專利名稱：9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法。
背景技術(shù)：
9%Cr新型馬氏體耐熱鋼主要包含T/P92、T/P91和Ε911三種新型馬氏體耐熱鋼，廣泛用于超超臨界鍋爐主蒸汽管、集箱等厚壁管道等構(gòu)件，焊縫韌性偏低是該系列鋼管道焊縫安裝過(guò)程中出現(xiàn)的ー個(gè)主要問(wèn)題。為了改善焊縫韌性，必須對(duì)焊縫進(jìn)行局部熱處理。國(guó)內(nèi)外研究表明，焊后熱處理溫度(即后續(xù)所提到的控溫溫度)對(duì)焊縫影響非常大，當(dāng)熱處理溫度在760±10°C時(shí)(注受焊縫相變點(diǎn)的限制，熱處理溫度很難進(jìn)ー步提高)，經(jīng)過(guò)短時(shí)的恒溫處理，焊縫的沖擊功就可以達(dá)到41J以上，在740°C左右加熱時(shí)，要達(dá)到這一指標(biāo)必須 大幅増加恒溫時(shí)間，當(dāng)加熱溫度在730°C以下吋，再延長(zhǎng)恒溫時(shí)間不僅效果甚微，沖擊功很難達(dá)到41J的韌度指標(biāo)，而且大幅增加安裝成本，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度?，F(xiàn)場(chǎng)熱處理時(shí)，受管道和焊后熱處理設(shè)備的限制，熱源一般只能布置在管道外壁，熱量從外壁向內(nèi)壁傳導(dǎo)，即使達(dá)到穩(wěn)態(tài)，內(nèi)壁溫度仍然低于外壁溫度，即內(nèi)外壁必然存在一定溫度差異。為了保證內(nèi)壁焊縫的韌性，要求盡可能縮小內(nèi)外壁溫差(控制在20°C -30°C以內(nèi))。但是隨著蒸汽溫度和壓カ的提高，9%Cr馬氏體耐熱鋼管道部件壁厚不斷増大，ー些部件的設(shè)計(jì)壁厚最高已達(dá)140mm以上，內(nèi)外壁溫差増大。實(shí)際工程中，受管道尺寸的影響，無(wú)法在管道內(nèi)壁安裝熱電偶對(duì)內(nèi)壁溫度進(jìn)行監(jiān)控，一般通過(guò)測(cè)量外壁等效點(diǎn)位置的溫度來(lái)預(yù)測(cè)管道內(nèi)壁溫度，但是等效點(diǎn)的位置同樣受管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度等多個(gè)因素的影響，所以等效點(diǎn)的位置是變化的，并且難以用解析法確定。雖然可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)特定尺寸管道在特定熱處理環(huán)境等條件下的管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置，但是實(shí)驗(yàn)的成本高、周期長(zhǎng)，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果不具有普遍適用性。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是80年代末開始迅速發(fā)展的一門非線性科學(xué)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性、學(xué)習(xí)性、自適應(yīng)性和非線性的映射能力，特別適于解決因果關(guān)系復(fù)雜的非確定性推理、判斷、識(shí)別和分類等問(wèn)題。目前，在鋼鐵冶金領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的是具有多層前饋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且采用反向誤差傳播訓(xùn)練方法的模型(BP模型)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題；在9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度已知的條件下，提供了ー種快速預(yù)測(cè)管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的方法，方便現(xiàn)場(chǎng)熱處理過(guò)程中對(duì)于管道內(nèi)壁溫度的監(jiān)控，保障熱處理質(zhì)量。本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題；提供一種解決了工程中采用實(shí)驗(yàn)方法確定等效點(diǎn)位置時(shí)浪費(fèi)時(shí)間、増加成本且實(shí)驗(yàn)結(jié)果不具有普遍適用性的ー種9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的確定方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的
ー種9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟
步驟1，等效點(diǎn)位置理論計(jì)算模塊。在此模塊中，基于傳熱學(xué)理論，建立上T組不同尺寸管道在不同加熱寬度、不同保溫寬度、不同熱處理環(huán)境溫度、不同控溫溫度下的熱處溫度場(chǎng)計(jì)算模型，計(jì)算各組模型的焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置；
步驟2，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模塊，綜合考慮管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度對(duì)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的影響，建立基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
步驟3，預(yù)測(cè)模型建立模塊，利用所得計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，得到一個(gè)可以預(yù)測(cè)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的模型；步驟4，模型修正模塊，結(jié)合9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)所得的確定9%Cr馬氏體耐熱鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的模型進(jìn)行修正；
步驟5，等效點(diǎn)位置確定模塊，分析管道尺寸(管徑以及壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度，輸入到修正后的模型確定管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置。在上述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，所述的步驟I中，建立上T組不同尺寸管道在不同加熱寬度、不同保溫寬度、不同熱處理環(huán)境溫度、不同控溫溫度下的熱處溫度場(chǎng)計(jì)算模型，采用有限元計(jì)算軟件對(duì)焊后熱處理溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，并得到等效點(diǎn)的位置，具體方法為
根據(jù)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的應(yīng)用情況，選取管道尺寸范圍；根據(jù)國(guó)內(nèi)外熱處理技術(shù)規(guī)程，對(duì)于一定規(guī)格的管道計(jì)算加熱帶寬度、保溫寬度的大小，選取加熱寬度和保溫寬度范圍；根據(jù)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度情況，選擇控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度的范圍。建立T組9%Cr新型馬氏體耐熱鋼管道焊后熱處理溫度場(chǎng)理論計(jì)算模型，通過(guò)運(yùn)用有限元軟件計(jì)算管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度對(duì)等效點(diǎn)位置的影響。如在分析控溫溫度的影響時(shí)，控溫溫度一般選擇在760 ± 10°C，因此，分別取750°C、765°C、780°C，其他條件保持不變，經(jīng)過(guò)有限元計(jì)算得到等效點(diǎn)的位置，用同樣的方法分析其他因素的影響。計(jì)算方法如下
步驟I. I，在有限元軟件中，建立9%Cr新型馬氏體耐熱鋼焊后熱處理溫度場(chǎng)計(jì)算模型； 步驟I. 2，定義初始條件、邊界條件，求解；
步驟I. 3，計(jì)算完成后，在后處理器中查看管道內(nèi)壁溫度以及管道外壁軸向溫度分布，通過(guò)對(duì)比，計(jì)算等效點(diǎn)位置。在上述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，所述步驟2中，建立基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的具體方法為
步驟2. I，定義輸入層和輸出層
選取管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度的數(shù)值作為輸入變量，因此該網(wǎng)絡(luò)輸入層的神經(jīng)元數(shù)為6 ；以不同條件下管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的大小作為網(wǎng)絡(luò)模型的輸出，因此輸出層神經(jīng)元數(shù)為I。
步驟2. 2，選擇隱層數(shù)和隱層單元數(shù)采用單隱層，并確定隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10。步驟2. 3，其他參數(shù)的確定隱層隱層的傳遞函數(shù)為單極性S型函數(shù)f(x)=l/(l+e_x)，輸出層的傳遞函數(shù)為線性函數(shù)f (x)=x，使網(wǎng)絡(luò)輸出任何值，訓(xùn)練次數(shù)為1800次，誤差目標(biāo)為I，選擇樣本數(shù)為T,其中N個(gè)訓(xùn)練樣本，T-N個(gè)測(cè)試樣本。在上述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，所述步驟2中，基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括ー個(gè)輸入層、ー個(gè)中間層和ー個(gè)輸出層，輸入層有6個(gè)神經(jīng)元，中間層有10個(gè)神經(jīng)元，輸出層有I個(gè)神經(jīng)元；所述預(yù)測(cè)模型的中間層的傳遞函數(shù)為單極性S型函數(shù)，輸出層的傳遞函數(shù)為線性函數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)輸出任何值；對(duì)步驟I得到T組等效點(diǎn)位置數(shù)據(jù)對(duì)步驟2中基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試的具體步驟如下
步驟3. 1，設(shè)定權(quán)值和閾值和訓(xùn)練次數(shù)，并對(duì)權(quán)值和閾值進(jìn)行初始化，隨機(jī)摘取T組樣本中的T-N組樣本作為訓(xùn)練樣本，N組樣本作為測(cè)試樣本，輸入T-N組訓(xùn)練樣本，所述樣本為步驟I中得到的T組等效點(diǎn)的位置以及T組9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的熱處理?xiàng)l件； 步驟3. 2，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出，得到反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值，并計(jì)算反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值的修正因子，根據(jù)步驟I中得到的T-N組等效點(diǎn)位置計(jì)算值和網(wǎng)絡(luò)輸出計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出誤差，所述網(wǎng)絡(luò)輸出誤差即為步驟I中得到的T-N組等效點(diǎn)位置計(jì)算值和本步驟計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)輸出的比較差值；
步驟3. 3，判斷是否達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，并根據(jù)是否達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)選擇執(zhí)行以下步
驟
選擇執(zhí)行步驟1，若尚未達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，判斷在步驟3. 2中網(wǎng)絡(luò)輸出誤差是否小于期望誤差，若小于期望誤差，則訓(xùn)練結(jié)束，同時(shí)保存步驟3. 2中反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值，得到待定預(yù)測(cè)模型；若大于期望誤差，修正反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值后步驟重復(fù)3. 2.其中修正因子采用步驟3。2中計(jì)算的修正因子；
選擇執(zhí)行步驟2，若達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，則該反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在給定的訓(xùn)練次數(shù)內(nèi)不能收斂，訓(xùn)練結(jié)束；
步驟3. 4，將N組測(cè)試樣本逐個(gè)輸入選擇執(zhí)行步驟I中的待定預(yù)測(cè)模型，若預(yù)測(cè)誤差低于規(guī)定水平時(shí)表明該待定預(yù)測(cè)模型能夠用于預(yù)測(cè)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置，即該待定預(yù)測(cè)模型即是步驟3中所得到的預(yù)測(cè)模型；否則，該待定預(yù)測(cè)模型不符合，結(jié)束整個(gè)步驟。在上述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，所述的步驟4中，將9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與模型計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，并修正模型輸出層閥值。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.不僅可以用于確定不同尺寸管道在不同熱處理?xiàng)l件下等效的位置，方便現(xiàn)場(chǎng)熱處理過(guò)程中對(duì)于管道內(nèi)壁溫度的監(jiān)控，保障熱處理質(zhì)量；
2.解決了實(shí)驗(yàn)方法確定等效點(diǎn)位置時(shí)浪費(fèi)時(shí)間、増加成本且實(shí)驗(yàn)結(jié)果不具有普遍適用性的問(wèn)題。


圖I本發(fā)明中運(yùn)用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型圖。圖2本發(fā)明中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練流程圖。
圖3本發(fā)明中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練誤差圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)ー步具體的說(shuō)明。本發(fā)明的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，包括以下步驟。步驟1，等效點(diǎn)位置理論計(jì)算模塊。在此模塊中，基于傳熱學(xué)理論，建立上T組不同尺寸管道在不同加熱寬度、不同保溫寬度、不同熱處理環(huán)境溫度、不同控溫溫度下的熱處溫度場(chǎng)計(jì)算模型，計(jì)算各組模型的焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置，具體方法為
根據(jù)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的應(yīng)用情況，選取管道尺寸范圍；根據(jù)國(guó)內(nèi)外熱處理技術(shù)規(guī)程，對(duì)于一定規(guī)格的管道計(jì)算加熱帶寬度、保溫寬度的大小，選取加熱寬度和保溫寬度范圍；根據(jù)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度情況，選擇控溫溫度以及·熱處理環(huán)境溫度的范圍。建立T組9%Cr新型馬氏體耐熱鋼管道焊后熱處理溫度場(chǎng)理論計(jì)算模型，通過(guò)運(yùn)用有限元軟件計(jì)算管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度對(duì)等效點(diǎn)位置的影響，計(jì)算方法如下
步驟I. 1，在有限元軟件中，建立9%Cr新型馬氏體耐熱鋼焊后熱處理溫度場(chǎng)計(jì)算模型； 步驟I. 2，定義初始條件、邊界條件，求解；
步驟I. 3，計(jì)算完成后，在后處理器中查看管道內(nèi)壁溫度以及管道外壁軸向溫度分布，通過(guò)對(duì)比，計(jì)算等效點(diǎn)位置。步驟2，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模塊，綜合考慮管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度對(duì)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的影響，建立基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具體方法為
I)輸入層和輸出層的設(shè)計(jì)
選取管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度的數(shù)值作為輸入變量，因此該網(wǎng)絡(luò)輸入層的神經(jīng)元數(shù)為6;以不同條件下管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的大小作為網(wǎng)絡(luò)模型的輸出，因此輸出層神經(jīng)元數(shù)為I。2)隱層數(shù)和隱層單元數(shù)的選擇
1989年，Robert Hecht-Nielson證明了對(duì)于任何閉區(qū)間內(nèi)的一個(gè)連續(xù)函數(shù)都可以用一個(gè)隱層的BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近。因?yàn)椹`個(gè)3層的BP網(wǎng)絡(luò)可以完成任意的η維到m維的連續(xù)映射，故本模型采用單隱層，而隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式并經(jīng)過(guò)作者多次嘗試，最后確定隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10。3)其他參數(shù)的確定
隱層隱層的傳遞函數(shù)為單極性S型函數(shù)f (x)=l/(l+e_x)，輸出層的傳遞函數(shù)為線性函數(shù)f (x)=x，使網(wǎng)絡(luò)輸出任何值，訓(xùn)練次數(shù)為1800次,誤差目標(biāo)為I，選擇樣本數(shù)為T,其中N個(gè)訓(xùn)練樣本，T-N個(gè)測(cè)試樣本。本步驟中，基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括ー個(gè)輸入層、一個(gè)中間層和ー個(gè)輸出層，輸入層有6個(gè)神經(jīng)元，中間層有10個(gè)神經(jīng)元，輸出層有I個(gè)神經(jīng)元；所述預(yù)測(cè)模型的中間層的傳遞函數(shù)為單極性S型函數(shù)，輸出層的傳遞函數(shù)為線性函數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)輸出任何值，結(jié)構(gòu)圖如附圖I所示。步驟3，預(yù)測(cè)模型建立模塊，利用所得計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，得到ー個(gè)可以預(yù)測(cè)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的模型；對(duì)于步驟I得到T組等效點(diǎn)位置數(shù)據(jù)對(duì)步驟2中基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試的具體步驟如下
步驟3. 1，設(shè)定權(quán)值和閾值和訓(xùn)練次數(shù)，并對(duì)權(quán)值和閾值進(jìn)行初始化，隨機(jī)摘取T組樣本中的T-N組樣本作為訓(xùn)練樣本，N組樣本作為測(cè)試樣本，輸入T-N組訓(xùn)練樣本，所述樣本為步驟I中得到的T組等效點(diǎn)的位置以及T組9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的熱處理?xiàng)l件；步驟3. 2，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出，得到反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值，并計(jì)算反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值的修正因子，根據(jù)步驟I中得到的T-N組等效點(diǎn)位置計(jì)算值和網(wǎng)絡(luò)輸出計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出誤差，所述網(wǎng)絡(luò)輸出誤差即為步驟I中得到的T-N組等效點(diǎn)位置計(jì)算值和本步驟計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)輸出的比較差值；
步驟3. 3，判斷是否達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，并根據(jù)是否達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)選擇執(zhí)行以下步 驟
選擇執(zhí)行步驟1，若尚未達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，判斷在步驟3. 2中網(wǎng)絡(luò)輸出誤差是否小于期望誤差，若小于期望誤差，則訓(xùn)練結(jié)束，同時(shí)保存步驟3. 2中反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值，得到待定預(yù)測(cè)模型；若大于期望誤差，修正反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值后步驟重復(fù)3. 2.其中修正因子采用步驟3。2中計(jì)算的修正因子；
選擇執(zhí)行步驟2，若達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，則該反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在給定的訓(xùn)練次數(shù)內(nèi)不能收斂，訓(xùn)練結(jié)束；
步驟3. 4，將N組測(cè)試樣本逐個(gè)輸入選擇執(zhí)行步驟I中的待定預(yù)測(cè)模型，若預(yù)測(cè)誤差低于規(guī)定水平時(shí)表明該待定預(yù)測(cè)模型能夠用于預(yù)測(cè)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置，即該待定預(yù)測(cè)模型即是步驟3中所得到的預(yù)測(cè)模型；否則，該待定預(yù)測(cè)模型不符合，結(jié)束整個(gè)步驟。在本實(shí)施例中，訓(xùn)練與測(cè)試是指用前面有限元軟件計(jì)算所得7250組不同條件下9%Cr新型馬氏體耐熱鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置數(shù)據(jù)中的7200組作為訓(xùn)練樣本對(duì)所建立的模型進(jìn)行訓(xùn)練，用余下的50組不同條件下9%Cr新型馬氏體耐熱鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置數(shù)據(jù)作為測(cè)試樣本對(duì)訓(xùn)練好的BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)采用誤差反向傳播算法進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練流程如附圖2所示，反復(fù)訓(xùn)練后當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出誤差達(dá)到Imm時(shí)即可停止訓(xùn)練，訓(xùn)練誤差圖如附圖3所示，當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)50組測(cè)試樣本的預(yù)測(cè)誤差低于規(guī)定水平時(shí)表明網(wǎng)絡(luò)模型可用于預(yù)測(cè)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置。步驟4，模型修正模塊，結(jié)合9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，并與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，修正模型輸出層閥值。步驟5，等效點(diǎn)位置確定模塊，分析管道尺寸(管徑以及壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度，輸入到修正后的模型確定管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置。本發(fā)明中選取管道尺寸(管徑和壁厚)、加熱帶寬度、保溫帶寬度、熱處理環(huán)境溫度以及控溫溫度作為輸入?yún)?shù)，適用范圍如下
管道內(nèi)徑(半徑)100mm-500mm ；
管道壁厚30mm-140mm ；加熱帶寬度360mm-1472mm ；
保溫帶寬度560mm-2521_ ；
熱處理環(huán)境溫度-10°C -30°C ；
控溫溫度750°C -780°C。下面是具體采用本發(fā)明的方法實(shí)施的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
本發(fā)明所涉及的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法與實(shí)驗(yàn)方法確定9%Cr馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的比較
分析和記錄表I所示的三種規(guī)格的9%Cr馬氏體耐熱鋼管道的尺寸(管徑和壁厚)、加熱帶寬度、保溫帶寬度、熱處理環(huán)境溫度以及控溫溫度，將各個(gè)影響因素的數(shù)值輸入到模型中進(jìn)行計(jì)算，即可快速計(jì)算該條件下管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置。另外通過(guò)實(shí)驗(yàn) 對(duì)管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置進(jìn)行實(shí)測(cè)，以驗(yàn)證該模型的精度。本例中用本發(fā)明所得的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果如下表2所示。表I 9%Cr馬氏體耐熱鋼管道的焊后熱處理參數(shù)
權(quán)利要求
1.ー種9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，由等效點(diǎn)位置理論計(jì)算模塊建立上T組不同尺寸管道在不同加熱寬度、不同保溫寬度、不同熱處理環(huán)境溫度、不同控溫溫度下的熱處溫度場(chǎng)計(jì)算模型，計(jì)算各組模型的焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置； 步驟2，由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模塊結(jié)合管道尺寸、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度對(duì)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的影響，建立基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 步驟3，由預(yù)測(cè)模型建立模塊利用所得計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，得到ー個(gè)可以預(yù)測(cè)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的模型； 步驟4，由模型修正模塊結(jié)合9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)所得的確定9%Cr馬氏體耐熱鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的模型進(jìn)行修正； 步驟5，由等效點(diǎn)位置確定模塊分析管道尺寸(管徑以及壁厚)、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度，輸入到修正后的模型確定管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，其特征在于，所述的步驟I中，建立上T組不同尺寸管道在不同加熱寬度、不同保溫寬度、不同熱處理環(huán)境溫度、不同控溫溫度下的熱處溫度場(chǎng)計(jì)算模型，基于有限元計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，具體方法為 根據(jù)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的應(yīng)用情況，選取管道尺寸范圍；根據(jù)國(guó)內(nèi)外熱處理技術(shù)規(guī)程，對(duì)于一定規(guī)格的管道計(jì)算加熱帶寬度、保溫寬度的大小，選取加熱寬度和保溫寬度范圍；根據(jù)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度情況，選擇控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度的范圍；建立T組9%Cr新型馬氏體耐熱鋼管道焊后熱處理溫度場(chǎng)理論計(jì)算模型，通過(guò)運(yùn)用有限元軟件計(jì)算管道尺寸、加熱寬度、保溫寬度、控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度對(duì)等效點(diǎn)位置的影響，計(jì)算方法如下 步驟I. 1，在有限元軟件中，建立9%Cr新型馬氏體耐熱鋼焊后熱處理溫度場(chǎng)計(jì)算模型； 步驟I. 2，定義初始條件、邊界條件，求解； 步驟I. 3，計(jì)算完成后，在后處理器中查看管道內(nèi)壁溫度以及管道外壁軸向溫度分布，通過(guò)對(duì)比，計(jì)算等效點(diǎn)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，其特征在于，所述步驟2中，建立基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的具體方法為 步驟2. I，定義輸入層和輸出層 選取管道尺寸、加熱寬度、保溫寬度、控溫溫度以及熱處理環(huán)境溫度的數(shù)值作為輸入變量，因此該網(wǎng)絡(luò)輸入層的神經(jīng)元數(shù)為6 ;以不同條件下管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的大小作為網(wǎng)絡(luò)模型的輸出，因此輸出層神經(jīng)元數(shù)為I ; 步驟2. 2，選擇隱層數(shù)和隱層單元數(shù)采用單隱層，并確定隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)為10 ； 步驟2. 3，其他參數(shù)的確定隱層隱層的傳遞函數(shù)為單極性S型函數(shù)f(x)=lパl+e_x)，輸出層的傳遞函數(shù)為線性函數(shù)f(x)=x，使網(wǎng)絡(luò)輸出任何值，訓(xùn)練次數(shù)為1800次，誤差目標(biāo)為1，選擇樣本數(shù)為T，其中N個(gè)訓(xùn)練樣本，T-N個(gè)測(cè)試樣本。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，其特征在于，所述步驟2中，基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括ー個(gè)輸入層、ー個(gè)中間層和ー個(gè)輸出層，輸入層有6個(gè)神經(jīng)元，中間層有10個(gè)神經(jīng)元，輸出層有I個(gè)神經(jīng)元；所述預(yù)測(cè)模型的中間層的傳遞函數(shù)為單極性S型函數(shù)，輸出層的傳遞函數(shù)為線性函數(shù)，使網(wǎng)絡(luò)輸出任何值；對(duì)步驟I得到T組等效點(diǎn)位置數(shù)據(jù)對(duì)步驟2中基于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試的具體步驟如下 步驟3. 1，設(shè)定權(quán)值和閾值和訓(xùn)練次數(shù)，并對(duì)權(quán)值和閾值進(jìn)行初始化，隨機(jī)摘取T組樣本中的T-N組樣本作為訓(xùn)練樣本，N組樣本作為測(cè)試樣本，輸入T-N組訓(xùn)練樣本，所述樣本為步驟I中得到的T組等效點(diǎn)的位置以及T組9%Cr新型馬氏體耐熱鋼的熱處理?xiàng)l件； 步驟3. 2，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出，得到反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值，并計(jì)算反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值的修正因子，根據(jù)步驟I中得到的T-N組等效點(diǎn)位置計(jì)算值和網(wǎng)絡(luò)輸出計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出誤差，所述網(wǎng)絡(luò)輸出誤差即為步驟I中得到的T-N組等效點(diǎn)位置計(jì)算值和本步驟計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)輸出的比較差值； 步驟3. 3，判斷是否達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，并根據(jù)是否達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)選擇執(zhí)行以下步驟 選擇執(zhí)行步驟1，若尚未達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，判斷在步驟3. 2中網(wǎng)絡(luò)輸出誤差是否小于期望誤差，若小于期望誤差，則訓(xùn)練結(jié)束，同時(shí)保存步驟3. 2中反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值，得到待定預(yù)測(cè)模型；若大于期望誤差，修正反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層的權(quán)值以及閾值后步驟重復(fù)3. 2.其中修正因子采用步驟3. 2中計(jì)算的修正因子； 選擇執(zhí)行步驟2，若達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，則該反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在給定的訓(xùn)練次數(shù)內(nèi)不能收斂，訓(xùn)練結(jié)束； 步驟3. 4，將N組測(cè)試樣本逐個(gè)輸入選擇執(zhí)行步驟I中的待定預(yù)測(cè)模型，若預(yù)測(cè)誤差低于規(guī)定水平時(shí)表明該待定預(yù)測(cè)模型能夠用于預(yù)測(cè)9%Cr新型馬氏體耐熱鋼焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置，即該待定預(yù)測(cè)模型即是步驟3中所得到的預(yù)測(cè)模型；否則，該待定預(yù)測(cè)模型不符合，結(jié)束整個(gè)步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法，其特征在于，所述的步驟4中，將9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與模型計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，并修正模型輸出層閥值。
全文摘要
本發(fā)明涉及9%Cr鋼管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置確定方法。本方法計(jì)算得到T組不同尺寸管道在不同加熱寬度、不同保溫寬度、不同熱處理環(huán)境溫度條件下的管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)，綜合考慮管道尺寸、加熱寬度、保溫寬度、熱處理環(huán)境溫度、控溫溫度對(duì)內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的影響，建立基于誤差反向傳播的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，最后結(jié)合等效點(diǎn)位置的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，將訓(xùn)練和測(cè)試好的網(wǎng)絡(luò)輸出閥值進(jìn)行修正得到一個(gè)可用于確定9%Cr新型馬氏體耐熱鋼厚壁管道焊后熱處理內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)位置的方法。該方法能夠快速地確定內(nèi)壁溫度等效點(diǎn)的位置，能夠幫助指導(dǎo)和優(yōu)化熱處理工藝，提高熱處理質(zhì)量。
文檔編號(hào)C21D9/50GK102816917SQ20121033223
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者王學(xué), 孟慶云, 嚴(yán)正, 趙德清, 肖德銘, 袁霖, 王鵬飛, 張永生, 胡磊, 東巖, 謝琳, 王密堂 申請(qǐng)人:河北滄海重工股份有限公司, 武漢大學(xué), 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)天津電力建設(shè)公司