0 前言

计算机辅助工艺设计(CAPP)是连接丁程设计和生产制造的纽带,在企业的日常生产中具有举足轻重的作用。焊接作为工业生产中最重要的材料成型方法之一,其质量和可靠性直接关系到最终产品的性能与安全,其成本也在较大程度上影响到产品的最终成本。焊接工艺的设计是很复杂的,对于不同的焊件和焊接要求必须编制相应的焊接工艺。在此从实际出发,总结了TIG焊相关焊接工艺参数特征,建立了TIG焊CAPP系统,按焊接方法、焊接材料的种类、板厚和接头形式分别编制焊接工艺。系统选取Client/Server的结构模式,以Oracal作为服务器端的DBMS(数据管理系统),建市了TIG焊数据库,使TIG焊焊接工艺设计中的焊接性评估、工艺参数选择、焊接清理、焊后处理以及填写工艺卡片等相关工作由计算机自动完成。

1 CAPP数据库的设计

TIG焊CAPP系统设计时所需要的信息大致可分为输入信息和输出信息。输入信息归纳为:材料信息、焊前清理信息、焊接工艺参数信息(包括保护气体信息、坡口信息、焊丝信息等)、焊后处理信息等;输出信息可归纳为:工艺卡片包括的所有设计要输出的内容。

根据以卜分析,系统数据库应包括有:材料库、焊前清理库、焊接工艺参数库、焊后处理数据库以及存放输出工艺卡片的工艺卡库等。

1.1 CAPP数据库的概念设计

TIG焊CAPP数据库的主体分为:TIG焊焊接性能库、焊前清理库、焊接丁艺参数库和焊后处理库四大部分。

(1)满足可焊性分析的局部E-R模型设计。

根据可焊性分析的评估规则,可将数据分为:材料信息和焊接性能评估两个实体,其中焊接性能评估根据用户输入的母材信息的化学成分来计算其碳当量和HAZ最高硬度值。每个实体的属性描述如下:

材料信息——物理性能、化学性能、力学性能、组织结构。

焊接性能评估——母材牌号、母材类别、母材状态、母材规格。

(2)满足焊接准备的局部E-R模型设计。

根据焊前准备的处理方式,其实体分为:材料信息和焊前清理两个实体,每个实体的属性描述如下:

材料信息——物理性能、化学性能、力学性能、组织结构。

焊前清理——去污法、机械清理、化学清理。

(3)满足焊接丁艺参数的局部E-R模型设计。

焊接中影响焊接质量的因素很多,可选的工艺参数和步骤多而繁杂。而且焊接工艺设计的特点是工艺信息多。如焊接材料、接头设计、焊前预热温度、焊接电流、焊接电压、焊丝选择等诸多参数因素,不仅指导焊接准备和焊接实施,而且也是对焊接结果进行评价的重要依据。由此可知焊接工艺参数是TIG焊中最重要的环节,其包括的实体也比较多,比如:材料信息、工艺参数、保护气体、接头坡口、焊丝、焊机、钨极、衬垫等,每个实体的属性描述如下:

材料信息——物理性能、化学性能、力学性能、组织结构。

工艺参数——焊接方式、电流形式、电压大小、焊接速度和脉冲电流频率等。

保护气体——喷嘴孔径、保护气体类型及其混合比例、气体流量及其化学性质等。

坡口设计——焊接方法、工件厚度、接头类型、坡口名称、坡口参数、焊接位置和对应坡口图片等。

焊丝——焊丝类型、焊丝牌号、焊丝规格和焊丝力学性能等。

焊机——焊机型号、空载电压、额定电流。

钨极——钨极类型、钨极牌号、钨极直径。

衬垫——衬垫材料、衬垫方法、衬垫规格和衬垫类型等。

(4)满足焊后处理的局部E-R模型设计。

焊后处理的实体可分为:材料信息和焊后处理两个实体,每个实体的属性描述如下:

材料信息——物理性能、化学性能、力学性能、组织结构。

焊后处理——淬火温度、淬火介质、回火温度、回火介质。

(5)伞局E-R模型。

全局概念结构是根据所有局部E—R模型综合设计的,它反映了用户需求的伞局概念,在综合过程中不仅支持所有的局部E-R模型,还合理地表示了一个完整的数据库概念结构。根据综合过程与实体的合并、联系的合并、冗余属性和联系的消除等关系,将上述四个局部E-R图合并得到TIG焊CAPP伞局E-R的模型,如图1所示。

1.2 CAPP数据库逻辑设计

数据库逻辑设计的日的是把概念结构转换成由特定DBMS支持的数据模式,因此逻辑设计直接依赖于数据模型和DBMS选择。CAPP数据库采用的是关系型DBMS系统,由于关系数据库逻辑设计的结果是一组关系模式的定义,故又称为关系模式设计。根据关系模式可以制定出贮存在计算机中的二维表结构形式。由于逻辑设计是直接利用概念模式转化而建谚,故可得到转化的数据库的整体逻辑结构.

2 CAPP系统数据库的实现

CAPP系统模仿人工工艺设计时的步骤,通过人机对话的形式、输入母材的材料牌号、母材规格以及一些相对应的信息参数等描述信息,计算机通过数据库检索和实践经验等操作实现工艺规程的自动编制,提高工艺设计效率。母材为:铝、钛、镁合金等。由于这些母材实现过程相同,现在只以铝合金为实例来具体分析数据库的实现过程。

CAPP系统数据库的实现是由五部分组成:最底层是对母材的可焊接性分析图,然后就是对母材的焊前清理;由于焊接工艺参数是焊接过程的关键故把焊接工艺参数中气体和坡口设计图与焊接电流参数图层叠在最上层;紧接焊前清理图的是焊接后处理图。

2.1焊接性能评估的实现

实现最佳工艺参数的智能化选择是CAPP系统的一个特点闭,而金属的焊接性是焊接加工中的关键。系统根据用户输入的母材描述信息(如母材牌号),进入材料库查询其对应的化学成分,采用化学成分分析法中的碳当量(Carbon Equivaatent)和HAZ最大硬度来分析焊接性。按照计算公式计算出母材的碳当量和HAZ硬度,再与相对应的合格数据比较后得出结论,以便用于指导随后的相关设计过程。

2.2焊前清理的实现

各种焊材焊接时,要求焊前严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污。清除质量将直接影响焊接工艺与焊接质量。常用的清理方法有去污法、化学清理弓机械清理。根据焊接性能评估中给出的母材牌号,进入已建谚的焊前清理库中查找相应的方法。

2.3焊接工艺参数的实现

TIG焊是现代工业制造的一种重要的焊接方法,其工艺参数的合理选择是充分发挥设备效能和保证焊接质量的重要因素阁。为得到合理的焊接工艺参数需考虑的因素较多,如:保护气体的选择、母材的接头类型、坡口参数、焊丝的选择、焊接电流的形式及大小,以及钨极和焊机的选择等,因此系统也建立了对应的数据库。在进行焊接工艺参数选择时,兼顾上述各方面的影响因素,查询相关的保护气体库、坡口库、焊丝库、工艺参数库、钨极库及焊机库。通过工艺设计流程,综合分析输入的母材综合描述信息,确定采用最佳工艺参数。

2.4焊后处理的实现

焊后处理就是为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理。焊后处理有淬火、回火、退火等方法,其对应的温度、时间、缓冷介质等相关参数存储在焊后处理表中,根据上面三部已有的信息查询焊后处理表,完善焊接工艺,降低母材的性能损害。

3 结论

在此介绍了工艺数据的概念及其特点,结合工艺数据的特点,运用Oracle数据库,采用模块化的设计思想建立了TIG焊CAP数据库系统,使用户通过系统更方便快捷地实现TIG焊CAPP设计的全部过程。