OCENA LUTOWANYCH POŁĄCZEŃ W SAMOCHODOWYCH WYMIENNIKACH CIEPŁA ZA POMOCĄ SZTUCZNYCH SIECI NEURONOWYCH

Ocena lutowanych połączeń w samochodowych wymiennikach ciepła za pomocą sztucznych sieci neuronowych

W pracy omówiono wyniki badań lutowanych połączeń w samochodowych wymiennikach ciepła, a także procedurę predykcji ich jakości za pomocą sztucznych sieci neuronowych. Analizę poprzedzono przeglądem stanu wiedzy (rozdz. 1). Stwierdzono, że wymienniki ciepła są ważnymi wyrobami przemysłu motoryzacyj nego, a proces technologiczny montażu decyduje o ich jakości. Połączenia lutowane muszą spełniać liczne wymagania, w tym szczelności, wytrzymałości mechanicznej i odporności na korozję, na które wpływają właściwości łączonych materiałów i spoiwa lutowniczego, a także technologia i parametry lutowania. Ocena złożonych procesów i wyrobów, gdy posiadane informacje są niepełne, wymaga użycia narzędzi wspomagania decyzji, uzupełniających wiedzę i doświadczenie pracowników. Główny cel pracy to opracowanie procedury predykcji jakości lutowanych połączeń za pomocą sztucznych sieci neuronowych (rozdz. 2).

Do dalszych badań wybrano lutowane połączenia stopów aluminium AA3003 i AA4343, wykonane w piecu radiacyjno-konwekcyjnym w atmosferze azotu, zgodnie z technologią CAB (ang. controlled atmosphere brazing) (rozdz. 3). W części doświadczalnej analizowano (rozdz. 4): 1) makro- i mikrostruktury metalograficzne (mikroskopia świetlna i skaningowa mikroskopia elektronowa), 2) skład chemiczny oraz profil zmian stężenia pierwiastków (spektroskopia rentgenowskia z dyspersją energii EDS), 3) podstawowe właściwości mechaniczne, w tym mikrotwardość Vickersa, moduł Younga, odkształcenie plastyczne (nanointendancja), 4) odporność na korozję (potencjodynamiczna polaryzacja elektrochemiczna i napylanie mgłą solną),

5) wymiary geometryczne oraz ewentualne wady (współrzędnościowa technika pomiarowa, trójwymiarowe skanowanie optyczne, rentgenowska tomografia komputerowa, 6) szczelność, 7) wytrzymałość na rozrywanie, szoki cieplne i pulsacje ciśnienia oraz 8) odporność na szoki cieplne. W celu oceny stabilności procesu wytwarzania wymienników ciepła wykonano test normalności rozkładu – chi-kwadrat, histogramy aproksymowane rozkładem normalnym, a wyniki pomiarów zestawiono na dystrybuancie teoretycznej rozkładu normalnego. Obliczono także wskaźniki zdolności jakościowej procesu C_pi C_pk.

Dzięki zebranemu materiałowi doświadczalnemu można było przedstawić

kompleksową charakterystykę lutowanych połączeń, a także przygotować najważniejsze założenia autorskiej procedury ich oceny za pomocą sztucznych sieci neuronowych (rozdz. 5). W celu wyboru najskuteczniejszych sieci eksperymentalnie zmieniano ich strukturę i parametry, w tym: 1) algorytmy uczenia (Levenberga–Marquardta, regularyzacji bayesowskiej, gradientu skalowania sprzężonego oraz Broydena–Fletchera–Goldfarba–Shanno), 2) liczbę neuronów ukrytych (6-30), funkcje aktywacji (liniową, logistyczną, tangens hiperboliczny i wykładniczą). Omówiono także możliwość stosowania opracowanych sieci w warunkach przemysłowych

SPIS TREŚCI

Streszczenie        4

Wprowadzenie         5

ROZDZIAŁ 1. PRZEGLĄD STANU WIEDZY    6

1.1. Znaczenie montażu w systemie produkcyjnym    . 6

1.2. Wymienniki ciepła i warunki ich pracy    . 8

1.3. Połączenia lutowane i technologie lutowania samochodowych wymienników ciepła        11

1.4. Istota kontroli procesów wytwarzania     . 24

1.5. Sztuczne sieci neuronowe do oceny procesów wytwarzania   . 32

1.6. Wnioski z przeglądu stanu wiedzy       38

ROZDZIAŁ 2.UZASADNIENIE TEMATU, TEZA, CEL, ZAKRES PRACY   40

ROZDZIAŁ 3. METODYKA BADAŃ       43

3.1. Przedmiot badań       43

3.2. Sposób wykonania połączeń lutowanych     44

3.3. Metody badań        45

3.3.1. Mikroskopia świetlna, skaningowa mikroskopia elektronowa i spektroskopia rentgenowska z dyspersją energii EDS    46

3.3.2. Nanoindentacja   46

3.3.3. Potencjodynamiczna polaryzacja elektrochemiczna i badania korozyjne w mgle solnej    . 47

3.3.4. Współrzędnościowa technika pomiarowa, trójwymiarowe skanowanie optyczne, tomografia komputerowa   49

3.3.5. Badania szczelności   50

3.3.6. Badania wytrzymałości na szoki cieplne, drgania i rozrywanie    51

ROZDZIAŁ 4. WYNIKI BADAŃ LUTOWANYCH POŁĄCZEŃ W SAMOCHODOWYCH WYMIENNIKACH CIEPŁA I ICH ANALIZA   53

4.1. Wyniki oceny materiałowejlutowanych połączeń w samochodowych wymiennikach ciepła i jej analiza   53

4.2. Wyniki oceny stabilności procesu lutowania samochodowych chłodnic cieczy  82

ROZDZIAŁ 5. AUTORSKA PROCEDURA OCENY LUTOWANYCH POŁĄCZEŃ W SAMOCHODOWYCH WYMIENNIKACH CIEPŁA ZA POMOCĄ SZTUCZNYCH SIECI NEURONOWYCH    89

5.1. Założenia oceny lutowanych połączeń w samochodowych wymiennikach ciepła za pomocą sztucznych sieci neuronowych   89

5.2. Opracowanie procedury oceny lutowanych połączeń w samochodowych wymiennikach ciepła za pomocą sztucznych sieci neuronowych  90

5.3. Sprawdzenie procedury oceny lutowanych połączeń w warunkach przemysłowych  122

ROZDZIAŁ 6. PODSUMOWANIE I WNIOSKI    126

ROZDZIAŁ 7. BIBLIOGRAFIA  129

ABSTRACT    139