虚拟焊接操作模拟培训系统通过将焊接过程中的视、听、触觉等作用于焊接操作者，使之产生身临其境的交互感。该系统综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语言处理与音响技术、网络技术等多门学科，是现代虚拟现实技术在焊接领域的进一步发展与应用。本文通过对焊条电弧焊实际多层多道焊工艺过程及焊接热循环的观察与综合分析，基于VC++6.0开发平台和OpenGL技术，在虚拟平板堆焊焊接场景的基础上，进行了多层多道焊工艺焊接场景的构建及各层温度场的模拟与仿真。采用单层网格顶点向量生长、单层网格曲面剖分及多层网格三种算法构建表征熔池与焊缝的数学模型；结合双椭球热源模型改进与完善了熔池凹陷及焊缝余高生长函数，有效地表征了实际焊接弧坑及鱼鳞纹焊缝形貌；利用粒子系统及贴图雾化技术模拟仿真了实际焊接电弧、飞溅及烟雾效果；利用有限元分析法计算出各层焊接等温曲线并将其矢量化，直接运用到虚拟多层多道焊各层温度场的模拟仿真中，从而快速获得准稳态熔池的熔化区域尺寸，减少了虚拟温度场计算时间，提高了整个程序的运行效率。本研究已将所开发的虚拟现实多层多道焊焊接场景和焊缝成形模拟与仿真成果集成到HTS-08焊接操作模拟培训系统中。经实际运行测试，集成系统运行稳定，模拟场景效果逼真良好。