第六章 焊接成形 CAD
6-1 概述
计算机辅助焊接技术 (Computer Aided Welding,CAW)在焊
接工程中的应用
6-2 焊接专家系统
6-2-1 专家系统的特点与组成 (略 )
6-2-2 典型焊接专家系统简介
(1) Weld Selector --- 焊接材料选择专家系统 (美 )
特点,根据用户输入的数据，经专家系统推理，给出满足用
户要求的一组焊接材料清单。
(2) Gas Selector --- 焊接保护气体选择专家系统 (英 )
特点,在综合考虑技术及经济等因素的基础上，选择出一
组适用的焊接保护气体，并给出推荐流量。
(3) MAGWIN --- 焊接工艺优化及焊接缺陷分析专家系统 (德 )
特点,具有工艺制定、工艺优化和缺陷分析的功能，根据用
户提供的数据，给出工艺改进 (优化 )方案。
(4) ESW --- 弧焊工艺制定与咨询专家系统 (清华大学 )
特点,以焊接工艺设计为核心，辅以与焊接工程相关的丰富
咨询及计算功能，具有较强的实用性。
(5) 焊接工艺数据库及专家系统 (哈工大 )
特点,在焊接工艺评定数据库和焊接工艺规程数据库的支持
下，专家系统可以为用户设计出完整的焊接工艺，供用户进
行工艺评定试验。
6-3 焊接成形过程数值模拟
6-3-1 焊接温度场的数值模拟
(1) 热传导本构方程
焊接热过程特点：瞬态传热。
假设对于固体材料，在其求解域内任一点处的瞬态温度
T (x,y,z,t)
满足微分方程
的温度场。便可求得
温度或环境为流体相其中，
处的对流换热第三类边界条件，边界
边界上的热流密度第二类边界条件，已知
边界温度已知第一类边界条件，给定
和边界条件
如果知道初始条件
强度如，熔化、结晶等材料的内热源
式中
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(2) 温度场的有限元解法 (以二维传热问题为例 )
因 瞬态传热过程中的结点温度既是空间（用坐标表示）的
函数，又是时间的函数。
即：
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1
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则 ）可表示为之差（余量与 RTT ~
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应用加权余量原理，令余量的加权积分为零，得
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用伽辽金 (Galerkin)法选择权函数
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性质：
个节点的插值函数第
式中
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代入到平面问题的热传导方程中，得
热容矩阵
结点温度对时间的导数式中
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t
T
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PKTTC
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在边界上
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矩阵 K,C和 P中的元素分别为：
单元对热容矩阵的贡献其中 ?
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经过上述离散处理，将原来求解平面瞬态温度场的偏微分方
程转变成了求解常微分方程 (6-7)的初值问题，
即
边界上的结点数式中 1
),,2,1(:0
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Sn
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6-3-2 三维非稳态 GMAW移动电弧熔池数值模拟 (略 )
GMAW 气体保护电弧焊
主要模拟熔池形成、熔滴过渡，以及熔池振荡和电磁在
熔池上的脉动效应。
应用实例
摩托车轮缘 (材料,AlMgSi合金 )在焊接结束时的
温度场模拟。
无约束条件下，焊接结束后的摩托车轮缘扭
曲变形模拟。
6-1 概述
计算机辅助焊接技术 (Computer Aided Welding,CAW)在焊
接工程中的应用
6-2 焊接专家系统
6-2-1 专家系统的特点与组成 (略 )
6-2-2 典型焊接专家系统简介
(1) Weld Selector --- 焊接材料选择专家系统 (美 )
特点,根据用户输入的数据，经专家系统推理，给出满足用
户要求的一组焊接材料清单。
(2) Gas Selector --- 焊接保护气体选择专家系统 (英 )
特点,在综合考虑技术及经济等因素的基础上，选择出一
组适用的焊接保护气体，并给出推荐流量。
(3) MAGWIN --- 焊接工艺优化及焊接缺陷分析专家系统 (德 )
特点,具有工艺制定、工艺优化和缺陷分析的功能，根据用
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(4) ESW --- 弧焊工艺制定与咨询专家系统 (清华大学 )
特点,以焊接工艺设计为核心，辅以与焊接工程相关的丰富
咨询及计算功能，具有较强的实用性。
(5) 焊接工艺数据库及专家系统 (哈工大 )
特点,在焊接工艺评定数据库和焊接工艺规程数据库的支持
下，专家系统可以为用户设计出完整的焊接工艺，供用户进
行工艺评定试验。
6-3 焊接成形过程数值模拟
6-3-1 焊接温度场的数值模拟
(1) 热传导本构方程
焊接热过程特点：瞬态传热。
假设对于固体材料，在其求解域内任一点处的瞬态温度
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满足微分方程
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6-3-2 三维非稳态 GMAW移动电弧熔池数值模拟 (略 )
GMAW 气体保护电弧焊
主要模拟熔池形成、熔滴过渡，以及熔池振荡和电磁在
熔池上的脉动效应。
应用实例
摩托车轮缘 (材料,AlMgSi合金 )在焊接结束时的
温度场模拟。
无约束条件下，焊接结束后的摩托车轮缘扭
曲变形模拟。
