焊接工艺是材料加工与制造过程的重要环节，教学内容涉及到材料的热、力、电、磁等多项物理性能，以及固体、流体及气相的多场耦合关系。学生通过焊接虚拟仿真平台的辅助使用，可以很好地理解焊接过程中有关电弧及熔池的流动及结晶凝固过程中的复杂物理化学行为，焊接热温度场及残余应力与变形与微观组织的演化过程，以及焊接数字化电路的基本工作原理，为焊接工程奠定扎实理论基础与实践经验。该实验室主要开展以下5个方面的实验教学。

实验1 逆向法焊接结构优化设计仿真实验

“逆向法焊接结构优化设计仿真实验”是基于最终焊接产品需求采用逆向设计反演焊接工序、装夹条件及焊接工艺的一种优化仿真实验。采用计算机仿真技术，通过设定最终焊接变形及应力分布需求，反向迭代计算焊接装夹位置、加紧力分配及焊接热输入，提出接头装夹、焊缝布置及焊接顺序等工艺优化方案，形成参考工艺文件。本实验在《焊接结构与设计》、《焊接生产辅助装备》、《焊接生产及管理》课程中开设。

实验2 智能焊接专家系统仿真实验

焊接专家系统是基于知识数据库来模仿人类专家求解专项焊接问题的计算机仿真系统。本实验主要针对多层多道焊接中，将实时测量焊接基本坡口数据及前道焊缝几何与工艺数据输入焊接智能专家系统，推理机在一定控制策略下，针对数据库中当前个性问题给出非线性解，即下道焊缝的优化焊接工艺及预测几何构型，依次反复迭代最终获得质量合格的焊接接头。本实验在《焊接结构》、《先进材料连接技术》、《焊接生产及管理》、《熔焊方法及自动化》课程中开设。

实验3 焊接电弧及熔池物理基础模拟实验

焊接工程中，电弧物理形态、熔滴过渡形式、熔池流动及凝固等过程对焊接接头及结构质量起到决定性影响，是焊接热过程分析最初也是最重要的部分。本实验采用有限元分析软件模拟多种典型焊接（如TIG及MIG/MAG等）过程中电弧的形态、熔滴过渡模式及熔池流场热场及表面张力分布等物理性能。由此了解不同焊接工艺条件下，电弧及熔池的基本物理变化规律，加深对焊接物理、焊接冶金及电路控制理论的理解。该焊接仿真系统包括焊接热源模型、传热模型、流体材料模型、有限基运算求解器以及前后处理模块等。本实验在《焊接物理》、《焊接冶金》、《焊接电源及控制》课程中开设。

实验4 焊接相变及组织演化模拟实验

焊接热循环导致焊接热影响区内材料的组织发生变化，由此引起接头力学性能的不均匀，使得焊接热影响区往往成为焊接接头及结构的最薄弱环节。本实验采用焊接有限元计算软件基于材料动态热力学理论对典型焊接接头在不同焊接热循环条件下接头热影响区的组织演化及对应强度关系进行计算，配合热模拟实验获得不同材料、不同冷却条件下焊接热影响区的晶粒尺度、相结构及强度预测关系。通过计算机直观展示辅助金相组织观察获得焊接材料组织与力学性能的基本映射规律。本实验在《焊接冶金学》、《材料焊接性》课程中开设。

实验5 逆变式弧焊电源自动化控制数值模拟实验

焊接电源是电弧焊技术的基础，了解基本弧焊电源的电路构造及工作原理对于深入理解焊接电源设计理论具有重要意义。本实验针对“焊接电源及控制”内容包括的“弧焊变压器”、“硅弧焊整流器”、“晶闸管整流器”、“逆变弧焊电源”等各类多种弧焊电源，利用计算机电路仿真技术和虚拟仪器技术建立电路仿真模型，观察各类电源电路的工作过程、检验弧焊电源组成电路的正确性。