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国家经济的高速发展使得对高含硫气井开采力度日益加大,而沉积的单质硫对管道的腐蚀是相当严重的,通常的耐蚀方法是在管道内表面堆焊一层或多层镍基合金。X65钢和Inconel 625焊丝是资源开采中普遍使用的材料,因此在X65钢管内表面堆焊Inconel 625镍基合金,预测堆焊质量以达到良好的力学性能及耐腐蚀能力是非常必要的。为了使堆焊的Inconel 625保持良好的耐点蚀和耐应力腐蚀能力,需要严格控制Inconel 625合金堆焊层的稀释率。镍基合金堆焊是一个多变量耦合的复杂过程,仅依靠有限的工艺经验与反复试验不一定能获得清晰的堆焊工艺窗口。而基于有限的工艺试验,采用有效的数学建模算法预测出适宜的工艺窗口是为合理的技术途径。现行的焊接工艺预测算法难以满足算法设计的适用性、可靠性以及高效性的原则。根据工程需要,本文建立了以电弧长度、焊接电流、焊接速度、送丝速度和保护气流量为输入,以堆焊后的熔宽、余高和稀释率为输出的5-8-3结构的误差反向传播(Back Propagation,BP)网络模型,利用粒子群算法(PSO)优化BP网络得到最优权值和阈值来预测X65钢板堆焊Inconel 625镍基合金的焊后质量。结果表明,PSO+BP算法相比单一BP算法具有较高的准确性,又比遗传优化BP网络(GA+BP)算法高效。将PSO优化后的最优权值与Chebyshev直接法确定的权值对比,得出两个模型的权值基本吻合,最后以稀释率函数δ=f(电弧长度,焊接电流,送丝速度)≤5%为目标,用模型的仿真计算结果建立起了堆焊工艺参数~稀释率的四维函数图像,预测出了满足工程要求(δ≤5%)的堆焊工艺窗口。在该工艺窗口内,仿真预测的堆焊稀释率为2.55%,与堆焊实测结果(3.32%)的相对误差约0.8%,达到了控制Inconel 625合金堆焊稀释率的要求。X65钢管内壁实际堆焊位置为横焊时,镍基合金堆焊的电弧长度要小于5mm才能避免因为重力而造成的熔滴下垂。依据数学模型的优化规律可得最优的热丝TIG堆焊工艺参数,并用于有限元分析,得出X65钢管堆焊Inconel 625镍基合金过程的温度场和应力场。结果表明,当热丝堆焊工艺参数为弧长5mm、堆焊电流150A、热丝电流35A、堆焊速度18cm/min、送丝速度105cm/min、保护气流量16L/min时,堆焊界面熔合较好,残余应力应变较小,满足堆焊质量要求。