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不锈钢焊接性分析与焊接工艺设计专家系统

不锈钢焊接性分析与焊接工艺设计专家系统

来源:浙江至德钢业有限公司发布:2020-05-04 12:47:31类别:不锈钢焊接

针对不锈钢焊接建立的专家系统,可对各类不锈钢按照不同的焊接方法进行焊接性分析,焊接人员可方便地查询到分析结果,同时还可以对系统提供的焊接性分析结果进行浏览、修改、添加、删除。焊接性分析可以为后续的焊接工艺设计打下良好的基础。焊接工艺设计采用正向推理机制,根据焊接方法、母材及其厚度等条件推理出焊接所需的焊接工艺参数,最后生成工艺指导书。系统不但可以针对不同的焊接方法和待焊母材进行工艺查询,还可以针对设计日期和工艺编号进行工艺查询,而且具有修改、删除和添加焊接工艺参数的功能。

不锈钢在各个不同领域中应用越来越广泛,尤其是在航天工业、核工业制造人造卫星、宇宙飞船、火箭和核动力装置中不可缺少的材料;而且使用量不断增加,从而不锈钢的焊接凸显出其重要性。由于实际生产中人工查询焊接工艺的局限性和焊接工艺规程在实践生产中往往重复编制,而且花费很长的时间,使得查询、管理都极不方便,花费了大量不必要的人力和物力。如果上述工作采用计算机管理将得到令人满意的效果。

目前,国内对不锈钢的焊接研究也比较深入,如重庆大学开发的不锈钢焊接查询专家系统,可实现不锈钢焊接的查询功能。佳木斯大学开发的不锈钢焊接专家系统,可实现不锈钢焊接工艺的设计。

此次笔者开发的不锈钢焊接性分析与焊接工艺设计专家系统不但可以提供焊接工艺的查询,而且通过计算机推理,系统还可以提供设计工艺指导书,并且审核人员可以根据自己所在企业生产环境要求进行二次设计,人为编辑、修改,将最终满意的焊接工艺指导书添加到数据库中,以备日后生产时,随用随调。同时,也使即使对焊接知识了解不多的人员也可以从事焊接工作,因而可极大地提高效率。此系统还添加了焊接性分析功能,为能够形成高质量的焊接接头提供参考。焊接性分析包括奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢、沉淀硬化型不锈钢、铸造耐热不锈钢炉管及异种金属熔焊焊接性的分析。系统为扩展其使用范围,还可以实现电子束焊、激光焊、等离子弧焊和真空钎焊的焊接工艺推理和焊接工艺设计。

1系统结构设计

本专家系统采用B/SBrowser/Server)结构。用户工作界面通过WWW浏览器来实现,极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现,但是主要事务逻辑在服务器端(Server)实现,形成所谓33-tier结构。采用BS结构可以完成一次性到位的开发,能实现不同的人员从不同的地点以不同的接入方式(比如LANWANInternet/Intranet等)访问和操作共同的数据库;它能有效地保护数据平台和管理访问权限,服务器数据库也很安全。系统对用户进行分权限管理。管理员可实现用户管理、焊接性分析、工艺设计、查询管理以及知识库维护功能。而普通用户只能实现焊接性分析、工艺设计、工艺查询以及对自己用户的密码和用户名管理。

2系统整体流程

系统整体流程图如图1所示。从图1可知,系统登录开始,首先验证用户名与密码,如果用户名与密码不符合系统要求则重新登录,如果登录成功,系统判断用户类型,管理员用户进入系统后管理全部功能模块,而普通用户可管理自己的信息和系统帮助、工艺查询、焊接性分析和焊接工艺设计。

3数据库设计开发与系统推理

31知识库设计

知识库的设计必须充分考虑到系统可方便快捷地进行推理,因此建库应充分考虑推理原则,列与列之间的关系以及表与表之间的关系,本系统采用导果式推理机制。

32推理原则

不锈钢焊接专家推理系统如图2所示,本系统推理按照焊接方法的不同具体可以分8个部分,即焊条电弧焊推理、埋弧焊推理、CO 2气体保护焊推理、氩弧焊推理、激光焊推理、真空钎焊推理、等离子弧焊推理、电子束焊推理。推理实现的基础是用户所提供的初始条件,然后根据推理原则进行推理,推导出焊接工艺所需的参数。

33推理结果

系统推理结束后,在系统的前台就会得到推理结论,图3即为焊条电弧焊焊接不锈钢工艺的中间推理结果。在人机交流界面,用户可以很方便地得到焊接接头的基本工艺参数,如焊接设备、热处理以及检验要求等参数。

4焊接性

41不锈钢焊接性

本系统容纳了7个焊接性的模块:铁素体不锈钢焊接性、马氏体不锈钢焊接性、奥氏体不锈钢焊接性、铁素体-奥氏体不锈钢焊接性、沉淀硬化型不锈钢焊接性、铸造耐热不锈钢炉管焊接性、异种金属熔焊焊接性。

42焊接性影响因素

焊接接头质量的好坏与选择适当的焊接方法有着必然的联系,因此焊接方法之间的对比即成为焊接性影响因素的一个模块,见表2。如果有更新的焊接方法适合不锈钢焊接,用户可以将此方法添加到数据库中,以便日后查询比较。

冶金因素是焊接性分析的必须要考虑的因素,系统提供了冶金对焊接性影响模块,主要分五部分考虑:焊接区温度变化、焊缝金属的化学成分变化、焊缝金属的凝固、焊接接头熔合区特征以及热影响区特征,每一部分又进一步细分几点,将冶金与焊接性之间的关系进行透彻分析。系统将焊接性细分为工艺焊接性和使用焊接性,并分别讨论了各自的影响因素。

焊接性的优劣归根结底还是要由试验来评定,系统为焊接性提供了试验方法以及焊接性评定的各项评定指标,系统使用者可以将实际不锈钢材料焊接性指标与系统提供的指标进行对比,用以评定不锈钢焊接性的优劣。如果系统没有提供某种材料的试验方法和焊接性评定的指标值,用户可以自己添加、删除和修改,最后将添加修改后的试验方法和焊接性评定指标值存入数据库,以后使用时即可从数据库中调出来使用。

43焊接性指标计算

系统焊接性分析模块包含C当量分析、冷裂纹敏感分析、热裂纹敏感分析、脆化评定、耐蚀性评定,本文以冷裂纹分析模块的分析为例,如图4即为系统焊接性冷裂纹分析结果显示。

系统内部存储了几乎全部的现有不锈钢的牌号,系统使用者可以根据具体的不锈钢牌号,查询用户想要知道的具体牌号不锈钢的焊接性,如图5显示的即为焊接性分析结果。如果有新的不锈钢生产出来,或者用户对某种不锈钢焊接性有更多更准确的理解也可以将新的不锈钢焊接性添加到数据库中,使数据库更加庞大,内容更加充实,图6显示的即为焊接性编辑。

5系统焊接工艺设计

登录系统之后,系统会根据用户提供的登录信息判断该用户是否为合法用户以及该用户的权限。若非合法权限,用户就被隔离在系统之外;若为普通用户则享受普通用户权限;若为管理员用户则享受管理员权限。根据权限对系统实现不同的使用和控制。点击工艺设计主菜单后进入工艺设计模块。焊接工艺设计包括了9种不锈钢的焊接方法,而且其中的钎焊又包含手工钎焊、真空钎焊和气体保护钎焊。图7即为工艺设计初始页面。本文以0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊条电弧焊为例进行工艺设计的演示说明。

在工艺设计环节系统可以根据用户提供的信息如焊接方法、母材及其厚度等条件推理出所使用的焊条或焊丝、焊接层数、是否使用保护气体、使用何种保护气体、是否需要进行热处理、焊接电流、焊接速度、电弧电压和一些成熟的焊接参数。前面所推理参数大多是常规焊接方法,如果针对高能焊,如激光焊、电子束焊等方法,就会推出如聚焦电流、脉冲频率等一些高能焊所需参数,包括接头形式、真空度、加速电压、焊缝熔深和宽度、焊接电流和速度、工作距离、聚焦电流、阴极选择以及装配和检验等相关参数和要求。

8为设计完毕后自动生成的不锈钢焊条电弧焊焊工艺指导书。用户可根据需要决定是否需要打印或者生成Word文本,系统提供打印功能。

6查询

查询具体可分为焊接性查询和焊接工艺查询两部分,而这两部分都有2个模块,即单库查询和跨库查询的功能,跨库查询检索范围大,检索出来的内容相对较多,给使用者更多的选择,但用户若想精确地找到所需焊接性分析和工艺方面的知识,选择单库检索可以更加准确快捷地找到使用者需要的内容,其是以焊接方法的不同为前提进行单库检索。

7知识库维护

该模块被嵌套在系统管理模块下,系统管理模块下还有其他几个相对独立的模块,如系统概要、系统使用导航和用户名及密码管理。知识库维护对于专家系统来说具有极其重要的作用,知识库中数据和规则的完备与否,可以一定程度上决定是否有推理结果,或者说推理出来的结果是否更加合理,这都是与知识库的维护密不可分的。知识库维护功能只有管理员可以实现,普通用户不享有此功能。知识库的维护是以单库为基础的,以焊接方法的不同对各个库进行维护,每个单独的库下面有几十个表,最终管理员可以对上百个表进行维护。这上百个表中包含了母材维护、焊接方法维护、坡口形式维护、焊接参数维护、工艺规程维护等等。

8结论

本文通过对专家系统在焊接中应用的研究,设计了基于浏览器/服务器的网络版的焊接专家系统,其包容了工艺设计、工艺查询和焊接性分析功能,并得出以下结论:

1)针对不锈钢类型和焊接方法等信息,查询不锈钢焊接性。

2)根据焊接方法和母材牌号等信息,查询不锈钢焊接工艺,也可根据指导书编号和指导书生成日期查询。

3)通过焊接性指标计算分析焊接性优劣。

4)系统操作人员提供必要的条件如母材牌号、焊接方法等信息,系统即可经推理设计出一套完整的焊接工艺指导书。

5)系统实现了数据的安全性管理,不同的用户能根据被赋予的权限访问数据库,避免了数据库管理的混乱。系统采用全面的记录维护和浏览以及智能化的设计功能,设计了追加记录、删除记录、编辑记录、取消修改内容、拷贝记录等记录维护功能,方便查看和浏览、编辑、设计和打印完整的工艺文件。该系统还具有运行速度快、可缩短生产周期和降低焊接成本及结果稳定可靠的特点,为从事焊接工作的单位提供了技术保证。

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