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研究生:林文忠
研究生(外文):Wen-Chung Lin
論文名稱:壓力容器銲接參數最佳化
論文名稱(外文):Optimization of Welding Process Parameters for Pressure Vessel
指導教授:林正鄰林正鄰引用關係
指導教授(外文):Julian Jeng-Lin Lin
學位類別:碩士
校院名稱:東南科技大學
系所名稱:防災科技研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:最佳化田口方法灰關聯分析潛弧銲接多重品質特性危險性設備壓力容器
外文關鍵詞:OptimizationTaguchi methodGray relational analysisGray relational analysisSAWMultiple performance characteristicsDangerous equipmentPressure vessel
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壓力容器為我國勞工安全衛生法所法定之危險性設備,如製造品質不良或使用不當均可能引發爆炸事故,危及勞工及民眾之生命財產安全,而潛弧銲接為壓力容器製程最常用之銲接方法,其銲接品質之良窳直接影響危險性設備日後之使用安全至鉅。
田口方法素為實驗設計的最有利工具之一,一直被廣泛運用於需以較少的實驗次數之場合,惟其僅限於處理單一品質特性問題。本文係利用田口方法結合灰關聯分析來探討壓力容器製程最常用的潛弧銲接之製程參數最佳化問題,亦即針對銲接多重品質特性(銲道背面熔合情形、正面銲道寬度、正面銲道銲蝕情形),以求得最佳銲接製程參數(銲線突出量、銲接電流、銲接電壓、銲接速度等)組合。首先利用田口直交表之正交性適合設計有效率之實驗之特徵,以田口式方法來設計規劃實驗及實驗參數組合,以減少本研究之實驗次數。同時,也利用代表潛弧銲接多重品質特性之灰關聯度來求得最佳製程參數組合。實驗結果發現代表多重銲接品質特性之灰關聯度,顯著地由初始製程參數時之0.6247改善至使用最佳參數組合銲接之0.8042,提高了28.7%,大幅提升壓力容器銲接品質,進而從製造源頭確保危險性設備日後之使用安全。


Keywords:最佳化、田口方法、灰關聯分析、潛弧銲接、多重品質特性、危險性設備、壓力容器
Pressure vessel is considered as one of the dangerous equipment by Taiwan's Labor Safety and Health Law. The dangerous equipment will cause explosion to endangering workers and the public safety if manufactured or used inappropriately. Submerged Arc Welding (SAW) is commonly used in pressure vessel manufacturing. The welding quality will affect greatly to the make use safety of pressure vessel.
Taguchi method is one of the most useful tools in experimental design. The method that has been widely used in occasions like less numbers of experiments can handle only single performance characteristic problems. The objective of this paper is to search the optimal welding parameters of SAW that is the most commonly used in the manufacture of pressure vessel by the Taguchi method with Grey relational analysis. The welding parameters (Stick-out, Welding current, Welding voltage, Travel speed) are optimized with considerations of the multiple response performance characteristics (the fusion of root, the face width of weld pool, and the undercut of weld pool).First, the Taguchi’s orthogonal array method which adapts to design an efficient experiment is used to plan the SAW process experiment and welding parameters in layout to reduce the experiment times in this study. In the meantime, the Grey relational grade is also used to find the optimal SAW parameters with the multiple response performance characteristics. The result of the experiment discovered that grey relational grade with the multiple performance characteristics increased from 0.6247 to 0.8042.The improvement percentage of the Grey relational grade is 28.7% that also increased the quality and the safety of pressure vessel. In the future, the dangerous equipment ensures the security of use from the manufacture source.

Keywords:Optimization, Taguchi method, Gray relational analysis, submerged arc welding, SAW, Multiple performance characteristics, Dangerous equipment, Pressure vessel
目 錄
摘 要--------------------------------------------------------------i
ABSTRACT-----------------------------------------------------------ii
誌 謝-------------------------------------------------------------iv
目 錄--------------------------------------------------------------v
表 目 錄----------------------------------------------------------viii
圖 目 錄-------------------------------------------------------------x
第一章 緒論----------------------------------------------------------1
1.1研究動機與目的-----------------------------------------------------1
1.2文獻回顧----------------------------------------------------------2
1.3內容簡介----------------------------------------------------------5
第二章 潛弧銲接------------------------------------------------------6
2.1電弧銲接基本原理---------------------------------------------------6
2.1.1定電流與定電壓特性------------------------------------------------6
2.1.2電弧銲接之極性---------------------------------------------------7
2.2 潛弧銲接簡介------------------------------------------------------8
2.3 潛弧銲接工作原理--------------------------------------------------9
2.4潛弧銲接之特點----------------------------------------------------14
2.5潛弧銲接參數------------------------------------------------------15
第三章 田口實驗設計法與灰關聯分析--------------------------------------20
3.1田口實驗設計法----------------------------------------------------20
3.1.1田口直交表------------------------------------------------------20
3.1.2品質損失函數----------------------------------------------------23
3.1.3參數設計-------------------------------------------------------27
3.1.4訊號雜訊比------------------------------------------------------30
3.1.5變異數分析------------------------------------------------------35
3.1.6預測最佳設計下的品質特性-----------------------------------------42
3.2灰關聯分析--------------------------------------------------------43
3.2.1灰色系統-------------------------------------------------------43
3.2.2灰關聯分析之特點------------------------------------------------44
3.2.3灰關聯空間-----------------------------------------------------45
3.2.4灰關聯生成-----------------------------------------------------45
3.2.5四大公理-------------------------------------------------------47
3.2.6灰關聯度-------------------------------------------------------48
第四章 實驗方法與流程------------------------------------------------50
4.1實驗方法---------------------------------------------------------50
4.2主要銲接參數與設定水準---------------------------------------------55
4.3銲道品質特性評估方法-----------------------------------------------58
第五章 實驗結果與討論------------------------------------------------60
5.1實驗結果---------------------------------------------------------60
5.2各銲接品質特性S/N比之計算------------------------------------------60
5.3灰關聯分析--------------------------------------------------------66
5.3.1線性數據前處理--------------------------------------------------66
5.3.2灰關聯係數------------------------------------------------------69
5.3.3求灰關聯度------------------------------------------------------72
5.4最佳銲接參數組合--------------------------------------------------72
5.5變異數分析--------------------------------------------------------75
5.6 確認實驗--------------------------------------------------------82
第六章 結論與建議---------------------------------------------------85
6.1結論------------------------------------------------------------85
6.2建議------------------------------------------------------------86
參考文獻------------------------------------------------------------87

表 目 錄
表2.1 銲線傾角對銲道成形之影響----------------------------------------19
表3.1 L8(27)直交表-------------------------------------------------23
表3.2 變異數分析表--------------------------------------------------36
表3.3 迴歸分析與灰關聯分析比較表--------------------------------------44
表4.1 銲接參數與其設定水準-------------------------------------------56
表4.2 L18 田口直交表實驗配置-----------------------------------------57
表4.3 背面熔合情形評估指標-------------------------------------------59
表4.4 正面銲道銲蝕評估指標-------------------------------------------59
表5.1 銲接多重品質特性實驗結果----------------------------------------62
表5.2 銲接多重品質特性之S/N比----------------------------------------65
表5.3 S/N比數據前處理結果--------------------------------------------68
表5.4 序列差-------------------------------------------------------70
表5.5 灰關聯係數與灰關聯度-------------------------------------------71
表5.6 各銲接參數在不同水準的灰關聯度反應表-----------------------------73
表5.7 總變異向量平方和-----------------------------------------------76
表5.8 灰關聯度變異數分析---------------------------------------------80
表5.9 灰關聯度變異數分析(誤差統合後)----------------------------------81
表5.10 初始銲接參數組合與最佳銲接參數組合之銲接品質比較------------------83

圖 目 錄
圖2.1 電弧銲接基本原理------------------------------------------------6
圖2.2 直流電銲機之極性------------------------------------------------8
圖2.3 潛弧銲接原理示意圖---------------------------------------------10
圖2.4 潛弧銲接工作原理-----------------------------------------------10
圖2.5 潛弧銲接工作原理-----------------------------------------------11
圖2.6 單線潛弧銲接法原理圖-------------------------------------------12
圖2.7 並聯銲線銲接法示意圖-------------------------------------------12
圖2.8 串聯銲線銲接法示意圖-------------------------------------------12
圖2.9 銲線排列對銲道之影響示意圖--------------------------------------13
圖2.10 雙電源銲接法示意圖--------------------------------------------13
圖2.11 潛弧銲接主要參數對銲道特性影響要因分析圖-------------------------16
圖2.12 周向銲接銲線偏移對銲道外觀影響示意圖----------------------------19
圖3.1 一階品質損失函數-----------------------------------------------24
圖3.2 二階品質損失函數-----------------------------------------------25
圖3.3 望大特性品質損失函數-------------------------------------------26
圖3.4 望小特性品質損失函數-------------------------------------------26
圖3.5 田口實驗步驟流程-----------------------------------------------28
圖3.6 產品或製造系統之輸入輸出示意圖----------------------------------29
圖3.7 F分佈曲線----------------------------------------------------40
圖4.1 銲接試片示意圖------------------------------------------------51
圖4.2 銲接裝置示意圖------------------------------------------------51
圖4.3 銲接主機-----------------------------------------------------52
圖4.4 銲接設備外觀--------------------------------------------------52
圖4.5 送線及控制系統------------------------------------------------53
圖4.6 銲接情形------------------------------------------------------53
圖4.7 實驗流程圖----------------------------------------------------54
圖5.1 各銲接參數灰關聯度反應圖----------------------------------------74
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