計算機在焊接中的應(yīng)用

1、計算機在冶金中的應(yīng)用 計算機在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用 計算機輔助焊接工藝 焊接領(lǐng)域 CAPP 研究狀況： 作為工業(yè)生產(chǎn)中最重要的材料成型方法之一 ,焊接的 應(yīng)用遍及了航天、造船、化工、電力、建筑、汽車、微電 子等領(lǐng)域 ,其質(zhì)量和可靠性直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的性能與 安全 ,其成本也在較大程度上影響到產(chǎn)品的最終成本。但 是很長一段時間以來 , 焊接工藝的編制與管理主要靠傳統(tǒng) 的手工方式完成。因而 ,在管理、檢索、編制和保存焊接 工藝等工作上 ,不但造成了大量的重復(fù)性勞動 ,浪費了焊接 工藝人員的精力 ,而且時常造成不必要的人為失誤 ,影響了 生產(chǎn)質(zhì)量和制造成本。因此 ,焊接工作者早在 20 世紀(jì) 80 年代

2、后期就在焊接工藝設(shè)計與管理中引進(jìn)了 CAPP技術(shù)。 現(xiàn)有 CAPP系統(tǒng)的不足： 在過去的十多年中 , 國內(nèi)焊接領(lǐng)域?qū)?CAPP 系統(tǒng)的研究 取得了很大的成績 ,許多企業(yè)實現(xiàn)了應(yīng)用計算機編制和管理 焊接工藝 。但還存在以下不足： (1)通用化程度低 ,各系統(tǒng)只能在特定的單位運行； (2)集成化程度低 ,不能或難于與 CAD、CAM 以及 MRP 集成； (3)功能不健全, 多數(shù) CAPP系統(tǒng)只能完成單純的工藝文 件管理。 CAPP 裝配工藝 焊接結(jié)構(gòu)裝配焊接工藝 (以下簡稱裝焊工藝) ,就是一個 焊接結(jié)構(gòu)的實際生產(chǎn)過程 ,主要是指組成結(jié)構(gòu)件的零部件裝 配焊接的先后次序及相應(yīng)的裝配焊接內(nèi)容 ,即具

3、體的加工工 藝路線。而焊接結(jié)構(gòu)裝焊工藝的設(shè)計 ,就是通過對焊接結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)和功能的分析 ,對其整體裝焊工藝進(jìn)行規(guī)劃 ,從而保 證整體裝焊工藝的完整性和有效性的過程。 智能化工藝生成平臺 隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,特別是專家系統(tǒng)技術(shù)、人工神 經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊控制技術(shù)的發(fā)展, 工藝決策過程的自動 化取得了很大的進(jìn)步。然而由于 CAPP對生產(chǎn)環(huán)境的依賴性 及其本身的復(fù)雜性,現(xiàn)有 CAPP 系統(tǒng)存在著“先進(jìn)的不實用 , 實用的不先進(jìn)”問題。根據(jù)結(jié)構(gòu)相似性的程度,建立基于實例 的工藝生成方式來智能化生成工藝,在生成的過程中,進(jìn)行相 應(yīng)的借用零部件匹配代換、相關(guān)尺寸匹配代換及零部件信息。 的匹配檢測。對于

4、批量生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)而言, 當(dāng)結(jié)構(gòu)變化很 小,可以采用相應(yīng)的相似工藝的方式來生成新工藝；對于為 了適應(yīng)市場快速發(fā)展而開發(fā)的產(chǎn)品, 可以采用典型工藝或標(biāo) 準(zhǔn)裝焊工藝塊的方式,通過人工組合來生成新的裝焊工藝,見 圖一(圖中重合的多少表示相似的程度) CAPP 與人工智能 人工智能是近年來發(fā)展起來的一門新型學(xué)科人工智能 的研究有許多分支機器人模式識別和專家系統(tǒng)則是它的三 大前沿課題近年來在焊接中也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 智能焊接機器人 智能焊接機器人應(yīng)具有視覺，觸覺等功能。能夠根據(jù)人 給出的指令認(rèn)識自身和周圍的環(huán)境識別焊接對象及其狀態(tài)。 從而自動選擇程序或制訂程序進(jìn)行操作完成規(guī)定的焊接任 務(wù)。同時還

5、能跟蹤工作對象的變化具有適應(yīng)工作環(huán)境的能 力。智能焊接機器人大體可分為判斷控制檢測傳感和焊接機 構(gòu)三部分：控制部分的核心是計算機主要進(jìn)行思維,從接受外 界信息開始進(jìn)行特征抽取模式識別。然后經(jīng)過聯(lián)想歸納推理 過程達(dá)到理解并作出決定進(jìn)而完成焊接任務(wù)。 計算機技術(shù)在焊接質(zhì)量預(yù)測中的應(yīng)用 焊接質(zhì)量要可以通過焊后的各種檢測手段來保證焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，但 這不僅要做大量的重復(fù)性試驗，而且會造成人力、物力的浪費。為此，人 們希望在焊前對焊接變形、殘余應(yīng)力、焊接接頭的組織性能及焊接裂紋等 方面進(jìn)行預(yù)測，以便正確選擇焊接方法和焊接材料，采用合理的焊接工藝， 使焊接質(zhì)量達(dá)到使用要求。然而，焊接過程是一個熱、電、冶金

6、學(xué)、固體 力學(xué)和流體力學(xué)等多學(xué)科交叉的復(fù)雜過程，僅依靠經(jīng)驗公式等傳統(tǒng)手段很 難在焊前進(jìn)行預(yù)測。近年來，計算機硬件和軟件的飛速發(fā)展及邊緣學(xué)科的 滲入，借助計算機技術(shù)對焊接質(zhì)量進(jìn)行焊前預(yù)測成為重要研究課題，并己 取得豐碩成果。 焊接變形和殘余應(yīng)力的預(yù)測 焊接接頭組織性能預(yù)測 焊接裂紋的預(yù)測及診斷 三大預(yù)測三大預(yù)測 焊接接頭組織性能預(yù)測 焊接接頭組織和性能的預(yù)測是焊接質(zhì)量控制的基礎(chǔ)，也是焊接質(zhì)量的控制 建模所必需的。然而焊接過程是一個高度非線性、多變量耦合作用，同時又 具有大量隨機不確定因素的復(fù)雜過程，要想完成上述工作依靠傳統(tǒng)的數(shù)字建 模和分析方法很難達(dá)到預(yù)期的效果。關(guān)于焊接熱影響區(qū)的相變和組織性能

7、的 預(yù)測，較早是根據(jù)圖結(jié)合熱計算來預(yù)測熱影響區(qū)的組織與硬度，此后引入了 相變動力學(xué)的理論模型。隨著研究的進(jìn)一步深入，在焊接、熱處理和連續(xù)鑄 造等過程中，溫度、相變和熱應(yīng)力之間的耦合效應(yīng)越來越受到人們的重視。 因此，必須跟蹤整個焊接熱循環(huán)過程來預(yù)測焊接接頭組織性能的變化，所以 人們開發(fā)了焊接接頭組織性能預(yù)測系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的基本功能：根據(jù)用戶輸入的基本信息（母材鋼種、 母材厚度、焊接位置及接頭類型）和焊接參數(shù)（焊接方法、 焊道層數(shù)、焊接起始溫度、距焊縫中心的距離、焊接電流、 電弧電壓、焊接速度），系統(tǒng)自動計算焊接熱循環(huán)特征參 數(shù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫或CCT圖焊接接頭的組織和性能。 焊接裂紋的預(yù)測及診斷

8、 焊接裂紋是影響焊接質(zhì)量的最為嚴(yán)重的焊接缺陷之一。 所謂焊接裂紋的預(yù)測是指能夠在焊前預(yù)測產(chǎn)生某種裂紋的 可能性，以便正確選擇焊接方法和焊接材料，采用合理的 焊接參數(shù)，避免產(chǎn)生裂紋，而焊接裂紋一旦產(chǎn)生，則應(yīng)分 析裂紋的成因、性質(zhì)，找出防止裂紋的措施，即對焊接裂 紋的診斷。據(jù)報道，目前焊接裂紋的預(yù)測及診斷主要依靠 專家系統(tǒng)。 計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在焊接電源中的 應(yīng)用 應(yīng)用一：弧焊電源CAD 系統(tǒng) 應(yīng)用二：電源智能CAD系統(tǒng) 應(yīng)用三：網(wǎng)絡(luò)化的弧焊電源CAD 系統(tǒng) 弧焊電源CAD系統(tǒng)： 傳統(tǒng)設(shè)計的缺陷: 任務(wù)繁重、精度低、周期長、質(zhì)量不穩(wěn)定 弧焊電源CAD系統(tǒng)優(yōu)點： 速度快、精度高、減輕設(shè)計強度、降低生

9、產(chǎn)成本、提高效率 網(wǎng)絡(luò)化弧焊電源 CAD 系統(tǒng)的研究內(nèi)容是將Internet 技術(shù)與計算 機技術(shù)相結(jié)合，主要研究如何將傳統(tǒng)的 CAD 系統(tǒng)以一種服務(wù)的形式 發(fā)布到 Internet上，客戶只需通過正常的瀏覽器輸入規(guī)范化的參數(shù)， 就能得到優(yōu)化的設(shè)計方案和性能分析結(jié)果，進(jìn)而使這一成熟技術(shù)得到 完善和共享，極大方便了企業(yè)與個人的應(yīng)用整個設(shè)計框架如圖 3 所示， 運用的核心技術(shù)是在弧焊電源設(shè)計經(jīng)驗和公式的基礎(chǔ)上，利用Access 數(shù)據(jù)庫技術(shù)、ASP 動態(tài)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)和 ActiveX插件，實現(xiàn)應(yīng)用軟件 的編程以及仿真、繪圖軟件的二次開發(fā)過程。 網(wǎng)絡(luò)化的弧焊電源CAD 系統(tǒng)： 計算機焊接圖形庫的建立及應(yīng)

10、用 無論是在焊接產(chǎn)品設(shè)計、接頭設(shè)計以及焊 接工藝卡的編制等過程中,都會遇到焊接圖形 問題。目前,在機械設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用CAD寸支術(shù)較 為普遍和完善,特別是在機械圖形的計算機處 理方面,已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)普及和完善的程度,但在 有關(guān)焊接圖形的計算機處理方面研究卻較少, 這在一定程度上影響了計算機技術(shù)在焊接工程 有關(guān)方面的應(yīng)用,因此,建立一套計算機焊接圖 形處理軟件非常必要。 焊接圖形的特點： 焊接圖形與機械圖形的共同之處在于它們都是由不同的圖素(直 線、曲線、尺寸等)組成;區(qū)別在于圖形所反映的信息各不相同。對 于機械圖形來說,必須包括機械加工及裝配所需的所有信息,如形狀、 尺寸、加工精度等.生產(chǎn)者只需按圖

11、形配合工藝進(jìn)行加工就可以得 到所需要的零件。對于焊接圖形而言,包括焊接加工所需要必要信 息,這些信息包括板厚、坡口形式和尺寸、焊縫形狀和尺寸、焊縫 層數(shù)、焊縫位置等。當(dāng)然,焊接圖形并沒有反映焊接加工需要的所 有信息,還必須配合工藝說明才能用于指導(dǎo)焊接生產(chǎn),但圖形的直觀 效果是任字說明難以達(dá)到的。 焊接圖形庫的主要內(nèi)容 圖庫是根據(jù)國標(biāo)(GB985一88和GB986一88)所列焊 縫及坡口基本形式建立的.內(nèi)容包括 （1）氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊坡口形式34種, 對應(yīng)的焊縫形式42種,焊縫符號39 (2)埋弧焊坡口形式25種,對應(yīng)的焊縫形式32種,焊縫符 號30種r,; (3)接口程序,包括畫線

12、、畫弧、畫圓、畫剖面線、尺寸 標(biāo)注等; (4)圖形中所需的矢量漢字。用戶也可根據(jù)自己所生產(chǎn) 的焊接產(chǎn)品,利用接口程序,很方便地繪制相應(yīng)產(chǎn)品的 焊接零(部)件圖或裝配圖。 焊接圖形庫的調(diào)用 軟件是由FORTRAN語言編寫的,由若干子程序 組成,每個子程序都包含一些參數(shù),這些參數(shù)都是在 接頭設(shè)計及工藝制定過程中確定的。調(diào)用時只需 用FORTRAN語言編寫一個簡單的調(diào)用程序,即將 已知的參數(shù)值賦給子程序中的相應(yīng)變量,就可實現(xiàn) 對繪圖程序的調(diào)用。賦值方式可根據(jù)需要采用人 機對話的交互式,也可采用數(shù)據(jù)文件輸入的形式， 輸入?yún)?shù)即可獲圖形。 計算機在焊接過程管理中的應(yīng)用 焊接管理主要包括焊接設(shè)計管理，焊接工藝管理，從事 焊接工作的人員管理，焊接生產(chǎn)加工過程管理環(huán)節(jié)。 為了減少人為差錯，減輕勞動強度，提高工作效率，降 低生產(chǎn)成本，人們開發(fā)建立了焊接生產(chǎn)加工過程管理系統(tǒng)， 建立了數(shù)據(jù)庫平臺，由計算機判斷所輸入的每一條焊接信 息是否符合國家對壓力容器生產(chǎn)的要求。在保證焊接生產(chǎn) 過程處于監(jiān)控并按國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，由計算機自動 生成壓力容器生產(chǎn)中所需要的焊接工藝評定審查表、焊工 焊績記錄表、產(chǎn)品焊接材料消耗匯總表。 計算機在焊接中的前景 隨著