计算机辅助焊接

当前，计算机技术的飞速发展对人类生产和生活的各个领域带来深刻的影响。近年来微型计算机存储容量﹑运算速度的逐步增大和图形功能的逐步完善对计算机的普及应用起到了巨大的推动作用。在焊接行业中，计算机的应用起步较早，正在逐步向焊接科研﹑生产﹑管理等各个领域深入发展，其应用软件主要集中在焊接生产工艺管理﹑专家系统﹑数据库与应用软件﹑数值分析﹑数值模拟和焊接生产过程控制等方面。一些先进的软件设计思想如人工智能﹑神经元网络﹑模糊控制﹑软件设计方法等也已引入到焊接领域中，它们提高了软件的整体设计水平和实用性。国外的焊接应用软件主要是100多家公司为焊接工程师提供软件包，这些软件可分为过程控制软件和独立运行软件两类。国外的工业企业都把焊工培训放到了重要位置，因此开发教育培训软件具有广泛的实用价值。多媒体焊接教育软件的开发在国外受到了普遍重视，它可以将知识以图象﹑声音﹑动画和图表的方式表示出来使大家容易接受。现在的一个CD-ROM光盘容量可以达到600多兆字节，相当于25万页的书。利用它可以将焊接变形形成过程以动画的形式表现出来，同时电弧焊的种类及熔滴过渡的形式可以通过声音和图象的方式使其更易于理解。这种包含有各种电子信息的媒体使被培训者有兴趣观看，也更加容易接受。这非常有利于焊接基本理论与基本技能的普及教育，意义重大。计算机网络的发展速度非常快，局域网（LAN）和广域网（WAN）使生产自动化成为可能。INTERNET将世界互相连接在一起。欧洲焊接协会提出了远程学习计划用以培训焊接工人，整个训练课程以光盘的形式提供。焊接过程的自动化是提高焊接生产效率﹑保证产品质量的一个极其重要的手段。焊接质量控制的对象是焊接工艺参数及其合理调节，其控制效果第一可表现在焊缝金属的内在质量。哈工大采用熔池振荡法对TIG焊从正面控制熔透做了深入的研究，采用弧光传感检测熔池振荡的振幅，根据熔透时的固有振荡特征进行相应的熔透控制，这在低碳钢和高强合金钢的焊接应用中已经获得了较好的控制效果。在等离子弧焊中，通过光纤采集焊接时的图象，并运用计算机进行分析处理来控制熔透。在这些控制中，都

利用了计算机高精度的运算和大容量存储的功能并利用具有柔性的软件来控制，同时将神经元网络和模糊控制引入到熔透控制中，实现了硬件所代替不了的功能，并进一步实现了焊接过程的质量自动控制。在压力焊方面通过神经元网络的计算来确定并适时控制焊接时的最佳工艺参数，这在压力焊领域中是一个新的研究方向。焊接技术作为制造业的传统基础工艺与技术，在工业中应用的历史并不长，但它的发展却是非常迅速的。在短短的几十年中焊接已在许多工业部门中为工业经济的发展作出了重要贡献，在各个重要的领域如航空航天、造船、汽车、桥梁、电子信息、海洋钻探、高层建筑金属结构中都广泛应用，使焊接成为一种重要制造技术和材料科学的一个重要专业学科，开创了连接技术的新篇章。自80年代中期以来，计算机技术在焊接工程中逐步得到应用，国际焊接学会（IIW）、英国焊接研究所（TWI）、美国焊接学会（AWS）从1986年开始，先后分别多次召开了关于计算机在焊接方面应用的专门会议，推动了计算机在焊接工程中的广泛应用。1997年7月英国TWI和AWS、美国国家标准与技术研究所NIST等单位联合起来在国际焊接学会IIW50局年大会前召开了第七次Computer Technology in Welding的国际会议，就应用实例、软件开发、焊接过程模拟与控制等方面进行了交流，同时举办了硬件及软件展览会，可见国际上对这一领域的发展十分关注。尽管焊接在现代制造业中已经成为必不可少的工艺方法，但在人们印象中，焊接技术仍决定与人们的技艺和经验。实际上，焊接科技工作者已经将各类基础理论的新成果引人到焊接过程的研究中，使得焊接工艺过程中的许多现象不仅可以从本质上进行理论解释，而且还可以进行定量分析、模拟和理论预测。计算机软硬件的发展为焊接工艺过程模拟和理论预测创造了条件。尽管模拟或理论预测焊接工艺现象时计算工作量很大，目前已经可以在工作站平台上，甚至可以在PC机平台上建立相当完善的模拟或理论预测系统，而不一定非在大型计算机上进行不可。

第1章焊接专家系统

专家系统获得巨大成功的原因在于，它将模仿人类思维规律的解题策略与大量的专门知识结合在一起。在《The Handbook of Artificial Intelligence》一书中A.Barr和E.A.Feigenbaum指出：“专家系统的性能水平主要是它所拥有的只是数量和质量的函数”。因此知识获取与知识处理便成为专家系统研究的核心。

专家系统根据已知问题信息及知识库中的知识推出结论的过程中所采用的推理方法及控制策略称为系统的推理机制。专家系统推理机制与其目标知识的内容、结构及表示方法紧密相关。专家系统是一种智能化的复杂软件系统，尤其是大型专家系统，知识获取困难，系统设计复杂，一个实用系统的产生往往要经过多次反复、逐步提高。因此专家系统的开发一般不宜采用瀑布模型。QHWES主要用于焊接工艺制定与弧焊工艺管理。该软件以压力容器制造为典型应用背景，同时也适合于船舶、锅炉、重型机械、工程机械及一般钢结构焊接领域。除常规应用外，该软件还可作为焊接工艺专家系统的开发工具来使用。

第2章焊接数据库系统

数据库技术的出现，为焊接领域内各种数据和信息的管理提供了有利条件，各国焊接机构，相继建立了各种不同类型和不同用途的焊接数据库系统。

焊接数据库系统虽然类型较多，但基本功能接近，利用不同的开发工具开发时，在具体开发方法和过程上可能有一定的差异，但所遵循的原则也基本相同。因此，为避免重复，本书仅以较为常用的焊接工艺评定数据库系统（PQRDBS）利用比较普遍的Visual FoxPro for Windows(VFP)语言开发为例，简单介绍焊接数据库的设计过程。

各项操作有一个总体印象，但需要细节帮助；他们可能对计算机或数据库系统完全陌生，需要多方面的帮助。设计者必须提供多种帮助手段，帮助用户正确的使用系统。应用系统是否具有良好的帮助功能，已经成为衡量其完善与否的重要因素。焊接数据库系统的用户一般是一些不是很熟悉计算机的焊接工程技术人员，在使用中可能会产生很多问题，联机帮助系统显得更为必要，以便给用户提供很多有用的提示信息，帮助用户解决问题，引导用户进行正确的操作。

第3章焊接数值模拟技术

焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变，焊接应力与变形等等。要得到一个高质量的焊接结构必须要控制这些因素。一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。焊接时不合理的热过程是引起焊接裂纹、接头脆性以及使焊接应力与变形不合格的主要原因，因此必须通过设计和制造工艺参数的正确选择来控制这些冶金变化以及焊接应力和变形，设计合适的焊接接头形式，选择合理的焊接规范和子热温度等。自动化焊接的范围在很大程度上亦将决定于能够模拟焊接现象的程度。此外，数值模拟还广泛地用于分析焊接结构