автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процесса лазерной сварки разнородных металлов на основе параметров, характеризующих объемное распределение температурного поля

На правах рукописи

ХАМАДЕЕВ АКТАС ВИКТОРОВИЧ

□□3454422

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ОБЪЕМНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ

Специальности:

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (машиностроение) 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание учёной степени кандидата технических наук

05 Д

Набережные Челны - 2008

003454422

Работа выполнена на кафедре «Высокоэнергетическая и пищевая инженерия» ГОУ ВГТО «Камская государственная инженерно-экономическая академия».

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, доцент Звездин Валерий Васильевич

доктор технических наук, профессор Алеев Рафиль Мухтарович

доктор технических наук, профессор Песошин Валерий Андреевич

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Заморский Валерий Валентинович

Федеральное государственное унитарного предприятие «СКТБ «Мединструмент»

Защита состоится «19» декабря 2008 г. в 1500 на заседании диссертационного совета Д 212.309.01 в Камской государственной инженерно-экономической академии по адресу: 423810, г. Набережные Челны, пр. Мира, 68/19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Камской государственной инженерно-экономической академии.

Автореферат разослан «18» ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор техн. наук, профессор

Л. А. Симонова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Повышение эффективности и качества выпускаемых изделий машиностроительного производства на современном этапе возможно только при комплексном внедрении прогрессивных технологий и автоматизации технологических процессов.

Одной из тенденций развития современного машиностроения является широкое использование сварки как эффективного метода снижения себестоимости выпускаемой продукции за счет повышения коэффициента использования материалов, расширения возможностей применения сочетания различных материалов при изготовлении изделий. Разработанные и применяемые в настоящее время технологические приемы не позволяют в полном объеме решить все проблемы автоматизации процесса сварки. Обеспечение стабильности свойств сварного шва, а также высоких экономических показателей требует применения в технологическом процессе автоматизированных систем управления.

В качестве материалов свариваемых изделий чаще всего используются тугоплавкие металлы, как в чистом виде, так и в сочетании с химически активными металлами (молибден, вольфрам, титан, цирконий и их сплавы). Основные проблемы применения автоматизации для производства изделий из разнородных металлов связаны с малой изученностью процессов и явлений, протекающих при реализации лазерной сварки. Качество получаемого изделия имеет сложную зависимость от технологических параметров процесса (плотность мощности излучения, скорость перемещения лазерного излучения (ЛИ), газовая среда и т. д.), что вызывает необходимость управления процессом посредством поддержания этих параметров в требуемых пределах. Однако, применение ЛИ, как высокоэффективного технологического инструмента, сдерживается неудовлетворительными точностными характеристиками системы управления лазерных технологических комплексов (ЛТК). Эго обусловлено низкой информативностью параметров, измеряемых в реальном времени хода технологического процесса (ТП) и характеризующих физико-химические свойства сварного шва. Все это обуславливает необходимостью применения новых подходов к управлению процессом лазерной сварки, совершенствование автоматизированной системы управления ТП.

Разработка системы автоматизированного управления (САУ) процессом сварки является трудоемкой задачей, так как для выявления связей между показателями качества ТП и информативными параметрами, измеряемых в реальном времени, требует проведения большого количества экспериментов из-за сложности физико-химических процессов, протекающих в зоне взаимодействия ЛИ с металлами. Поэтому для сокращения экспериментальных исследований, повышения точности расчетов оптимальных технологических параметров сварки целесообразно применять математические методы моделирования, что позволит существенно сократить объем затрат. Кроме того, для обеспечения заданных показателей качества ТП и эффективной работы САУ ЛТК необходимо предусмотреть оптимальный выбор параметров их звеньев. В настоящее время в литературе отсутствует информация о попытках применения методов оптимизации решения поставленной задачи, об алгоритмах управления и особенностях распределения теплового поля, возникающего в переходной зоне сварного шва разнородных металлов.

Данная работа посвящена разработке методик и алгоритмов управления процессом лазерной сварки в условиях машиностроительного производства на основе расчета математической модели распределения теплового поля в сварном шве разнородных металлов по параметрам, измеряемым в реальном времени.

Целью диссертационной работы является создание автоматизированной системы управления ТП сварки разнородных металлов на основе математического моделирования распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ для получения сварного шва с требуемыми характеристиками качества за счет увеличения информативности параметров, измеряемых в реальном времени, и формирование стыка на основе теплофизических расчетов распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ на этапе технологической подготовки производства.

Для достижения этой цели поставлены задачи:

- провести экспериментальные исследования влияния внешних факторов на показатели качества лазерной сварки разнородных металлов;

- разработать методику расчета функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов с учетом влияния распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ;

- проанализировать результаты теоретико-экспериментальных исследований влияния модового состава ЛИ на распределение температуры по объему зоны сварки для выявления зависимости показателей качества ТП и использовать их в расчетах;

- рассчитать оптимальные параметры ЛИ на основе математической модели с учетом распределения температурного поля по объему зоны взаимодействия излучения на стыке свариваемых разнородных металлов;

- исследовать влияние информативных параметров САУ ЛТК, измеряемых в реальном времени из зоны сварки, на стабильность характеристик ТП;

- найти возможность улучшения характеристик сварки разнородных металлов за счет управления положением фокуса ЛИ с учетом наклона стыковой поверхности и отклонение фокуса относительно сварного шва.

Объект исследования — процесс лазерной сварки разнородных металлов.

Предметом исследования является управление процессом сварки разнородных металлов на основе информативных параметров, измеряемых в реальном времени.

Положения, выносимые на защиту и обладающие научной новизной:

1. Методика расчета функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов на основе математического моделирования распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ для обеспечения требуемых значений показателей качества сварки разнородных металлов (отсутствие прожигов, непроваров, пор, раковин, глубина и ширина шва, микротвердость и т. д.) на этапе технологической подготовки производства в автоматическом режиме.

2. Методика расчета оптимальных параметров режимов ТП на основе математической модели, в отличие от известных подходов, учитывает функциональную зависимость параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов, что приводит к повышению эффективности автоматизированного процесса сварки разнородных металлов с требуемыми характеристиками качества сварного шва.

3. Теоретико-экспериментальное исследование влияния модового состава ЛИ, определяющего распределение температуры по объему зоны взаимодействия ЛИ с металлом, позволяющее уточнить математическую модель управления процессом сварки в автоматическом режиме.

4. Метод управления положением фокуса ЛИ, в отличие от известных, учитывает наклон стыковой поверхности и отклонение фокуса относительно сварного шва на основе теплофизических расчетов, что повышает показатели качества автоматизированного ТП сварки разнородных металлов.

5 Совершенствование звеньев САУ Л'ГК на основе измерения информативных параметров н реальном времени из зоны сварки, обеспечивающих стабилизацию характеристик ТП для получения сварных деталей с заданными показателями качества.

Практическая полезность диссертационной работы определяется тем, что:

- широкое применение предложенного метода стабилизации показателей качества ТП позволит снизить ограничения по выбору свариваемых пар разнородных металлов, что существенно расширяет возможности применения лазерной технологии сварки;

- разработанный способ определения угла наклона плоскости сварочного шва относительно нормали к поверхности металла в зависимости от количества тепла, необходимого для нагрева и расплавления единицы объема разнородных металлов на основании теплофизических расчетов распределения температурного поля в зоне шва, предназначен для конструкторских и технологических отделов и бюро предприятий машиностроения;

- разработанный методика расчета установки зоны воздействия ЛИ относительно стыковой линии является основой для комплексной автоматизации, что позволяет совершенствование технологии сварочного производства с использованием лазерного излучения;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по лазерной сварке разнородных металлов расширяют область знаний, используемых в учебном процессе вуза или при переподготовке специалистов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы математического и имитационного моделирования, реализованные в рамках численных экспериментов. Экспериментальные исследования по взаимодействию ЛИ с металлами проводились на лазере «Хебр-2,5» с использованием методов металлографического анализа образцов.

Реализация и внедрение результатов работы. Использование методики анализа и синтеза систем управления ЛТК с заданными показателями качества, косвенного метода измерения показателей качества ТП и методов обработки информационных сигналов, измеряемых в реальном времени, а также методов автоматического управления технологическим комплексом, позволили повысить показатели качества управления процессом лазерной сварки разнородных металлов.

Использование результатов диссертационной работы привело к созданию новых технологий получения деталей с заданными показателями качества сварки. Все это позволило повысить эффективность использования лазерного оборудования. Результаты работы внедрены в работе ФГУП «СКТБ «Мединструмент», ФГУП «НПО «Государственный институт прикладной оптики» (г. Казань), ЗАО «НПО «Оптоойл» (г. Казань), в учебном процессе ИНЭКА и КГТУ им. А. Н. Туполева, о чем свидетельствуют акты об использовании результатов работы.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные разделы диссертации докладывались и обсуждались на VI Международном симпозиуме «Ресурсоэффективность и энергосбережение» (г. Казань 2007 г.), межрегиональной научно-практической конференции «Студенческая наука в России на современном

этапе» (ИНЭКА - Наб. Челны, 2008)), научных семинарах кафедр «Электротехники и электроники», «Высокоэнергетической и пищевой инженерии» и «Автоматизации и информационных технологий» Камской государственной инженерно-экономической академии и кафедры «Радиоэлектронных и квантовых устройств» Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева.

В работах, выполненных в соавторстве, личное участие автора заключается в анализе проблем автоматизации процесса сварки разнородных металлов, решении задач, участие в разработке теоретических положений и экспериментальных исследований, анализе результатов и формулировании выводов.

На защиту выносятся:

1. Новые факторы, влияющие на стабильность показателей качества ТП лазерной сварки, выявленные путем исследования результатов металлографического анализа сваренных образцов из разнородных металлов, и повышающие эффективность автоматизированного управления ТП с требуемыми характеристиками качества сварного шва.

2. Уточненная математическая модель распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ для расчета параметров стыка на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований их функциональной зависимости от теплофизических характеристик свариваемых металлов.

3. Методика определения оптимальных параметров режимов ТП лазерной сварки на основе функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов

4. Способ управления положением фокуса ЛИ относительно сварного шва с учетом его геометрии для получения требуемых значений показателей качества сварки разнородных металлов в автоматическом режиме на основе расчета установки по результатам математического моделирования распределения теплового поля в зоне сварки.

5. Обоснование выбора параметров звеньев САУ ЛТК на основе расчета математической модели распределения температурного поля по объему зоны взаимодействия излучения на стыке свариваемых металлов, обеспечивающих требуемые значения и стабилизацию характеристик ТП.

Публикации. Содержащиеся в диссертации материалы нашли отражение в 18 научных трудах, в том числе, в трех статьях в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 67 рисунков, 5 таблиц, список литературы включает 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность задачи по сварке разнородных металлов в машиностроении, по оптимизации параметров звеньев ЛТК, по анализу и синтезу САУ для обеспечения заданного ТП, по исследованию ЛТК с обратными связями по параметрам, определяющим качество ТП, и измеряемым в реальном времени ТП. Дана ее общая характеристика.

В первой главе проведен обзор по технологиям сварки разнородных металлов с выявлением их особенностей, изложены предпосылки и необходимость исследований для решения поставленной задачи и определены пути ее решения, сформулированы

цели, ьыивлепы новые факторы, влияющие ¡'.а стабильность заданных показателей качества ТГ1 лазерной сварки.

Исследования в области автоматизации ТП лазерной термообработки металлов проводились под руководством Лбильсиитова Г. Л , Андрияхина В. М., Гладуша Г. Г., Гршорьянца Л. Г., Гуреева Д. М . Введенова Л. А., Велихова Е. П., Зуева И. В., Коваленко В. С., Лопоты В А., Рыкалина Н. Н , Углова А. А. и др. Рассматривались различные подходы для стабилизации параметров ЛТК Наиболее широко используется стабилизация мощности ЛИ с заданной плотностью энергии в зоне.

Исследования, проведенные по лазерной сваркс разнородных металлов, показывают зависимость свариваемости не только от параметров ТП, но и от физико-химических характеристик металлов. Стабильность качества сварного шва при оптимальном выборе свариваемых материалов, что связано с конструктивными особенностями изделия, в основном характеризуется значением и стабильностью параметров ТП. Существенное значение в этом играют параметры ЛТК. Здесь необходимо рассматривать ЛТК как совокупность взаимодействующих между собой звеньев сложной системы. Это — оптический квантовый генератор, оптическая система, среда пропускания ЛИ, свариваемые детали и механизм их перемещения.

Применение лазера как высокоэффективного технологического инструмента сдерживается неудовлетворительными точностными характеристиками систем управления ЛТК. Это обусловлено низкой информативностью параметров, измеряемых в реальном времени ТП и характеризующих физико-химические свойства сварного шва.

Использование лазерной технологии сварки деталей из сочетания тугоплавких и химически активных металлов с конструкционными сталями позволяет разнообразить конструкторский подход к разработке изделий, что требует применения новых методов управления процессом сварки разнородных металлов.

Из анализа характера зоны термического воздействия ЛИ следует, что сварка разнородных металлов должна осуществляться подачей энергии на тугоплавкий металл и форма стыковой поверхности должна повторять форму ЗТВ. На практике целесообразней стыковую поверхность делать плоской. Плоскость сварного шва наклоняется на угол по касательной к сегменту зоны термического воздействия.

Во второй главе разработана математическая модель распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ для обеспечения требуемых значений показателей качества сварки разнородных металлов (отсутствие прожигов, непроваров, пор, раковин, глубина и ширина шва, микротвердость и т. д.) для расчета функциональной зависимости физических параметров ТП, методика расчета оптимальных параметров режимов ТП; предложен метод определения угла наклона плоскости стыка свариваемых деталей от теплофизических характеристик металлов на основе расчета математической модели и металлографических исследований; выявлен новый фактор, влияющий на показатели качества ТП — установка зоны воздействия ЛИ относительно стыковой линии.

Проведенный анализ взаимосвязи параметров ЛТК и параметров ТП сварки с качеством сварного шва показал, что существуют их граничные значения, за пределами которых рассматривать неразъемное соединение двух деталей как сварку не корректно. Это связано с большим разбросом теплофизических характеристик свариваемых металлов.

P-VT-yAT-, 71 ->-П; ~ ^ " да

1епловое поле при лазерной сварке определяется уравнением конвективною теплопереноса с очевидными граничными условиями:

_ ч

(1)

где % — коэффициент температуропроводности; X — коэффициент теплопроводности: ц — распределение поглощенной мощности излучения на поверхности канала.

Для решения этой задачи удобно перейти от физической плоскости (х,у) к плоскости комплексного потенциала Ф=(р+1 у , где ц/ — функция тока. Для решения можно использовать интегральное преобразование Фурье. После преобразований получаем:

7íg,4)= ¿expM - (C~Cf )iC

с= ! г аА

--

2 Va Ч

1 (г

4 = — — ---

2 U г)

cosa

где К0 — функция Макдональда.

Анализ этого выражения позволяет заключить, что учет конвективного теплопереноса приводит к изменению формы изотермы, определяющей расположение сварочной ванны, удлиняя ее.

а б

Рисунок I — Образец стали У8 (а) и циркония (б) после воздействия ЛИ мощностью 1 кВт

Металлографические исследования зоны взаимодействия ЛИ с металлами! показали, что зона имеет в сечении сегментную форму. В результате экспериментальных исследований влияния ЛИ на фазовые превращения в металлах, выявлено (рисунок 1), что форма зоны воздействия ЛИ мощностью 1 кВт при скорости, перемещения 1200 мм/мин. в стали У8 (рисунок 1а) и цирконии (рисунок 16) имеет сегментный характер с центром круга 0| и малую сегментную зону с центром круга 02.| Наличие второй сегментной зоны можно объяснить либо началом возникновения

кинжального пронлавлелия в металле, либо возникновением вюрпчиого источника энергии за счет окислительных процессов с выделением теплоты. И характер зон термического воздействия не зависит от энергии ЛИ, а величина второй зоны зависит от физико-химических свойств металлов. Цирконий является химически активным металлом

Из анализа характера зоны термического воздействия ЛИ следует, что сварка разнородных металлов должна осуществляться подачей энергии на тугоплавкий металл и форма стыковой поверхности должна повторять форму ЗТВ. На практике целесообразней стыковую поверхность делать плоской, исходя из экономических соображений. Эго связано с различием температур плавления, в частности, температура плавления молибдена равна 2620 °С, а стали - 1510 "С. Поэтому для получения сварного шва необходимо поднять плотность энергии, чтобы расплавить молибден, при этом происходит испарение стали. Для исключения этого эффекта необходимо использовать наклон стыковой плоскости свариваемых деталей. Плоскость сварного шва наклоняется на угол по касательной к сегменту зоны термического

В, воздействия (рисунок 2). Тогда расплавляется

"миЙР ^ тугоплавкий металл, и за счет теплопередачи

происходит расплав легкоплавкого металла.

Рисунок 2 — Геометрия стыкового соединения при сварке разнородных металлов

Расчет оптимальных режимов ТП сварки является составной частью задачи оптимизации системы управления процессом. Предложена методика расчета на основе математической модели, которая, в отличие от известных подходов, учитывает

функциональную зависимость параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов, что приводит к повышению эффективности автоматизированного процесса сварки разнородных металлов с требуемыми характеристиками качества сварного шва. Для ее решения применяется метод параметрической оптимизации. Основными критериями являются техническая эффективноегь, энергетические и временные затраты. В общем виде целевая функция имеет вид:

Ра=(Хопт,У)=тт Р(х,у), (3)

где точка Х0ТП соответствует наилучшему в соответствии с выбранными критериями варианту проектируемого устройства:х е К" (Л" — пространство критериев); у — неизменные параметры устройства.

Для обеспечения качества лазерной сварки необходимо контролировать не только энергетические параметры излучения, но и положение фокусного пятна. Для подсистемы регулировки положения фокуса относительно шва были рассчитаны ее параметры.

Для слежения за траекторией движения в трехмерном пространстве используются неконтактные методы, в частности, основанные на измерении отраженного светового потока от соединяемых поверхностей.

В качестве источника излучения использован полупроводниковый лазер с дайной волны Х=0,84 мкм и углом расходимости пучка 40°. С помощью объектива формируется зона засветки диаметром около 10 мм на расстоянии 150 мм от объектива.

Излучающая поверхность лазера находится на расстоянии 0,5-1 мм от точки переднего фокуса линзы для обеспечения небольшой сходимости лазерного пучка на выходе объектива. Фокусное расстояние и диаметр линзы выбираются из удобства взаимного расположения лазера и линзы, а также с учетом линейного размера излучателя лазера и угла расходимости ЛИ.

При выборе параметров оптики канала фотоприемника (ФП) учитываются следующие требования и ограничения:

- линейный размер зоны сварного шва, качественное изображение которой должно быть сформировано в плоскости ФП - 10 мм;

- диаметр аберрационного кружка (не более) - 10 мкм;

- размер изображения элемента ФП в плоскости сварного шва - 20 мкм;

- количество чувствительных элементов в линейке ФП (не менее) - 500;

- расстояние от объектива до сварного шва — 150 мм;

- достаточность уровня облучения чувствительных элементов ФП от подсвеченной лазером плоскости сварного шва;

- использование линейки ФП типа DALSA с размером чувствительного элемента 14x14 мкм или 13x13 мкм.

Из соотношения размера изображения элемента ФП в плоскости сварного шва (20 мкм) и размера чувствительного элемента ФП (14 мкм) получаем требуемое линейное увеличение объектива в направлении от ФП к его изображению в плоскости сварного шва. Увеличение = 1,5х.

В первом приближении из формул геометрической оптики для тонкой линзы получаем требуемые значения фокусного расстояния f объектива и расстояния s от ФП до линзы.

s' = f'+x'= 150, Г = x'/f = f/x = sVs= 1,5.

Отсюда s = 100 мм, f = 60 мм.

Заданные выше требования к оптической системе канала ФП реализуются в объективе, состоящем из трех линз.

Фокусное расстояние 71,3 мм.

Расстояние от переднего фокуса F до первой поверхности линзы 85,5 мм.

Расстояние от ФП до первой поверхности линзы 133 мм

Расстояние от последней поверхности объектива до заднего фокуса F'= 42,8 мм.

Для уменьшения габаритов оптики в промежутке между ФП и объективом установлено плоское ломающее зеркало, как иллюстрация того, что с помощью аналогичных зеркал можно оптимизировать габариты оптической части канала ФП.

Энергетическая оценка показывает достаточную облученность чувствительных элементов линейки ФП при выбранных параметрах оптики лазерного канала и канала ФП.

Энергетическая освещенность (облученность) от лазера в плоскости сварного шва:

Есш = Рл- tj S„ = 0,2 0,8/0,8 = 0,2 Вт/см2.

Энергетическая яркость пятна лазера: В = Есш- р/л = 0,2-0,7/3,14 = 4,45-10" Вт/(см2-ср).

Облученность в плоскости ФП: Ефп = В ft- тф„-Г2= 4,45-10"2 -0,0078-0,8-1,52 = 0,6-10'3 Вт/см2.

При стандартном времени накопления заряда ФП: 1н=25 мкс., пороговая

облученность ФП составляет: Е„ор = НП0Д( - 13-10"'

0,5'!О"6 Вт/см2. Тогда

отношение сигнал/шум будет составлять: Еф„/ Епор = 0,6-10"3/0,5-10"6 = 1200.

Расчет энергетической оценки лазерной подсветки сварного шва позволяет определить показатели качества ТГ1 и оптимальные параметры режимов ГП (точность позиционирования фокуса является звено контроля положения ЛИ относительно сварного шва. Разработанная схема контроля позволяет с требуемой точностью позиционировать фокус ЛИ относительно сварного шва.

В третьей главе рассматривается анализ и синтез САУ ЛТК на основе измерения информативных параметров из зоны сварки в реальном времени хода ТП и исследованы ее свойства; предложен метод оптимизации параметров звеньев ЛТК на основе расчет математической модели распределения температурного поля по объему зоны воздействия излучения на стыке свариваемых разнородных металлов.

ЛТК представляет собой совокупность звеньев сложной системы (рисунок 4), взаимодействующих между собой в пространственно-временной области и содержащую как лазерную технологическую установку, робототехнический комплекс, деталь, так и микропроцессорную систему с датчиками измеряемых параметров и регуляторами параметров технологического комплекса. Выбор и расчет режимов лазерной сварки детали является составной частью задачи оптимизации системы > правления ЛТК. На эту систему действуют возмущающие воздействия различной физической природы и, в конечном счете, влияют на все характеристики зоны сварки, отклоняя их ог заданных по технологии значений, а следовательно, ухудшающие качество сварки.

входящих в нее,

В этом виде структура САУ представляет собой систему, которая

характеризуется большим числом обратных связей и является нелинейной. При обосновании выбора математической модели звеньев были приняты определенные допущения, позволяющие линеаризовать их передаточные функции. Расчеты и исследования свойств САУ производились для линеаризованной системы.

В соответствии с принятыми допущениями определены передаточные функции подсистем. Динамические процессы в элементах, описываются дифференциальными уравнениями, на основании 11

Рисунок 4 — Блок-схема системы управления ЛТК

которых рассчитаны передаточные функции и, используя пакет прикладных программ, получены переходные и частотные характеристики, определяющие качество САУ ЛТК.

Коэффициенты передачи и постоянные времени подсистемы можно условно разделить на изменяемые и неизменяемые в зависимости от возможности варьирования

Графики переходного процесса подсистемы регулировки мощности излучения и подсистемы управления скорость перемещения показаны на рисунке 5. Графики переходного процесса подсистемы управления фокусным расстоянием и подсистемы управления положением ЛИ относительно шва показаны на рисунке 6.

Рисунок 5 — Графики переходного процесса подсистемы регулировки мощности излучения (I) и подсистемы управления скорость перемещения (2)

Для решения задачи оптимизации применяется метод параметрической оптимизации, заключающийся в обеспечении заданного качества управления при минимизации времени реакции подсистем. При решении оптимизационной задачи определяется оптимальное время реакции подсистемы при достижении требуемой точности выполняемой функции.

Для обеспечения требуемых показателей качества ТП необходимо строго рассчитать положения фокуса ЛИ относительно сварного шва, чтобы обеспечить оптимальные температурные режимы в зоне стыка (рисунок 7). Положение фокуса (Ь) выбирается на основе теплофизических расчетов таким образом, чтобы в точке А (см. рисунок 2) температура соответствовала температуре плавления легкоплавкого металла.

Положение фокуса при сварке разнородных

Анализ САУ ЛТК, включающей нелинейные звенья, усложняется за счет наличия большого числа местных обратных связей, а также сложностью физических процессов, протекающих в них. Поэтому для изучения нелинейных звеньев на основе характеристик нелинейных элементов используем аналитические методы.

Необходимость аппроксимации характеристик обусловлена невозможностью получения формул, с достаточной точностью описывающих физические процессы в звеньях системы, так как эти процессы зависят от многих факторов, влияние которых трудно учесть.

Ошибка при аппроксимации должна быть одного порядка с разбросом параметров характеристик отдельных элементов.

Таким образом, главным критерием оценки качества параметров ТГ1 выступает температура зоны взаимодействия ЛИ с металлом и точность позиционирования фокуса излучения относительно сварного шва.

В четвертой главе проводится анализ влияния параметров САУ на показатели качества ТП. Разработан метод управления положением фокуса ЛИ относительно сварного шва с учетом его геометрии; исследовано влияние модового состава ЛИ, определяющего распределение температуры по поверхности металла, на качество ТП. Разработанные алгоритмы программ по расчету параметров ТП включают в себя последовательность операций, по которым проведен расчет управляющих воздействий в соответствии с ма7'емагической моделью.

Задание параметров ТП при сварке деталей ЛИ обычно производится по результатам экспериментальных исследований. Это приводит к неоптимальному выбору параметров при увеличении как экономических, так и временных затрат.

Особенно наглядно это иллюстрируется влиянием на качество сварного шва такого параметра ТП, как плотность мощности ЛИ. Для каждой пары свариваемых металлов существуют свои значения плотности мощности, при которых могут быть достигнуты требуемые показатели качества сварного шва. На рисунках 8 и 9 показаны результаты сварки двух пар металлов.

В верхней части снимка (рисунок 8) наблюдается микроструктура феррита, в

нижней — структура стали 40. Между ними видна зона взаимодействия двух разнородных металлов, характеризуемая диффузионными процессами, происходящими в переходной зоне.

Рисунок 8 — Зона сварки феррита и стали 40, х500

Аналогичная картина наблюдалась и при анализе микрофотографий сварки молибдена (ТШ1=2620°С) и стали 40 (ТПЛ=1510°С). В верхней части (рисунок 9а) видна микроструктура молибдена, в нижней — структура стали 40. Между ними заметна переходная зона, образуемая диффузными процессами между разнородными металлами. Сегментная форма переходной зоны указывает на присутствие механического воздействия на расплавленный объем молибдена в зоне термического воздействия в стали.

Рисунок 9 — Микрофотография сварного шва молибдена и стали 40: а — х100,в — х500

Актуальной является разработка такой системы расчета технологических параметров, которая, с учетом особенностей габаритно-весовых характеристик детали, а также на основе экспериментально полученных зависимостей параметров ТП от показателей качества, обеспечивает повышение эффективности использования ЛТК.

Исследовано влияние ЛИ на геометрию зоны термического влияния, определяющего картину теплового поля, и разработаны рекомендации к форме тепловых источников. Расчеты, проведенные по математической модели, позволили выявить диапазон изменения технологических параметров ЛТК, таких как скорость, мощность, геометрические характеристики зоны нагрева, распределение интенсивности излучения в зоне нагрева для заданных характеристик ЛТК.

Проведенный анализ возможных путей управления параметрами термических циклов показал, что наиболее эффективным способом является изменение распределения плотности мощности в зоне нагрева.

Использование пьезопривода для точной подстройки фокуса ЛИ относительно сварного шва решает данную задачу.

Передаточная функция пьезопривода:

К(р)=ЧР)'<ЛР) =

(4)

1 +

- К1 КтС0 + + Яц

X,

р+

/Г

-я,

к, г — ' 0 к.

п "Ч >

гС„ТР

Для повышения точности измерения температуры металла в зоне взаимодействия с ЛИ в условиях экранирования плазменным факелом вводят поляризационную фильтрацию теплового излучения. На рисунке 10 приведена структурная схема системы измерения на основе многоспектрального пирометра.

Рисунок 10 — Структурная схема многоспектрального пирометра а — схема работы сканатора, б — использование двухплощадочного фотолриемного устройства

Конструкция следящего привода жестко крепится на корпусе оптической головки таким образом, чтобы система лазерной подсветки могла перемещаться в плоскости, параллельной плоскости свариваемых деталей.

Применение 3-х элементного фотоприемника с поляризаторами, установленными под углом 0°, 90°, 45° относительно чувствительных площадок, позволяет определить степень и азимут поляризации. Поляризационная фильтрация исключает влияние излучения плазменного факела на точность расчёта истинной температуры. Оптимизированы параметры фотоприёмника многоспектрального пирометра для разложения собственного теплового излучения металлов по спектру.

Расчет распределения температурного поля в зоне взаимодействия осуществлялся согласно математической модели.

^(.(^•^-^■И^!'.'), <5)

где - коэффициенты, зависящие от температуры.

Решение этого уравнения аналитически возможно для упрощенных случаев, например, при рассмотрении воздействия точечного теплового источника с неограниченной мощностью и скоростью перемещения по поверхности полубесконечной поглощающей среды:

—--Л^, (6)

2

Л

где а ~ п - коэффициент температуропроводности; у0, г0- неподвижные с • р

координаты точки материала, совпадающие с подвижными координатами^ иг. Результат расчета показан на рисунке 11.

Рисунок И Температурные кривые расчетного воздействия ЛИ (ТЕМю) Как видно из рисунка, в пределах 0 ± 0,3 мм отклонение температуры не превышает 30°С. Как показывают экспериментальные исследования, такая разница температуры на поверхности металла не оказывает существенного влияния на распределение показателей качества ТП лазерного воздействия.

Для подтверждения данного вывода приведем примеры экспериментальных исследований зоны взаимодействия некоторых металлов с ЛИ. На фотографиях представлены микроструктуры циркония и стали 40 после воздействия ЛИ при различных мощностях.

а б в г

Рисунок 12 — Образцы циркония после воздействия ЛИ мощностью: а — 1 кВт; б — 0,8 кВт; в — 0,6 кВт; г — 0,4 кВт при скорости обработки 100 мм/с

а б В

Рисунок 13. Образцы из стали 40 после воздействия ЛИ мощностью: а — 1 кВт; б — 0,7 кВт; в — 0,5 кВт Скорость обработки и диаметр пятна ЛИ оставались неизменными. Из теории распределения интенсивности ЛИ при различных ТЕМтпчмодах можно предположить изменение формы зоны термического воздействия, что и было выявлено при анализе, выполненном лабораторией металлографических исследований Автомобильного завода ОАО «КамАЗ». Сделанные в лаборатории микрофотографии показали, что для химически активных металлов, к каковым относится и цирконий, существует пороговое значение плотности мощности излучения, при которой влиянием модового состава можно пренебречь (рисунок 12 а). При величинах плотности мощности ниже

Молибден

Сварном шов

порогового значения проявляется влияние модового состава, что хорошо видно на рисунке 12 б-г.

На основании проведенных исследованиях можно сделать вывод о незначительном влиянии модового состава энергии выше пороговых значений.

Проведенные экспериментальные исследования по сварке молибдена и стали 40 показывают стабильность качества сварного шва, как видно из фотографии (рисунок 14) и оценки микроструктур сваренных образцов (рисунок 9).

Рисунок 14 — Внешний вид сваренной детали из молибдена и стали 40

В заключении работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертационной работы. Поставленная цель — повышение качества лазерной сварки — достигнута за счет повышения точности позиционирования ЛИ на тугоплавком металле около сварного шва, определения угла наклона стыковой плоскости и внедрения разработанной структурной схемы САУ ЛТК с оптимизацией показателей качества управления.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ В результате выполнения диссертационной работы решены задачи, имеющие существенное значение.

1. В результате экспериментальных исследований и металлографического анализа сварных швов образцов из разнородных металлов разработана методика определения функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов, позволяющая на этапе технологической подготовки производства рассчитать требуемые значения показателей качества сварки разнородных металлов.

2. В результате экспериментальных исследований выявлено, что модовый состав ЛИ, определяющий распределение температуры по поверхности металла, не оказывает существенного влияния на качество ТП сварки разнородных металлов, что позволяет уточнить математическую модель управления процессом сварки в автоматизированном режиме.

3. Математическая модель распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ на металл с отражением функциональной зависимости от теплофизических характеристик свариваемых материалов позволяет прогнозировать качество сварного шва с разбросом значений их параметров не более 10%, что приводит к повышению эффективности автоматизированного процесса сварки разнородных металлов с требуемыми характеристиками.

4. Разработанный метод управления положением фокуса ЛИ относительно сварного шва с учетом ранее не учитывающейся геометрии стыковой поверхности для сварки разнородных металлов, сделал возможным получение сварного шва с заданными показателями качества, что повышает эффективность автоматизированного ТП сварки разнородных металлов. Смещение ЛИ относительно сварного шва не превышает 5 мкм, что составляет не более 1 % от ширины зоны сварки.

5. Повышение эффективности автоматизированного управления технологическим процессом за счет внедрения в автоматизированную систему управления

производством разработанной структурной схемы САУ ЛТК на основе информативных параметров из зоны обработки, измеряемых в режиме реального времени. Например, в ОАО «КАМАЗ» замена процесса напыления молибдена на маслосъемные кольца гильзы блока цилиндров на сварку повышает адгезионные свойства и увеличивает срок эксплуатации двигателя. Основное содержание работы отражено в следующих публикациях: Научные статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК-

1. Хамадеев, А. В. Влияние модового состава лазерного излучения на зону термического воздействия в металлах/ В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. К. Фардиев, Д. И. Исрафилов, Д. А. Башмаков // Вестник КГТУ им. Туполева, 2007. — № 2. — С.84-85.

2. Хамадеев, А. В. Позиционирование лазерного излучения относительно сварного шва как показатель качества технологического процесса/ В, В. Звездип, А. В. Хамадеев, Р. Г. Загаров, И. Р. Шангараев // Вестник КГТУ им. Туполева, 2008. — №3. — С.17-19.

3. Хамадеев, А. В. Поляризация теплового излучения как информативный параметр процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, Р. Ф. Зарипов // Вестник КГТУ им. Туполева, 2008. — № 3.

— С.88-91.

Научные статьи и материалы докладов.

4. Металлографические исследования материалов, обработанных лазерным лучом. / Р.Ш. Ильясов, В. В. Звездин, Ю.И. Шакиров, Р.Ф. Зарипов, А. В. Хамадеев, В.С. Кондратенко / Научно-технический отчет ВИНИТИ №5701-В-86,1986. — 118 с.

5. Хамадеев, А. В. Повышение качества лазерной сварки разнородных металлов/ В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Д. И. Башмаков, Р. С. Файрузов // Проектирование и исследование технических систем. Межвузовский научный сборник . — № 10. — Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2007. — С. 109 -111.

6. Хамадеев, А. В. Влияние модового состава лазерного излучения на показатели качества процесса закалки/ В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Д. И. Исрафилов // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. сборник. — Вып. № 10. - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2007. — С. 112 -115.

7. Хамадеев, А. В. Энергосбережение при проведении научно-исследовательских работ методом моделирования на примере высокоэнергетических процессов / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. С. Файрузов, И. X. Исрафилов, С. М. Портнов // Ресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI Международного симпозиума.

— Казань, 2007. — С.54-55.

8. Хамадеев, А. В. Внедрение высокоэффективных технологий как метод ресурсосбережения / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Р. Зиганшин, И. X. Исрафилов // Ресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI Международного симпозиума.

— Казань, 2007. — С.56-59.

9. Хамадеев, А. В. Моделирование параметров технологического процесса ионно-вакуумного комплекса / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. С. Файрузов, Д. И. Исрафилов //Третья Российская студенческая научно-техническая конференция «Вакуумная техника и технология». — Казань. —2007. — С. 153-154. 10. Хамадеев, А. В. Расчет канала управления положением лазерного излучения при сварке / Р. М. Алеев, В. В. Звездин, А. В. Хамадеев // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. сборник. — Вып. № 11. - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. — С. 33-38.

1). Хамадеев, А. В. Управление процессом лазерной маркировки / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Б. Каримов, Р. Г. Загиров, Р. Р. Юсупов // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. Сборник. — Вып.№11. - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. — С. 39-44.

12. Хамадеев, А. В. Стабилизация параметров лазерной сварки на основе измерения скорости вылета частиц / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Г. Загиров, Р. Р. Юсупов // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. сборник. — Вып.№11. - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. — С. 45-53.

13. Хамадеев, А. В. Модель формирования микроструктур в металлах при лазерной обработке/ В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Б. Каримов // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. сборник. — Вып.№11. - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. — С. 150-154.

14. Хамадеев, А. В. Анализ и исследование процесса позиционирования лазерного излучения относительно сварного шва/ В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, Г. С. Сафонов, Р. Г. Загиров // Образование и наука Закамья Татарстана: электронное периодическое издание. Вып. 11. — Наб. Челны: ИНЭКА, 2008. — http://kama.openet.ru:3128/site/new.

15. Хамадеев, А. В. Исследование процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами на основе поляризации теплового излучения / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, И. Н. Кузнецов, Р. А. Кисаев // Образование и наука Закамья Татарстана: электронное периодическое издание. Вып. 11. — Наб. Челны: ИНЭКА, 2008. — http7/kama-openet.ru:3128/site/new.

16. Хамадеев, А. В. Исследование температурных режимов лазерной сварки / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов И Межрегиональная научно-практическая конференция «Студенческая наука в России на современном этапе»: сборник докладов. — Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. — С. 168-170.

17. Хамадеев, А. В. Исследование процесса лазерной сварки молибдена и стали 45 / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2008. — № 4. — http://kampi.ru/sets.

18. Хамадеев, А. В. Зависимость показателей качества сварки от параметров лазерного технологического комплекса / В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, Д. А. Башмаков II Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2008. — № 4. — http://kampi.ru/sets.

Соискатель А. В. Хамадеев

Подписано в печать 18 11.2008 г

Формат 60x84/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уч-изд.л1,2 Усл.-печл 1,2 Тираж 100 экз

Заказ 1200 fj^Zg

Издательско-полиграфический центр Камской государственной инженерно-экономической академии 423810, г. Набережные Челны, Новый город, проспект Мира, 13. Тел /факс (8552) 39-65-99; e-mail ic@kampi nj

Введение

Глава 1. Анализ проблем по сварке разнородных металлов.

1.1. Патентно-информационный обзор по способам сварки разнородных металлов и элементам системы управления лазерных технологических комплексов.

1.2. Общие вопросы технологии сварки разнородных металлов.

1.2.1. Характеристика химически активных и тугоплавких металлов и их свариваемость.

1.2.2. Способы сварки разнородных металлов.

1.3. Методика расчета функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов.

1.3.1. Исследование процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами.

1.3.2. Анализ зоны-термического влияния ЛИ на металл.

1.3.3. Метод определения угла наклона плоскости сварочного шва относительно нормали к поверхности металла.

1.4. Параметры ЛТК, влияющие на показатели качества лазерной сварки

1.5. Микроструктурные исследования сварного шва.

1.6. Расчет температурного поля в зоне взаимодействия.

1.6.1. Зависимость показателей качества сварки от параметров лазерного технологического комплекса.

Выводы

Глава 2. Оптико-физические методы исследования зоны взаимодействия лазерного излучения с металлами.

2.1. Модель формирования микроструктур в металлах при лазерной обработке.

2.1.1. Описания процессов, происходящих в зоне термического воздействия.

2.1.2. Определение размеров зон.

2.1.3. Выводы.

2.1.4. Математическая модель теплового поля.

2.2. Исследование поляризационных характеристик теплового излучения металлов.

2.2.1. Поляризация теплового излучения как информативный параметр процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами.

2.2.2. Оптимизация способа измерения степени поляризации теплового излучения.

2.2.3. Решение оптимизационной задачи по обеспечению требуемых параметров системы измерения поляризационных характеристик.

2.2.4. Измерение степени поляризации по двум замерам интенсивности излучения.

2.3. Методы измерения смещения фокуса лазерного излучения относительно сварного шва.

2.4. Выводы.

Глава 3. Анализ и синтез системы управления лазерного технологического комплекса сварки металлов.

3.1. Синтез структурной схемы системы автоматического управления.

3.1.1. Описание структуры САУ.

3.1.2. Алгоритм функционирования САУ.

3.1.3. Линеаризация передаточных функций звеньев САУ.

3.2. Анализ САУ ЛТК.

3.2.1. Математические модели элементов системы управления.

3.2.2. Расчет показателей качества каналов САУ.

3.2.3. Расчет устойчивости и запасов устойчивости.

3.2.4. Определение качества регулирования.

Выводы

Глава 4. Анализ полученных результатов и разработка принципиально новых звеньев ЛТК.

4.1. Метод управления положением фокуса ЛИ.

4.1.1. Позиционирование ЛИ относительно сварного шва.

4.2. Канал лазерной подсветки для контроля положения фокуса лазерного излучения.

4.2.1. Расчет параметров блока активного контроля геометрии сварного шва

4.2.2. Энергетическая оценка.

4.3. Элементы САУ.

4.3.1. Спектральный пирометр.

4.4. Теоретико-экспериментальное исследование влияния модового состава ЛИ.

4.5. Металлографические исследования сварных швов разнородных металлов.

Выводы

Основные результаты работы.

Повышение эффективности и качества выпускаемых изделий машиностроительного производства на современном этапе возможно только при комплексном внедрении прогрессивных технологий и автоматизации технологических процессов.

К перспективным технологиям относится и лазерная технология [1-6], позволяющая обеспечить требуемые показатели качества различных технологических процессов, среди которых наибольшее распространение нашли сварка, резка, упрочнение и др.

Для получения неразъемных соединений в промышленности применяется сварка. В качестве материалов свариваемых изделий из разнородных металлов часто используются тугоплавкие металлы в сочетании с конструкционными. С целью обеспечения высоких показателей качества сварного соединения при производстве ответственных деталей применяется электронно-лучевая сварка. При всех ее достоинствах она обладает рядом существенных недостатков. Основным из них является необходимость обеспечения вакуума в зоне сварки. Применение лазерной сварки (JIC) позволяет получать неразъемные соединения в среде инертных газов при атмосферном давлении [1,7,21-34].

Однако применение лазерного излучения (ЛИ), как высокоэффективного технологического инструмента, сдерживается неудовлетворительными точностными характеристиками системы управления лазерных технологических комплексов (ЛТК). Это обусловлено низкой информативностью параметров, измеряемых в реальном времени хода технологического процесса (ТП) и характеризующих физико-химические свойства сварного шва [8,20]. Все это обуславливает необходимость проведения анализа и синтеза системы автоматического управления (САУ) для обеспечения заданного ТП.

Использование лазерной технологии сварки деталей из тугоплавких и химически активных металлов (молибден, вольфрам, титан, цирконий и их сплавы) в сочетании с конструкционными металлами, позволяющей стабилизировать заданные показатели качества сварного шва (микротвердость, глубина шва, отсутствие непроплавов, пор, раковин и т. д.), требует применения новых подходов к управлению процессом сварки.

Решение этой задачи заключается в оптимальном выборе параметров звеньев САУ ЛТК для обеспечения заданных показателей качества технологической операции, где в качестве критерия оптимальности выступает его эффективность.

В настоящее время в литературе отсутствует информация о попытках применения методов оптимизации решения поставленной задачи, об алгоритмах управления и особенностях распределения теплового поля, возникающего в переходной зоне сварного шва разнородных металлов. Недостаточно полно обоснована взаимосвязь между показателями качества ТП сварки и параметрами ЛТК. Это связано со сложностью протекающих физико-химических процессов при взаимодействии концентрированных источников энергии с поверхностью металлов и отсутствием информативных параметров из зоны взаимодействия, измеряемых в реальном времени.

Комплексный подход при разработке ЛТК включает решение задачи анализа и синтеза его системы управления с обратными связями по информативным параметрам из зоны взаимодействия излучения с металлом, измеряемым в реальном времени с применением новых методов обработки [1-3]. Экспериментальные исследования по сварке разнородных металлов лазерным излучением позволяют решать задачи моделирования процесса управления параметрами ЛТК для достижения заданных показателей качества ТП [1-9].

В связи с этим исследования физических закономерностей взаимодействия лазерного излучения с металлами при сварке, различных методов обработки информативных параметров из зоны взаимодействия, способов расчета оптимальных характеристик САУ, формирование стыка, разработка методов и алгоритмов управления ЛТК по параметрам, измеряемым в реальном времени, для повышения эффективности производства является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности ЛТК сварки разнородных металлов с требуемыми характеристиками качества сварного шва за счет повышения точностных характеристик процесса измерения информативных параметров и формирование стыка на основе теплофизических расчетов распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ на этапе технологической подготовки производства.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные задачи:

- проведены экспериментальные исследования влияния внешних факторов на показатели качества лазерной сварки разнородных металлов;

- разработана методика расчета функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов с учетом влияния распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ;

- проанализированы результаты теоретико-экспериментальных исследований влияния модового состава ЛИ на распределение температуры по объему зоны сварки для выявления зависимости показателей качества ТП и использовать их в расчетах;

- рассчитаны оптимальные параметры ЛИ на основе математической модели с учетом распределения температурного поля по объему зоны взаимодействия излучения на стыке свариваемых разнородных металлов;

- исследовано влияние информативных параметров САУ ЛТК, измеряемых в реальном времени из зоны сварки, на стабильность характеристик ТП;

- найдена возможность улучшения характеристик сварки разнородных металлов за счет управления положением фокуса ЛИ с учетом наклона стыковой поверхности и отклонение фокуса относительно сварного шва.

Методы исследований. В работе для решения поставленных задач использовались современные стандартные методики.

Для исследования микротвердости и микроструктуры сварного шва применялись поперечные шлифы. Для выявления микроструктуры поверхностного слоя в металлах применяли стандартные методы изготовления шлифов.

Металлографический анализ структуры упрочненного слоя проводили с помощью микроскопа «ММР-4». Съемку микроструктуры проводили цифровым фотоаппаратом.

Измерение микротвердости осуществляли с помощью микротвердомера «Дюримет» при нагрузках 50 гр. и 100 гр.

Для решения поставленных задач использованы методы математического и имитационного моделирования, реализованные в рамках численных экспериментов. Экспериментальные исследования по взаимодействию лазерного излучения с металлами проводились на лазере «Хебр-2,5» с использованием методов металлографического анализа образцов. Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением математической статистики с доверительной вероятностью 0,95 и пакетов прикладных программ SciLAB и OpenOffice.org 3.0 Math.

Научная новизна:

1. Методика расчета функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов на основе математического моделирования распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ для обеспечения требуемых значений показателей качества сварки разнородных металлов (отсутствие прожигав, непроваров, пор, раковин, глубина и ширина шва, микротвердость и т. д.) на этапе технологической подготовки производства в автоматическом режиме.

2. Методика расчета оптимальных параметров режимов ТП на основе математической модели, в отличие от известных подходов, учитывает функциональную зависимость параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов, что приводит к повышению эффективности автоматизированного процесса сварки разнородных металлов с требуемыми характеристиками качества сварного шва.

3. Теоретико-экспериментальное исследование влияния модового состава ЛИ, определяющего распределение температуры по объему зоны взаимодействия ЛИ с металлом, позволяющее уточнить математическую модель управления процессом сварки в автоматическом режиме.

4. Метод управления положением фокуса ЛИ, в отличие от известных, учитывает наклон стыковой поверхности и отклонение фокуса относительно сварного шва на основе теплофизических расчетов, что повышает показатели качества автоматизированного ТП сварки разнородных металлов.

5. Совершенствование звеньев САУ ЛТК на основе измерения информативных параметров в реальном времени из зоны сварки, обеспечивающих стабилизацию характеристик ТП для получения сварных деталей с заданными показателями качества.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Широкое применение предложенного способа стабилизации показателей качества 111 позволит снизить ограничения по выбору свариваемых пар разнородных металлов, что существенно расширяет возможности применения лазерной технологии сварки;

2. Разработанный метод определения угла наклона плоскости сварочного шва относительно нормали к поверхности металла в зависимости от количества тепла, необходимого для нагрева и расплавления единицы объема разнородных металлов на основании теплофизических расчетов распределения температурного поля в зоне шва, предназначен для конструкторских и технологических отделов и бюро предприятий машиностроения;

3. Разработанная методика расчета установки зоны воздействия ЛИ относительно стыковой линии является основой для комплексной автоматизации, что позволяет совершенствование технологии сварочного производства с использованием лазерного излучения;

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по лазерной сварке разнородных металлов расширяют область знаний, используемых в учебном процессе вуза или при переподготовке специалистов.

5. Внесен вклад в развитие лазерных технологических комплексов с регулируемыми выходными параметрами с расчетом показателей качества сварки разнородных металлов. и

6. Результаты диссертационной работы являются теоретической основой для расчета технологических параметров сварки деталей и позволяют сформулировать рекомендации по граничным значениям показателей качества с целью повышения эффективности ТП.

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы на практике в работе ФГУП «СКТБ «Мединструмент» (г. Казань), ФГУП «НПО «Государственный институт прикладной оптики» (г. Казань), ЗАО НПО «Оптоойл» и учебном процессе ИНЭКА и КГТУ им. А. Н. Туполева (КАИ).

На защиту выносятся следующие научные положения и выводы:

1. Новые факторы, влияющие на стабильность показателей качества ТП лазерной сварки, выявленные путем исследования результатов металлографического анализа сваренных образцов из разнородных металлов, и повышающие эффективность автоматизированного управления ТП с требуемыми характеристиками качества сварного шва.

2. Уточненная математическая модель распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ для расчета параметров стыка на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований их функциональной зависимости от теплофизических характеристик свариваемых металлов.

3. Методика определения оптимальных параметров режимов ТП лазерной сварки на основе функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов

4. Способ управления положением фокуса ЛИ относительно сварного шва с учетом его геометрии для получения требуемых значений показателей качества сварки разнородных металлов в автоматическом режиме на основе расчета установки по результатам математического моделирования распределения теплового поля в зоне сварки.

5. Обоснование выбора параметров звеньев САУ ЛТК на основе расчета математической модели распределения температурного поля по объему зоны взаимодействия излучения на стыке свариваемых металлов, обеспечивающих требуемые значения и стабилизацию характеристик ТП.

Личный вклад автора в диссертационную работу состоит: в выборе и обосновании методики разработки САУ и проведения экспериментальных исследований, анализе, синтезе, расчете параметров и обобщении полученных данных.

Структура и объём диссертации. Диссертация содержит 130 страниц машинописного текста, 66 рисунков и 5 таблиц и состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 107 наименований.

Основные результаты работы

В результате выполнения диссертационной работы решены задачи, имеющие существенное значение.

1. В результате экспериментальных исследований и металлографического анализа сварных швов образцов из разнородных металлов разработана методика определения функциональной зависимости параметров стыка от теплофизических характеристик свариваемых металлов, позволяющая на этапе технологической подготовки производства рассчитать требуемые значения показателей качества сварки разнородных металлов.

2. В результате экспериментальных исследований выявлено, что модовый состав ЛИ, определяющий распределение температуры по поверхности металла, не оказывает существенного влияния на качество ТП сварки разнородных металлов, что позволяет уточнить математическую модель управления процессом сварки в автоматизированном режиме.

3. Математическая модель распределения теплового поля в зоне воздействия ЛИ на металл с отражением функциональной зависимости от теплофизических характеристик свариваемых материалов позволяет прогнозировать качество сварного шва с разбросом значений их параметров не более 10%, что приводит к повышению эффективности автоматизированного процесса сварки разнородных металлов с требуемыми характеристиками.

4. Разработанный метод управления положением фокуса ЛИ относительно сварного шва с учетом ранее не учитывающейся геометрии стыковой поверхности для сварки разнородных металлов, сделал возможным получение сварного шва с заданными показателями качества, что повышает эффективность автоматизированного ТП сварки разнородных металлов. Смещение ЛИ относительно сварного шва не превышает 5 мкм, что составляет не более 1 % от ширины зоны сварки.

5. Повышение эффективности автоматизированного управления технологическим процессом за счет внедрения в автоматизированную систему управления производством разработанной структурной схемы САУ ЛТК на основе информативных параметров из зоны обработки, измеряемых в режиме реального времени. Например, в ОАО «КАМАЗ» замена процесса напыления молибдена на маслосъемные кольца гильзы блока цилиндров на сварку повышает адгезионные свойства и увеличивает срок эксплуатации двигателя.

1. Григорьянц А. Г., Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров; под ред. А. Г. Григорьянца; — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 664 с.

2. Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии. — М.: Изд-во МЭИ, 1988.

3. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н. Оборудование и технология лазерной обработки материалов. М.: Высшая школа, 1990.

4. Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Чирков А. М. Гибридные технологии лазерной сварки: Уч. пособие. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 52 е.: ил.

5. Дьюли У. Лазерная технология и анализ материалов: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986.

6. Реди Дж. Промышленные применения лазеров: Пер. с англ. — М.: Мир, 1981.

7. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник./Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, И. В. Зуев, А. Н. Кокора. М.: Машиностроение, 1985.496 с.

8. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Д. А. Башмаков, Р. С. Файрузов. Повышение качества сварки разнородных металлов // Межвузовский научный сборник. «Проектирование и исследование технических систем» г. Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2007. — №10. - С. 109 - 111.

9. Гуревич С. М. Сварка химически активных и тугоплавких металлов и сплавов: Б-ка электросварщика. — М.: Машиностроение, 1982. — 95 е.: ил.

10. Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

11. Коваленко B.C. Лазерная технология: Учебник. — Киев: Высш. шк., 1989.

12. Романец В. А. Новые процессы производства металла: состояние иперспективы/ В. А. Романец // Металлург. 2001. — № 11 С.12

13. Виноградов Б.А., Гавриленко В.К, Либенсон М.Н. Теоретические основы воздействия лазерного излучения на материалы: Учеб. пособие для вузов. — Благовещенск: Благовещ. политех, ин-т, 1993.

14. Андрияхин В.М. Процессы лазерной сварки и термообработки. — М.: Наука, 1988.

15. Веденов А.А.,. Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

16. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А.Г. Григорьянца. Кн. 5: А.Г. Григорьянц, И.Н. Шиганов. Лазерная сварка металлов. —М.: Высш. шк., 1988.

17. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций: Учеб. пособие для вузов / С.А. Куркин, В.М. Ховов, Ю.Н. Аксенов и др.; Под ред. С.А. Куркина, В.М. Ховова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.

18. Ерофеев В.А. ■ Прогнозирование качества электронно-лучевой и лазерной сварки на основе компьютерного моделирования / Под общ. ред. В.А. Судника, В.А. Фролова. — Тула: Тульск. гос. ун-т, 2002.

19. Гуреев Д.М., Ямщиков С.В. Основы физики лазеров и лазерной обработки материалов: Учеб. пособие. — Самара: Изд-во Самарск. гос. ун-та, 2001.

20. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. — М.: Машиностроение, 1984.

21. Авраамов Ю.С., Шиганов К.Н., Шляпин А.Д. Сварка и модификация поверхности металлических композиционных материалов. — М.: ГИНФО, 2002.

22. Виноградов Б.А., Костюков Н. С, Харичева Д.Л. Герметичные металлокерамические соединения. —М.: Наука, 2004.

23. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т 1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г. А. Абильсиитов, В. С. Голубев, В. Г. Гонтарь и др.; Под общ. ред. Г. А. Абильсиитова. — М.: Машиностроение,1991.

24. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т 2: Системы автоматизации. Оптические системы. Системы измерения / Г. А. Абильсиитов, В.Г. Гонтарь, А.А. Колпаков и др.; Под общ. ред. Г. А. Абильсиитова. —М.: Машиностроение, 1991.

25. Лазерные технологические установки, выпускаемые в странах СНГ: Каталог-справочник/ Под. ред. И. Б. Ковша — 2-е изд. М.: Издательство НТИУЦ ЛАС, 1998. - 114 с.

26. Промышленное применение лазеров / Под ред. Г. Кебнера; Пер. с англ. под ред. И.В. Зуева. — М.: Машиностроение, 1988.

27. Рахманов Б.Н., Чистов Е.Д. Безопасность при эксплуатации лазерных установок. — М.: Машиностроение, 1981.

28. Мощные газоразрядные СОг-лазеры и их применение в технологии / Г. А. Абильсиитов, Е. П. Велихов, А. Г. Григорьянц и др. —М.: Наука, 1984.

29. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов: В 7 кн. / Под ред. А.Г. Григорьянца. Кн. 1: B.C. Голубев, Ф.В. Лебедев. Физические основы технологических лазеров. — М.: Высш. шк., 1987.

30. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов: В 7 кн. / Под ред. А.Г. Григорьянца. Кн. 2: B.C. Голубев, Ф.В. Лебедев. Инженерные основы создания технологических лазеров. — М.: Высш. шк., 1988.

31. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 3: А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов. Методы поверхностной лазерной обработки. —М.: Высш. шк., 1987.

32. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 4: А. Г. Григорьянц, А. А. Соколова. Лазерная обработка неметаллических материалов. — М.: Высш. шк., 1987.

33. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7 кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 6: А. Г. Григорьянц, А. Н. Сафонов. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. —М.: Высш. шк., 1988.

34. Лазерная техника и технология: Учеб. пособие для вузов. В 7кн. / Под ред. А. Г. Григорьянца. Кн. 7: А. Г. Григорьянц, А. А. Соколов. Лазерная резка металлов. — М.: Высш. шк., 1988.

35. Научно-технический отчет «Металлографические исследования материалов, обработанных лазерным лучом» / В. В. Звездин, Р. Ш. Ильясов, В. С. Кондратенко, А. В. Хамадеев, Р. Ф. Зарипов. — ВИНИТИ, № 5701-В-86, 1986.

36. Арханова А. М. Теплотехника/ А. М. Арханова. — М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2004. 712с.

37. Архитектура и модели систем статистического моделирования/ В. А. Песошин, В. И. Глова, В. М. Захаров, 3. Т. Яхина // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева, 1997, вып. 4.

38. Кожевников Ю. В. Теория вероятностей и математическая статистика/ Ю. В. Кожевников. М.: Машиностроение, 2002. - 415 с.

39. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов. Исследование температурных режимов лазерной сварки // Межрегиональная научно-практическая конференция «Студенческая наука в России на современном этапе» / сборник докладов. Наб. Челны, 2008. — С. 168 - 170

40. А.с. 2001135137/02 Россия. МПК В23К9/23. Способ получения сварного соединения деталей из разнородных металлов / В. И. Бобков, А. Н. Вычеров — 2001135137/02; Заявлено 26.12.01; Зарегистрировано 10.07.03.

41. А.с. 2003102401 Россия. МПК В23К11/02, доп. индекс МПК В23К103:18. Способ стыковой контактной сварки сопротивлением разнородных металлов / В. Ф. Чернов, А. Г. Потапов — 2003102401/02; Заявлено 27.01.03; Зарегистрировано 20.07.04, А7.

42. А.с. 2000118455 Россия. МПК В23К11/02,. Способ стыковой контактной сварки сопротивлением разнородных металлов / В. Ф. Чернов — 2000118455/02; Заявлено 11.07.2000; Зарегистрировано 20.09.02, А7.

43. А.с. 2188106 Россия. МПК В23К11/02. Способ стыковой контактной сварки сопротивлением разнородных металлов / В. Ф. Чернов — 2000118455/02; Заявлено 11.07.2000; Зарегистрировано 27.08.02, С2.

44. А.с. 2127178 Россия. МПК В23К20/16. Способ соединения деталей из разнородных металлов / А. Ф. Солоухин, Б. А. Селиверстова, JI. В. Урядов, А. А. Трухина— 96113252/02; Заявлено 04.07.96; Зарегистрировано 10.03.99, С1.

45. А.с. 2123417 Россия. МПК В23К20/16. Способ диффузной сварки разнородных материалов / Е. М. Слюсаренко, Э. Ю. Керимов, М. В. Софьин, Б. Е. Победря, В. И. Горбачев, И. Л. Гузей — 97117498/02; Заявлено 09.10.97; Зарегистрировано 20.12.98, С1.

46. А.с. 2121418 Россия. МПК В23К31/02 (B23K33/00). Способ соединения концентрично расположенных деталей из разнородных материалов / Ю. Н. Аксенов, С. Ю. Петров, А. Ю. Богачев, А. И. Голышев — 97120348/02; Заявлено 08.12.97; Зарегистрировано 10.11.98, С1.

47. Пат. 2062189 Россия. МПК В23К009/02 В23К009/23. Способ сварки плавлением разнородных сталей и сплавов / В. Б. Николаев, В. В. Рощин, В. Н. Гульбин, В. М. Захаров, В. А. Суворов, В. В. Соснин, О. А. Хоменко, В. И. Кузин — 93053346, С1.

48. А.с. 897433 СССР. МКИ В 23К 9/16. Способ сварки разнородных металлов плавлением / Е. И. Егоров, А. Г. Меркулов; Заявлено 24.04.80; Зарегистрировано 15.01.82.

49. Свет Д. Я. Оптические методы измерения истинных температур. — М.: Наука, 1982.

50. Пат. 2 269 401 Беларусь. МПК В23К 26/20. Способ лазерной сварки металлов / В. Н. Мышковец, А. В. Максименко, С. В. Шалупаев, А. Н. Тучин, С. Н. Юркевич — 2003104668/02; Заявлено 17.02.03; Зарегистрировано 27.08.04; Опубл. 10.02.06, Бюл. № 4. С2.

51. А.с. 1600480 СССР. МПК G01J5/60. Способ измерения температуры металла / В. В. Звездин — 4268562; Заявлено 02.04.87; Зарегистрировано 15.06.90, (1990, бюл. 38, стр. 260)

52. Поскачей, А. А. Оптико-электронные системы измерения: температуры/ А.А. Поскачей, Е.П. Чубаров. М.:Энергия, 1979, 208с.

53. Пат. 2256887, Россия, МПК G01J4/04. Способ измерения степени: поляризации / В. В. Звездин, Р. Б. Каримов, В. В. Заморский, И. В. Кутуева, (Россия). — 2003130610/28; Заявлено 15.10.03; Опубл. 20.07.05. Бюл. 20 — СЛ.

54. Пат. 2003121076/28 Россия. МПК G 01J 5/60. Способ измерения: цветовой температуры металла / Р. Б. Каримов, В. В. Звездин, И. С. Сабиров; Заявлено 08.07.2003; Опубл. 10.05.05, Бюл. № 13. С2.

55. Гортышов Ю. А. Теория и техника теплофизического эксперимента/ Ю. А. Гортышов, Ф. Н. Дресвянников, Н. С. Идиатуллин и др.; Под ред. В. К. Щукина. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздатэ 1993.-448 с.

56. В. А. Москалев. Теоретические основы оптико-физических: исследований. —Л.: Машиностроение, 1987. — С. 261.

57. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Р. Зиганшин, И. X. Исрафилов. Внедрение высокоэффективных технологий как метод ресурсосбережения // Ресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI Международного симпозиума. — Казань, 2007. С.56 -59.

58. Аззам Р. Эллипсометрия и поляризованный свет/Р. Аззам, Н. Башара. — М.; Мир, 1981. 584с.

59. Несканирующие тепловизионные приборы: Основы теории и расчета/Р. М. Алеев, В. П. Иванов, В. А. Овсянников. — Казань: Изд-во Казанского университета, 2004. — 228 с.

60. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB: учебный курс. — С.-Пб: Питер, 2000.— 432 е.: ил.

61. Каганов В. И. Радиотехника + компьютер + Mathcad /В. И. Каганов. М.: Горячая линия-Телеком, 2001. - 416 с.

62. Метьюз Дж. Г. Численные методы. Использование MATLAB/ Дж. Г. Метьюз, К. Д Финк. 3-е издание.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 720 с.

63. Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов /М. М. Мирошников. Л.: Машиностроение, 1983. - 696 с.

64. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования/ И. П. Норенков. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2006. - 448 с.

65. Кожевников, Ю.В. Теория вероятностей и математическая статистика/ Ю.В. Кожевников. М.: Машиностроение, 2002. - 415с.

66. Криксунов, JI.3. Справочник по основам инфракрасной технике/ Л.З. Криксунов. М.: Сов.радио, 1978. - 399 с.

67. Краснов, М.Л. Вся высшая математика. Учебник. Т.5. Изд. 2-е, исправл./ М.Л. Краснов, А.И. Киселев, Г.И. Макаренко и др. М.:Эдиториал «УРСС», 2002. - 296с. .

68. Песоишн, В.А. Моделирование. Вероятностные дискретные модели. Учебное пособие./ В.А. Песошин, В.И. Глова, В.М.Захаров, С.В. Шалагин. Казань, Изд-во «АБАК», 1998 г. 50с.

69. Арсеньев, Ю.Н. Проектирование систем логического управления на микропроцессорных средствах: Учеб. пособие для вузов по спец: «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»/ Ю.Н. Арсеньев, В.М. Журавлев. М.:Высш. шк., 1991.-319 с.

70. Справочник по теории автоматического управления/ под ред. А.А. Красновского М.: Наука, 1987.

71. Канаев, Е.М. Промышленные роботы. Книга 1. Общие сведения о промышленных роботах/ Е.М. Канаев, Ю.Г. Козырев, Б.И. Черпаков, В.И. Царенко. М.:Высшая школа, 1987. - 48 с.

72. Плахотников К. Э. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Методология и практика/ К. Э. Плахотников. — М.: Эдиториал «УРСС», 2003. 280 с.

73. Попов Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления: Учебное пособие/ Е. П. Попов. М.: Наука, 1988.-256 с.

74. Сванидзе Э. Н., Харлампович О. Я. Технологические лазеры: Экономичность и границы эффективности. —М.: Машиностроение, 1990.

75. Сом А. И. Лазер + плазма: поиск новых возможностей в наплавке/ А. И. Сом, И. В. Кривцун // Автоматическая сварка, 2000.— № 12. — С. 3641.

76. Степнов, М. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. Справочник/ М. Степнов. — М.: Машиностроение, 2005. — 400 с.

77. Физические величины: Справочник / А. П. Бабчиев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под. Ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

78. Топчеев Ю. И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: Учеб. пособие для втузов/ Ю. И. Топчеев. — М.: Машиностроение, 1989.

79. Сварка. Резка. Контроль: Справочник: В 2 т. / Под общ. ред. Н.П. Алешина. Г.Г. Чернышева. — М.: Машиностроение, 2004.

80. А.с. 1767792 СССР. МПК G01J5/60. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом / В. В. Звездин, А.З. Асанов — 4799870; Заявлено 08.06.92; Зарегистрирован 08.06.92. (1992, бюл. 37, стр. 217)

81. Турчак JI. И. Основы численных методов/ JI. И. Турчак, П. В. Плотников. М.: Наука, 2002. - 304 с.

82. Барвинок В. А. Мордасов В. И., Мурзин С. П. К вопросу формирования температурных полей при лазерной поверхностной обработке/ В. А. Барвинок, В. И. Мордасов, С. П. Мурзин // Изв. Академии наук «Металлы», 1995. № 3. С. 147-152.

83. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Б. Каримов, Р. Г. Загиров, Р. Р. Юсупов. Управление процессом лазерной маркировки // Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» — Наб. Челны, 2007. — №11. С. 39 - 44.

84. Волчкевич JI. Автоматизация производственных процессов/ JI. Волчкевич. М.: Машиностроение, 2007. — 380 с.

85. Гарднер М.Ф., Бэрнс Дж. JI. Переходные процессы в линейных системах /пер. с англ. Зубков П. И., Либкинд М. С. М.: «Физико-математическая литература», 1981.

86. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер. с англ.— М.: Мир, 1985 — 509 е., ил.

87. Фалевич Б. Теория алгоритмов. Учебное пособие / Б. Фалевич. -М.: Машиностроение, 2004. 160 с.

88. Песошин В.- А., Глова В. И., Захаров В. М. Синтез автономных автоматных моделей для статистического моделирования // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева, 1997. — вып. 4.

89. Филачев, A.M. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы/ А. М. Филачев, И. И. Таубкин, М. А. Тришенков. М.: Физматкнига, 2005.-384 с.

90. Численный расчет температурных полей металлических образцов под воздействием лазерного излучения. Моделирование и оптимизация сложных систем. Вестник Киевского университета, № 3, 1984.

91. В. В. Звездин, Н. В. Янчар, Р. Р. Валиахметов. Пути повышения эффективности процесса сварки циркониевых сплавов // Проектирование и исследование технических систем: Межвузовский научный сборник. Вып. 2. — г. Наб. Челны: изд-во КамПИ, 2002. С. 83 - 89.

92. А. В. Хамадеев, В. В. Звездин, Р. К. Фардиев, Д. А. Башмаков, Д. И. Исрафилов. Влияние модового состава лазерного излучения на зону термического воздействия в металлах // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. — №2, 2007.-С. 84-85.

93. В. В. Звездин, Р. М. Алеев, А. В. Хамадеев. Расчет канала управления положением лазерного излучения при сварке // Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» -Наб. Челны, 2007. — №11. С. 33 - 38.

94. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Б. Каримов. Модель формирования микроструктур в металлах при лазерной сварке // Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» Наб. Челны, 2007. — №11. - С. 150- 154.

95. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. Г. Загиров, И. Р. Шангараев. Позиционирование лазерного излучения относительно сварного шва как показатель качества технологического процесса // Вестник КГТУ им. Туполева, 2008. № 3. - С. 84 - 85.

96. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, Р. Ф. Зарипов. Поляризация теплового излучения как информативный параметр процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами // Вестник КГТУ им. Туполева. 2008. - № 3. - С. 86 - 88.