开始研究药皮组份与焊条性能指标间的数学模型，所采用的试验方法仍比较落后，试验量大，数学模型的精度较差。原西德采用随机法设计高效铁粉焊条，采用计算机随机数发生器设计焊条试验，可使试验点在因子空间内具有均匀分布的性质，但试验量必须足够大时才能做到这一点。在该例中，考察六个因子对焊条工艺性能的影响，设计了50次试验。通过试验建立了工艺性能与这六个因子间的数学模型，并采用最优化技术求解出所需要的最优配方。

显然，采用这种方法设计焊条要比经验法和单因子轮换法科学，但由于在试验设计时，试验点在因子空间内分布的均匀性强烈的依赖于试验点的数量，因此，只有加大试验量才能保证所建数学模型的精度。该方法与传统方法设计方法相比虽不失先进的设计方法，但依然不够理想。为了避免传统设计方法的缺点，将试验优化技术引入焊接材料的试验设计。

试验优化技术是近20～30年内发展比较快的试验技术，尤其在采矿、冶金、金属材料、机械制造、自动控制和化工行业等领域内应用较为广泛，试验优化技术是采用数学规划的方法安排试验，从而避免了人为安排试验的片面性，并使其具有各种优良性，如正交性、旋转性、D-优良性等。采用该方法安排试验时，试验量小，试验点在因子空间内分布均匀，提供的信息丰富。对人的经验依赖性小，并可以建立高精度的数学模型。最优化技术是研究和解决在一切可能方案中寻求最优方案的一门科学，其主要理论基础是运筹学和计算数学，并以电子计算机作为求解的工具。因此，适合利用计算机进行最优化设计。

随着计算机技术的不断发展，国内外已开始探索把计算机辅助设计(CAD)的方法用于焊接材料设计，并取得了可喜的进展。国内现已开发出“焊接材料计算机辅助设计软件系统(WMCAD)”就是综合运用了试验优化技术、数理统计、最优化技术、计算机技术等现代科学技术”。在该系统中，运用于焊接材料设计的试验优化技术有多种方法，如回归正交设计、旋转设计、D-最优设计和混料回归设计等。旋转设计、D-最优设计均是在回归方法的基础上进行的。