第35卷第4期 2014年4月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.35 April
水下湿法焊缝成形的响应曲面法建模及分析
石永华，林水强，郑泽培
（华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640）
No.4 2014
摘要：水下湿法焊缝成形是影响水下焊接接头力学性能的重要因素。与空气中焊接相比，影响水下湿法焊缝成形的因素更复杂。在高压舱内进行不同水深湿法药芯焊丝焊接(FCAW)试验，通过响应曲面法(RSM)分别建立水下湿法焊缝的熔宽和余高与焊接参数之间的数学模型，分析了焊接电流、电弧电压和水深及其交互作用对水下湿法焊缝成形的影响。结果表明，水下湿法焊接时增大焊接电流和电弧电压都可以增大焊缝熔宽.熔宽随着水深的增大而减小，但随着水深的增大，水深对减小熔宽的作用逐渐减小．随着电流的增大，焊缝余高增大，且比电弧电压对余高的作用明显。
关键词：水下焊接；响应曲面法；焊缝成形
中图分类号：TG456.5 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2014)04000605
量的因素尚无研究.文中利用响应曲面法（RSM）建立了焊缝成形与焊接参数之间的数学模型，分析了
焊缝尺寸和成形是影响焊缝力学性能的重要因素。由于焊接是一个复杂的非线性过程，近年来各种统计分析方法被用于焊缝成形建模和优化文献[1]采用敏感度分析方法研究了焊接电流、电弧电压和焊接速度对埋弧焊焊缝熔宽、熔深和余高的影响文献[2]采用析因设计方法分析了焊接参数及其交互作用对焊缝成形的影响.文献[3]建立了脉冲焊缝成形与焊接参数之间的BP神经网络模型．文献[4]研究了不锈钢激光/TIG电弧复合焊接工艺参数对焊缝成形的影响．文献[5]建立了激光透射焊接的焊缝宽度和焊缝强度与焊接工艺参数间的响应曲面模型
水下湿法焊接随着水深增加，水环境和增大的压力将引起电弧收缩和弧柱压降增高，焊接过程不稳定，从而影响了焊缝成形．因此研究影响水下湿法焊缝成形的关键因素，将对水下湿法焊接技术的应用起促进作用：文献「6建立了水下湿法药芯焊丝焊接（FCAW)参数与电弧稳定性之间的敏感度模型.文献71研究了0.5和20m水下湿法药皮焊条焊接参数对电弧稳定性及焊缝成形质量的影响：文献81采用飞溅量作为衡量焊接稳定性的指标，并建立了飞溅量与短路过渡电流之间的关系
目前国内外对影响水下湿法FCAW焊缝成形质
收稿日期：2013-12-20
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51175185，51374111）
不同水深下焊接参数对各焊接指标的影响，研究了水下湿法焊接电流和电弧电压的匹配规律，并优化了水下湿法焊接的工艺范围
响应曲面法方案设计及焊接试验 1
响应曲面法可用于对受多个自变量影响的响应进行建模与分析。响应与多个自变量之间的关系可以表示为
Y=f(x1,X2,*,x) +8
(1)
式中：Y为响应；x1，32，"",*。为多个自变量；8为随机误差
对于二阶响应曲面，需要考虑交互效应和二次
效应，可以表达为[9] y(x) = β +
(2)
式中：x，x，为自变量；β为常数项；β为线性项系数；β,为交互作用项系数；β为x的二次项系数
响应曲面法的设计模型主要有外切申心复合设计（CCC）、内切中心复合设计（CCI）、面心立方设计（CCF）及Box-Behnken设计（BBD）上述4种经典
的二阶响应曲面设计方案各有优劣 1.1响应曲面法焊接参数编码
由于文中涉及的参数范围较大（焊接电流15( ~350A，电弧电压27~39V水深0~80m），选择