автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Разработка концепции построения систем управления и электрооборудования установок для прецизионной электронно-лучевой сварки

На правах рукописи

Щербаков Алексей Владимирович

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

Специальность 05.09.10 - Электротехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

О 1 г,.-

^ 1 ¡'.¡М:1 ДІЛ/

Москва-2012

005045157

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (НИУ МЭИ) на кафедре Физики электротехнических материалов и компонентов, автоматизации электротехнологических комплексов

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Рубцов Виктор Петрович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Нгуен Куок Ши НИУ МЭИ, доцент каф. ОФиЯС

доктор технических наук, профессор Люшинскнй Анатолий Владимирович,

ОАО «РПКБ», главный специалист

доктор технических наук, профессор Генкин Валерий Александрович, Филиал «НИИД» ФГУП «ММПП «Салют», директор

Ведущая организация КБ ХИММАШ им. A.M. Исаева - филиал

ФГУП "ГКНГЩ им. М.В.Хруничева"

Защита диссертации состоится « 22 » июня 2012 г. в аудитории М-611 в «/4» часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при НИУ МЭИ по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 13

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый Совет НИУ МЭИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ МЭИ

Автореферат разослан «/ » мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Электронно-лучевая технология обеспечивает проведение процесса сварки плавлением в технологическом вакууме Ю^.-ЛО"5 Па. К известным преимуществам технологии относится возможность получения сварных швов с отношением глубины шва к ширине более 10, а также достижение плотности мощности в пятне нагрева до 107 Вт/см2, что обеспечивает минимизацию сварочных деформаций и зоны структурных превращений. Поэтому с момента создания первых образцов оборудования, в которых мощность электронного пучка не превышала 1 кВт, прослеживалось стремление разработчиков к повышению его мощности, что было необходимо для проведения однопроходной сварки изделий больших толщин (свыше 100 кВт). Однако на сегодняшний день в машиностроении возникла потребность в оборудовании для электронно-лучевой сварки малогабаритных и тонкостенных изделий, с толщинами стенок менее 1 мм, или прецизионной сварки. Развитие вакуумной техники, электроники и систем управления, обеспечивает высокую точность управления параметрами процесса, компактность и энергетическую эффективность оборудования. Это позволяет в этой области в полной мере использовать и такие преимущества электронно-лучевой сварки, как безынерционность изменения параметров электронного пучка и надежная защита изделия от взаимодействия с атмосферными газами.

Процесс сварки тонкостенных малогабаритных изделий может длиться всего несколько секунд, а в ряде случаев - менее секунды, что обусловлено необходимостью снижения вводимой энергии для предотвращения перегрева или деформации. Эти обстоятельства повышают требования к точности регулирования процесса сварки, и зачастую вынуждают оператора методом «проб и ошибок» определять параметры технологического режима, что приводит к повышению затрат времени и материальных ресурсов. Внедрение микропроцессорной техники для управления параметрами технологического режима

электронно-лучевой сварки и непрерывной регистрации данных в процессе сварки значительно расширяет возможности оборудования. Использование таких систем повышает точность управления процессом, но не позволяет отказаться от экспериментального определения параметров режима, что обусловлено повышенными требованиями к точности и скорости регулирования параметров процесса. Как показывает практика, особые требования предъявляются не только к системам управления, но и к исполнительной части - источникам электропитания, приводам, средствам контроля и наблюдения.

Таким образом, для удовлетворения современных требований качества сварных соединений малых толщин, воспроизводимости параметров технологического процесса прецизионной сварки, энергетической эффективности и экономичности производства, необходима разработка концепции с целью систематизации процесса разработки основных элементов электронно-лучевого оборудования для прецизионной сварки, включая системы управления. Построение систем управления в этом случае должно базироваться на глубоком анализе процессов преобразования энергии в источниках электропитания, а также при формировании электронного пучка и сварного шва в изделии. Разработка концепции и основ теории построения систем управления процессами в сварочной ванне обеспечит возможность получения сварных соединений с заданными характеристиками в автоматическом режиме. При этом особенно актуально определять не только параметры режима сварки, но и закон их регулирования, обеспечивающий воспроизводимость характеристик сварного соединения и требуемый температурный режим изделия заданной формы. Решение данной задачи позволит создавать современное электронно-лучевое оборудование для прецизионной сварки, оснащенное программно-аппаратными комплексами для управления, обеспечивающими повышение точности и воспроизводимости заданных параметров сварных соединений.

Решаемая проблема - совершенствование методов управления процессами в сварочной ванне при сварке малогабаритных и тонкостенных изделий, обеспечивающих повышение эффективности сварочного оборудования и снижение брака.

Объектом исследования являются процессы, протекающие в электронно-лучевой установке для сварки прецизионных изделий.

Предмет исследования: процессы, протекающие в электронно-лучевой пушке, сварочной ванне, источниках питания и системах управления электронно-лучевых сварочных установок, а также методики проектирования режимов работы оборудования.

Цель исследования - разработка концепции, основ теории построения и методик проектирования режимов работы электрооборудования и систем управления установками, для прецизионной электронно-лучевой сварки, обеспечивающих повышение качества и воспроизводимость сварного шва на основания анализа физических процессов, протекающих при сварке в электронно-лучевых установках.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ современного состояния, тенденций развития и технологических требований к сварным соединениям тонкостенных изделий с целью выявления перспектив модернизации оборудования для прецизионной электроннолучевой сварки, обеспечивающих повышение качества сварных соединений.

2. Разработка новых технических решений источников питания, электронных пушек, оснастки и систем управления, удовлетворяющих современным технологическим требованиям прецизионной электронно-лучевой сварки.

3. Разработка основ теории формирования сварного соединения тонкостенных деталей с использованием комплекса электротехнологического оборудования, включающего в себя электронно-лучевую установку, источники питания и системы управления процессом сварки.

4. Идентификация электронно-лучевой установки и процессов формирования сварного соединения как объектов управления.

5. Разработка моделей процессов, протекающих в сварочной ванне, источниках питания, исполнительных приводах перемещения изделия и системах управления.

6. Экспериментальное исследование процессов формирования сварных соединений в электронно-лучевых установках с целью выявления основных режимов работы оборудования при сварке тонкостенных и малогабаритных изделий, динамических характеристик подсистем, участвующих в технологическом процессе и зависимостей показателей качества сварного соединения от параметров оборудования и возмущающих факторов.

7. Экспериментальное исследование процессов в электронных пушках, источниках электропитания и приводах перемещения изделий для выявления особенностей режимов работы оборудования при сварке малогабаритных и тонкостенных изделий для уточнения параметров оборудования, обеспечивающего формирование сварного соединения.

8. Разработка и экспериментальная проверка параметрических моделей для управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки.

9. Совершенствование методов непрерывного контроля процессов в сварочной ванне для их использования при сварке тонкостенных и малогабаритных изделий.

10. Разработка общей концепции построения систем и алгоритмов управления установками для прецизионной электронно-лучевой сварки, обеспечивающих повышение качества и воспроизводимости параметров сварных соединений.

11. Аналитическое и экспериментальное исследования разработанных систем управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки с целью проверки полученных решений.

Методы исследования

При решении поставленных в диссертационной работе задач использованы: положения теории теплопередачи и массопереноса, теории сварочных

процессов, теоретических основ электротехники и автоматического управления, аналитические и численные методы математического моделирования. При проведении расчетов использовались программные пакеты структурного имитационного моделирования, статистические методы Монте-Карло. Экспериментальные исследования проводились на действующем технологическом оборудовании. Для регистрации данных использовались поверенные средства измерений. Разработано программное обеспечение для снятия и обработки данных и управления технологическими режимами.

Обоснованность и достоверность научных результатов подтверждается корректностью принимаемых допущений, обоснованностью принятых методов исследований и совпадением теоретических и экспериментальных данных, полученных на действующих установках.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа современного состояния и требований к прецизионной электронно-лучевой сварке, тенденций развития электрооборудования, систем управления и методик проектирования.

2. Метод теоретического анализа процессов преобразования энергии, протекающих в источниках электропитания, электронной пушке, и при взаимодействии электронного пучка с изделием.

3. Математические модели процессов, протекающих при прецизионной электронно-лучевой сварке и критерии оценки режимов работы электротехнологического оборудования.

4. Результаты обработки аналитических и экспериментальных данных, позволяющие сформулировать требования к программно-аппаратным технологическим комплексам для прецизионной электронно-лучевой сварки.

5. Методика комплексного проектирования электрооборудования, систем управления и режимов работы электронно-лучевых установок для прецизионной сварки.

6. Методика использования параметрических алгоритмов для управления процессом сварки тонкостишых и малогабаритных изделий и исследования динамических характеристик процесса.

7. Методологический подход к определению структуры системы управления современной электронно-лучевой установки для прецизионной сварки.

8. Примеры применения научных и технических решений, предложенных в работе, для повышения технологических показателей сварных соединений тонкостенных и малогабаритных деталей.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. В результате анализа современных технологических требований и уровня развития элементной базы, разработана новая концепция построения систем управления процессом и проектирования режимов работы оборудования при электронно-лучевой сварке тонкостенных и малогабаритных изделий.

2. Разработаны и экспериментально обоснованы физико-математические модели для анализа процессов, протекающих при взаимодействии электронного пучка с материалом изделия и критерии для их применения.

3. На основании результатов аналитических и экспериментальных исследований разработана методика определения технологических режимов прецизионной электронно-лучевой сварки, обеспечивающая расчет временных зависимостей регулируемых параметров установки, выбор частоты и формы импульсов тока электронного пучка, параметров развертки и перемещения.

4. Разработаны компьютерные параметрические модели для математического описания процессов в источнике электропитания, электронной пушке, и в свариваемом изделии, пригодные для использования в составе программно-аппаратного комплекса для управления процессом электронно-лучевой сварки.

5. Предложен оригинальный алгоритм старт-стопного управления шаговым приводом для перемещения изделия в установках для прецизионной сварки, обеспечивающий расширение диапазона используемых технологических режимов сварки.

Практической ценностью обладают предложенные в работе методики определения технологических режимов прецизионной электронно-лучевой сварки, а также оригинальные технические решения, реализованные в электрооборудовании для электронно-лучевой сварки. С использованием методик, которые базируется на физико-математической модели процесса электроннолучевой сварки, был создан ряд параметрических моделей, реализуемых программно в диалоговом режиме. Технически реализован принцип использования параметрических моделей для управления процессами прецизионной сварки в электронно-лучевой установке с помощью микропроцессорных средств. Показана перспективность проведения сварки в импульсном режиме с варьируемой формой импульса тока электронного пучка, и старт-стопным управлением приводом перемещения изделия. Предложен ряд технических решений, обеспечивающих повышение энергетической эффективности, экономичности при производстве и гибкости управления элементами электрооборудования установок для прецизионной электронно-лучевой сварки, которые защищены патентами.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы использованы при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполняемых в ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», связанных с разработкой технологии сварки изделий, применяемых в энергетическом машиностроении, точном приборостроении и медицинской промышленности. Часть работ выполнялась по программам развития приоритетных направлений науки и техники.

Предложенные технические решения и методики определения параметров технологических режимов сварки использованы в работах, выполняемых ЗАО «ЭлектроИнтел» и ЗАО «Интек-Аналитика».

Элементы комплексной методики проектирования электронно-лучевого технологического оборудования, предложенной в работе, использованы при

чтении лекций, руководстве выполнения курсовых и дипломных проектов студентов.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX-X Всероссийских семинарах «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики», Москва, 2009-2011, XX Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва, 2008, XI-XII Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», Алушта, Украина, 2008-2010, Всероссийская научно-техническая конференция «Успехи современной электротехнологии», г.Саратов, 2009, Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий», г. Екатеринбург, 2011, VIII-ой Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век ", г. Орел, 2010, Международной конференции «Информационные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании», г. Бишкек, Киргизия, 2011, Всероссийской конференции "Интеграция науки и образования как фактор опережающего развития системы профессионального образования", г. Москва, 2011, Постоянно-действующем семинаре по вакуумной технике, г. Москва, 2009-2011, XVII Congress energy, economically sound, ecologically respectful, educationally enforced electrotechnol-ogies , St.Petersburg, 2012, Tenth anniversary international conference on electron beam technologies, Varna, Bulgaria, 2012

Публикации

Основные результаты диссертации изложены в 29 печатных работах, в том числе 16 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, и четырех патентах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 10 глав, заключения, библиографического списка из 210 наименований, 2 приложения, содержит 270 страниц основного текста и 102 иллюстрации, 5 таблиц.

Соответствие научной специальности. Исследования, проводимые в рамках диссертационной работы, полностью соответствуют области исследования, приведенной в паспорте специальности 05.09.10 - Электротехнология по пунктам 1, 2, 3, 4, а именно:

1. Развитие общей теории электротехнологических комплексов и систем, изучение системных свойств, связей и механизмов протекания процессов, их физическое, математическое, компьютерное моделирование.

2. Обоснование совокупности технических, технологических, экономических, экологических и социальных критериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации электротехнологических комплексов и систем.

3. Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнологических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного управления.

4. Исследование работоспособности и качества функционирования электротехнологических комплексов и систем в различных режимах при разнообразных внешних воздействиях.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, дается общая характеристика работы.

Первая глава посвящена анализу развития технологии, электрооборудования и систем управления установок прецизионной электронно-лучевой сварки. Анализируется состояние научных исследований, вкладов ученых и организаций в развитие электронно-лучевой технологии и оборудования для полу-

чения сварных соединений. Приводится классификация систем управления режимом электронно-лучевой сварки.

Определен объект исследования - электронно-лучевая установка для сварки тонкостенных изделий - класс оборудования, которое в настоящее время интенсивно развивается на основе быстро изменяющейся силовой и управляющей полупроводниковой элементной базы.

В последнее время интерес к электронно-лучевой сварке и пайке тонкостенных изделий с толщинами до 1 мм, или прецизионной сварки, значительно вырос. Сегодня данная технология активно внедряется в производство изделий вакуумной и криогенной техники, медицинских имплантов, точной механики, микродвигателей, малогабаритных теплообменников, гироскопических приборов, корпусов микроэлектронных приборов, а также пайке металлокерамиче-ских изделий и выводов микросхем.

Как показывает практика, мощность электронного пучка при осуществлении упомянутых процессов, изменяется в диапазоне 0,1 — 1 кВт, поэтому

данный класс оборудования занимает промежуточное положение между установками для микросварки, которые строятся на базе электронных микроскопов, и мощными сварочными установками, используемыми для сварки деталей больших толщин. Технические и компоновочные решения, используемые ранее в установках малой мощности, сегодня нуждаются в частичной или полной переработке, ввиду изменения технологических требований и элементной базы. Кроме того, в РФ на сегодняшний день отсутствуют, как государственные, так и отраслевые стандарты в области оборудования и технологий прецизионной электронно-лучевой сварки (ЭЛС). Эти обстоятельства вынуждают разработчиков проектировать оборудование, либо используя компоненты мощных серийных сварочных электронно-лучевых установок, либо внедряя совершенно новые технические решения в условиях отсутствия нормативной документации. Очевидна необходимость разработки специальных технических решений, а также методики комплексного проектирования установок данного класса. Для решения этой задачи необходимо учитывать особенности технологии сварки тонкостенных изделий, а также принимать во внимание накопленный опыт в области создания сварочных установок малой мощности.

На рис. 1 приведена функциональная схема электронно-лучевой установки для прецизионной сварки. В состав установки входят: электронная пушка 1, вакуумная камера 2, манипулятор 3, оснастка для установки изделия 4, система вакуумной откачки 5, источник электропитания 6, и система управления 7. Для малогабаритных изделий предпочтительна схема с неподвижной электронной пушкой и перемещаемым изделием. Электронная пушка является основным технологическим «инструментом» установки, определяющим энергетические и геометрические характеристики теплового источника, возникающего в изделии при воздействии пучка электронов. В состав электронной пушки входит катод 8, анод 9, и управляющий электрод 10. Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются и фокусируются в электрическом поле, формируемым системой электродов «катод - управляющий электрод - анод». Корректировка пространственного положения пучка осуществляется системой юсти-

ровки 11, а его фокусировку на плоскости изделия обеспечивает фокусирующая магнитная линза 12. Для отклонения электронного пучка от оси симметрии пушки применяются отклоняющие системы 13. Для наблюдения за ходом процесса используются оптические системы 14. Показано, что для целей прецизионной ЭЛС целесообразно применять трехэлектродные термоэмисионные пушки, оснащенные металлическими катодами прямого накала.

Трудности разработки современных систем управления процессом ЭЛС обусловлены сложностью физических процессов формирования рабочего пучка электронов, его взаимодействия с поверхностью свариваемых материалов, и невозможностью контроля большинства регулируемых величин. Поэтому, тенденции развития систем управления направлены на повышение качества и обеспечение повторяемости показателей сварного соединения, снижение трудоемкости при эксплуатации и повышение КПД оборудования. Несмотря на большое количество теоретических и практических разработок, выполненных как отечественными, так и зарубежными специалистами, проблему нельзя считать полностью решенной.

Анализ литературных данных, а также опыта выполнения ряда научно-исследовательских работ, посвященных разработке технологий сварки тонкостенных изделий, позволил выявить некоторые специфические особенности, присущие данному сегменту технологии. Так, для прецизионной сварки стандартные методы определения параметров режима не всегда применимы. Поэтому необходимо глубокое рассмотрение процессов формирования неразъемных соединений деталей малых толщин.

Вторая глава посвящена разработке основ теории формирования сварных соединений и управления процессами прецизионной электронно-лучевой сварки. Предлагаются различные модели процессов формирования сварного соединения тонкостенных изделий, учитывающие геометрические параметры электронного пучка и изделия, пригодные для анализа процессов прецизионной электронно-лучевой сварки.

Анализ технологии ЭЛС тонкостенных изделий выявил некоторые отличия данных процессов от процессов сварки деталей больших толщин. Так, например, в большинстве случаев при сварке тонколистовых изделий и герметизации используют «мягкие» режимы, не обеспечивающие высоких отношений глубины шва к ширине. Параметры технологических режимов сварки тонкостенных изделий, которые были определены в работе аналитическими и экспериментальными методами, приведены в табл.1.

Таблица 1

Параметры технологических режимов прецизионной электронно-лучевой сварки

ч. Процесс Параметр х Сварка трубы и продольного блока имплаїгта для остеосинтеза(угловое соединение) Сварка трубы с заглушкой (стыковое замковое соединение) Герметизация корпуса интегральной схемы (стыковое соединение с отбортов-кой кромок) Сварка крышек усиленного корпуса электронного прибора (на-хлесточное соединение)

Схема процесса труба ГМ \ блок о труб^^ заглушка 'е- 1? крышка 1

Толщина изделий, мм 0,5 мм (труба), 2 мм (блок) 0,2 мм (труба) 0,2 мм 1 мм (крышка)

Материал изделий Сталь 08Х18Н10 2г1№> 29НК АМгб

Скорость сварки, м/ч 50 60 35 45

Ускоряющее напряжение, кВ 40 40 40 60

Ток пучка, мА 11 8 7 10

Эффективный диаметр пучка, мм1 0,5 0,5-0,6 0,4 0,3

Траекторный пробег электронов в изделии, мкм2 6,2 5,3 6,1 23

Ширина шва, мм 0,7 1 0,4 (на всю толщину изделия) 1,2

Глубипа шва, мм 0,8 0,5 0,35 2,3

1 приведен к дисперсии нормального распределения

2 определялся как средний траєкторний пробег при моделировании методом Монте-Карло

Проанализированы различные технологические приемы, применяемые при прецизионной ЭЛС. Так, для минимизации размеров зоны термического влияния и снижения сварочных деформаций сварку ведут в импульсных режимах, на высоких скоростях, используют периодическое отклонение пучка для равномерного прогрева изделия. Почти всегда необходимо использовать массивные теплоотводящие оправки, вводные и выводные планки для фокусировки пучка в рабочей плоскости, и для предотвращения образования выводных кратеров.

Для приведенных в табл. 1 режимов сварки диаметр пучка на 1-2 порядка превосходит траекторный пробег электронов в изделии, определяющий размеры области взаимодействия пучка с материалом. Установлено, что учет объемного распределения плотности теплового потока в изделии для большинства конструкционных материалов, необходим лишь при диаметрах пучка менее 0,1 мм. Поскольку технологические режимы с мощностью пучка до 1 кВт и минимальными эффективными диаметрами 0,02-0,1 мм применяются лишь для резки листовых материалов и перфорации, то можно считать, что диаметр области взаимодействия электронов с материалом равен диаметру пучка. Как правило, при эффективных диаметрах пучка более 0,1 мм и энергиях электронов до 100 кЭв при отсутствии деформации поверхности источник нагрева может рассматриваться как поверхностный. Например, в случае распределения электронов, описываемого функцией Гаусса, распределение плотности теплового потока по поверхности определяется как

-г3

чЛг) = п ■ (1 ■- к^)ф-1 ■ и ■ е**,

где ктр - коэффициент отражения; г - радиальная координата расчетной точки; 7- ток электронного пучка; II - ускоряющее напряжение; гэфф - эффективный радиус электронного пучка, т| - эффективный кпд, определяемый прежде всего рассеянием электронов на аноде и лучепроводе электронной пушки.

Однако, для некоторых материалов и свариваемых изделий траекторный пробег соизмерим с толщиной изделия. В этом случае объемное распределение теплового источника необходимо учитывать. При взаимодействии электронных пучков с твердым телом энергетический баланс электронно-лучевого нагрева будет определяться упругим и неупругим отражением электронов. Термический КПД процесса электронно-лучевой обработки в меньшей степени зависит от эмиссии вторичных электронов, а также генерации теплового, светового и рентгеновского излучения. При определении пути электронов неупругими актами рассеяния можно пренебречь, так как лишь малая доля неупругих столкновений приводят к отклонению электронов на значительные углы. Наиболее точные результаты определения энергетических потерь электронного пучка при взаимодействии с изделиями заданной формы дает использование метода Монте-Карло. В предположении, что электроны теряют энергию на своем пути непрерывно, их тормозная способность будет описываться известным выражением

— = -78500- —

¿5 АБ \ ] Г

где Е - энергия налетающего электрона; атомный вес, атомный номер

и эффективная энергия ионизации материала изделия соответственно.

Вычисление траектории электрона и его энергетических потерь выполняется последовательно для каждой частицы. Длина сводного пробега и телесные углы рассеяния определяются в соответствии с параметрами материала С учетом энергии электрона. Вычисления производятся до тех пор, электрон не покинет изделие, или его энергия не снизится до некоторой пренебрежимо малой величины.

Указанную процедуру иллюстрируют траектории движения электронов в материале, приведенные на рис. 2. После этого рассчитывается объемное распределение потерь энергии в твердом теле. Полученные результаты можно использовать для расчета распределения плотности теплового потока в изделии.

Рис. 2. Траектории электронов в изделиях, рассчитанные по методу Монте-Карло: а - при воздействии электронного пучка с энергией 50 кЭв на стык деталей из стали 12Х18Н10Т; б - при воздействии пучка с энергией 75 кЭв на стык мембран из титанового сплава толщиной 0,05 мм

Применение метода Монте-Карло для расчета распределения плотности теплового потока при сварке актуально не только для случая взаимодействия пучка с нерасплавленным материалом изделия.

При достаточной плотности теплового потока такое взаимодействие приводит к нагреву металла, его плавлению с образованием сварочной ванны и испарению. С ростом давления отдачи паров поверхность ванны (см. рис. 3) деформируется и образуется парогазовый канал. Движение расплава в сварочной ванне обусловлено целым рядом физических процессов, в том числе конвективным тепломассопереносом под действием градиента температур, а также вытеснением жидкой фазы под действием давления паров (потоки металла обозначены на рис. 3 стрелками). Таким образом, в квазистационарном режиме формирования канала с глубоким проплавлением металл одновременно находится в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Поэтому в общем случае необходимо рассматривать особенности прохождения электронного пучка через твердую, жидкую и газообразную среду.

Рис. 3. Схема процесса взаимодействия электронного пучка с металлом при

сварке

В процессе сварки плавлением, течение жидкости определяет форму жидкой ванны и распределение температуры в детали. Эти факторы определяют такие свойства материала, как микроструктура, твердость и шероховатость поверхности. Течение металла вызвано градиентом поверхностного натяжения на свободной поверхности (термокапиллярный эффект Марангони) и температурными градиентами в жидкой ванне (естественная конвекция).

Макроскопические движения жидкости или газа описываются общей системой уравнений гидродинамики. Эта система включает в себя уравнение движения Навье — Стокса, общее уравнение переноса тепла (уравнение энергии) и уравнение непрерывности, выражающее закон сохранения массы. Также необходимо добавить термическое уравнение состояния. Для решения таких комплексных задач целесообразно использовать современные пакеты имитационного моделирования, такие как Sysweld, Ansys, Fluent, Elsim, LaserCAD и ряд других. Расчет характеристик сварного соединения в этом случае может занять несколько часов.

Скорости на1рева и охлаждения изделия, время достижения стационарного режима и степени влияния зоны повторного нагрева при замыкании швов при сварке на мягких режимах в основном определяются процессами теплопроводности в твердой фазе. Как известно, данные процессы описываются уравнением теплопроводности. В случае, если теплофизические параметры материала изделия зависят от температуры, можно записать

где Т- температура; I - время; А(Т) - коэффициент теплопроводности; с(Г) -удельная теплоемкость вещества; р(Г) - плотность вещества; <54. - количество теплоты, выделяемое внутренними источниками в единице объема в единицу времени; х, у, г- декартовы координаты текущей расчетной точки.

В ряде случаев для расчета параметров технологического режима и определения алгоритмов управления процессом сварки для данного уравнения существуют аналитические решения (случай тонкого листа, полубесконечного тела, точечные и линейные движущиеся источники нагрева). Использование таких решений, рассмотренных в работе, дает вполне адекватные результаты, например при расчете времени выхода процесса на стационарный режим, и может быть использовано при синтезе алгоритмов управления процессом сварки изделий простой формы.

В случае, если изделие имеет сложную форму, или сварка проводится по нелинейной траектории, предлагается использовать численные методы для решения уравнения теплопроводности. Рассмотрены методы учета теплоты фазовых переходов при моделировании сварочных процессов.

Например, при использовании метода конечных разностей непрерывная область изменения координат был заменена дискретной (рис. 4). Шаг дискретизации по координатам х, у, г устанавливается в зависимости от параметров задачи.

С)ип(Тх.у.7)

0»СГда)

ОЧад

Рис. 4. Схема модели сварки углового соединения с конечно-разностной сеткой: Оизл тепловой поток излучения; (}Т11 - отвод тепла в оснастку за счет теплопроводности

В работе предложен метод имитационного моделирования процесса электронно-лучевой сварки, в котором процесс формирования парогазового канала, определяющего отношение глубины шва к ширине, описывается выражением.

А.. *

ЛХ>У)>

г-ехр

'-В *л

Т

где 2пое(х,у) - координата поверхности расплава. у температура точки поверхности расплава, определенной на предыдущей итерации, р(Т ,) - плотность материала при данной температуре, § - ускорение свободного падения. Приведенные константы Ап* и Ва* являются функциями атомной массы и теплоты испарения материала. Данные константы являются идентификационными параметрами модели и определяются по экспериментальным данным для различных свариваемых материалов.

На следующем этапе работы метод Монте-Карло был использован для определения показателей энергетической эффективности процесса, а именно учета потерь энергии электронов пучка при упругом и неупругом отражении в условиях существования парогазового канала изменяющейся формы (рис. 5).

од 1 ю Ру, кг/м3

Рис. 5. Распределение потерь энергии электронов при прохождении через парогазовый канал ДИ'у, в твердой и жидкой фазе Дй^яи а также потерь на обратное рассеяние АИ'г при различной плотности паров в канале и графические представления потерь энергии, соответствующие различным плотностям паров; материал образца -железо; глубина канала ироплавления -1 мм, начальная энергия электронов - 40 кЭв

Было проанализировано влияние распределения плотности паров, формы и размеров канала на относительные потери энергии пучка в твердой и жидкой, газообразной фазах, а также потери на рассеяние.

Как при расчете параметров технологического режима, там и при проектировании оборудования, крайне важно учитывать не только статические, но и динамические характеристики источников питания, оказывающие влияние на работу электронной пушки, а также параметры системы перемещения изделия.

Поэтому в работе была предложена концепция расчета и управления процессами прецизионной сварки, основанная на использовании экономичной имитационной модели системы «источники питания - электронный пучок -привод - сварной шов», которую целесообразно использовать для определения режима сварки изделий.

В третьей главе рассматриваются принципы построения, характеристики и требования, предъявляемые к технологическому оборудованию для прецизионной электронно-лучевой сварки, включающему в себя вакуумные камеры, шлюзовые системы, манипуляторы для перемещения изделия и системы откачки.

На рис. 6 приведена схема формирования электронного пучка в трехэлектродной термоэмиссионной пушке. Это основной тип пушек, применяемых на сегодняшний день в установках для прецизионной сварки. Примерный вид траекторий электронов пучка и эквипотенциальных поверхностей Э в сварочной электронной пушке показан на рис. 6. Конфигурация полей, создаваемых анодом А и управляющим электродом УЭ, обеспечивает фокусировку электронного пучка за счет действия электростатических сил Лоренца Поперечные размеры электронного пучка в плоскости кроссовера как правило, намного меньше размеров катода. Поэтому для проведения процесса сварки в «кинжальном» режиме с помощью магнитной линзы (МЛ) проецируют на изделие И изображение кроссовера, а не катода. Условный диаметр пучка на изделии на рис. 6 обозначен как Д,.

Для электронной пушки как объекта управления существуют три основные входные величины - ток накала катода /,„ ускоряющее напряжение 17у и напряжение смещения Ь'с. Установлено, что если сварка производится в «мягком» режиме, существующие конструкции электронных пушек обеспечивают формирование пучков с приемлемыми характеристиками уже при 35-50 кВ. Для снижения разброса начальных скоростей электронов, также влияющих на

Рис. 6. Трехэлектродпая термо-эмиссиониая электронная пука с магнитной линзой

поперечные размеры пучка в плоскости кроссовера, ток накала необходимо по возможности снижать.

Непрерывное и импульсное регулирование тока электронного пучка в процессе сварки целесообразно осуществлять путем изменения напряжения смещения. Такой способ регулирования является наиболее энергетически эффективным и наименее инерционным. Однако необходимо учитывать и влияние поля управляющего электрода на геометрические характеристики пучка.

Экспериментальное исследование процессов формирования электронного пучка в пушке затруднено, поскольку внесение электродов в области с градиентом потенциала искажает формирующее электрическое поле. Для определения режимов работы электронных целесообразно использовать методы математического моделирования.

В случае действия объемного заряда пучка для расчета распределения электрического поля в вакууме используется уравнение

д2Ц 1 дЦ 1 д2Ц = р дг2 г дг 0г2 е0 ,

где £о - электрическая постоянная, р (г,г) - плотность пространственного заряда, создаваемого пучком заряженных частиц, расположенных в зоне действия поля, определяемая интегрально на множестве траекторий заряженных частиц, удовлетворяющих уравнению Лоренца.

Рис. 7. Результат траєкторного анализа сварочной электронной электронной пушки при ускоряющем напряжении 60 кВ и напряжении смещения 100 В

На сегодняшний день разработаны методы решения подобных задач, основанных на принципе наименьшего действия и приближениях параксиальной оптики, реализованные в виде программных пакетов Wincharge, CST Particle Studio, и ряд других. Эти средства могут быть использованы для установления связей между параметрами источников электропитания пушки и характеристиками формируемых пучков (рис. 7).

В главе также рассмотрены принципы построения сварочных манипуляторов и откачных систем. Показано, что для прецизионных ЭЛУ целесообразно использовать для перемещения изделий безлюфтовый привод на базе шаговых двигателей, установленных непосредственно в вакуумной камере, общий вид которых приведен на рис. 8.

ІПД-N

Рис. 8. Схемы манипуляторов для прецизионной электронно-лучевой сварки с двигателями, установленными внутри вакуумной камеры: а) двухкоординатный стол; б) трсхкоординатный манипулятор для сварки тел вращения; в) четырехкоординтаный манипулятор с револьверной головкой

Существенных особенностей выполнения вакуумной системы для прецизионных установок нет. Целесообразно использовать безмасляные откачные насосы, схемы с дифференциальной откачкой, и системы шлюзования.

В четвертой главе приводится классификация электрооборудования для прецизионной электронно-лучевой сварки, рассматриваются принципы

построения источников питания, режимы работы, характеристики и требования к ним. Показана целесообразность построения источников питания для прецизионных сварочных установок на базе транзисторов с использованием двойного преобразования частоты, что позволяет улучшить динамические и массогабаритные показатели.

Рис. 9. Инверторный энергоблок сварочной электронной пушки, построенный по схеме «суммирования» напряжений, в котором управление и измерение параметров осуществляется как на стороне низкого напряжения, так и под потенциалом катода электронной пушки

Как правило, все четыре источника, необходимые для проведения процесса сварки: источник питания ускоряющего напряжения ИПУН, источник

питания накала катода ИПН, источник питания смещения ИПС и источник питания фокусирующей линзы строятся по схеме с промежуточным преобразованием частоты на базе инверторов. На рис. 9 приведен вариант схемы с суммированием выпрямленных напряжений секций вторичной обмотки. Источник выполнен в виде моноблока, вырабатывающего ток накала катода, ускоряющее и управляющее напряжение. Целесообразность такой компоновки обусловлена тем, что все они находятся под высоким потенциалом относительно корпуса установки.

В этой главе проведено исследование работы источников питания в аномальных режимах, в частности при возникновении технологических пробоев в электронной пушке. Также разработаны математические модели всех элементов, входящих в состав системы электропитания трехэлектродной электронной пушки, и определены их динамические характеристики, используемые в дальнейшем при проектировании режимов работы установок для электроннолучевой сварки. На рис. 10 приведены осциллограммы, иллюстрирующие запуск источника питания ускоряющего напряжения. В данном случае принимается, что выходная емкость выпрямителя сетевого напряжения, который питает инвертор, уже заряжена. Кроме того, для удобства изложения методики анализа переходных процессов с помощью модели токи и напряжения на осциллограммах приведены в относительных величинах.

Рис. 10. Осциллограммы токов и напряжений, рассчитанные с помощью модели импульсного резонансного источника электропитания электронной пушки в режиме

запуска

Пятая глава посвящена разработке концепции построения систем и алгоритмов управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки. Приведена классификация систем управления процессом электронно-лучевой обработки, которые целесообразно использовать при сварке тонкостенных изделий, согласно которой можно выделить разомкнутые и замкнутые системы по отношению к параметрам сварочной ванны, а также непрерывные и импульсные системы с управлением по каналу управления параметрами электронного пучка и перемещения изделия.

Предварительное определение параметров технологического режима

По рекомендациям / опытным данным

Аналитический расчет

Численное моделирование

Управление вакуумной откачкой

і

Диагностика системы перемещения Диагностика системы электропитания Диагностика электронного пучка

Совмещение со стыком

Ё

Режим сварки

требования к точности совмещения со стыком

Визуальное совмещения со стыком

Автоматическое совмещение по вторично-

эмиссионным сигналам ♦

Автоматическое совмещение по оптическим сигналам

Процесс сварки

Сварка в разомкнутом режиме

Сварка с контролем эмиссионных сигналов

Сварка с контролем оптических сигналов

Управление мощностью электронного пучка

Управление перемещением электронного пучка

Управление фокусировкой электронного пучка

Управление перемещением изделия

Рис, 11. Структура системы управления процессом прецизионной ЭЛС

В шестой главе приводятся задачи, решаемые системами управления параметрами электронного пучка. Приведена классификация систем и основные принципы управления характеристиками электронного пучка применительно к задачам прецизионной сварки. Предложена методика построения идентификационной модели электронной пушки, позволяющая определять влияние параметров источника питания на геометрические характеристики пучка.

Модель электронной пушки, может быть представлена в регрессионной модели, пригодной для решения задач определения параметров технологических режимов. Рассмотрены характеристики и методы реализации непрерывных и импульсных систем для управления энергетическими и геометрическими характеристиками электронных пучков для решения задач сварки тонкостенных и малогабаритных изделий. Проведены исследования влияния формы, а также частотных и амплитудных характеристик импульсов тока пучка на форму областей проплавлення (рис. 13).

Рис. 12. Зависимости положения кроссовера от напряжения смешения при ускоряющих напряжениях 30 кВ (1), 50 кВ (2) и 75 кВ(3)

а б в

Рис. 13. Влияние напряжения смещения электронной пушки £7С на параметры электронного пучка 1 и области проплавлення 2 в медной пластине при ускоряющем напряжении 50 кВ: а - і/с=320 В (ток пучка 11 мА); б - ис= 201 В (ток пучка 27 мА); в - (7С=95 В (ток пучка 53 мА); непрерывно действующий электронный пучок перемещается со скоростью 30 м / ч; толщина пластины 5 мм

Результаты аналитических исследований сопоставлены с экспериментальными данными. Приводятся примеры реализации систем к конкретным технологическим задачам

В седьмой главе рассматриваются принципы построения, характеристики, методы исследования и режимы работы систем управления перемеще-

_ нием изделия, работающих в непре-

,-' рывном и импульсном режимах.

--/ Показана целесообразность ис-

,-' пользования канала перемещения изде-

--—і лия для управления параметрами сва-

0

И

рочной ванны, особенно в импульсном О--'—1-—-—-—-режиме, когда для обеспечения вос-

Рис. 14. Старт-стопное управления производимое™ теплового режима

шаговым двигателем в импульсном _ „ „„„„«„ „ , ,„

* сварки, импульс луча подается в мо-

режиме сварки г

мент фиксированной остановки привода (рис. 14). Предложены схемные решения привода и систем с управлением параметрами перемещения изделия, расширяющих функциональные возможности технологического оборудования. Известно, что для перемещения луча относительно изделия в процессе формирования сварного шва возможно использование двух способов: отклонение луча с помощью магнитной отклоняющей системы при неподвижном изделии и перемещение изделия при неизменной пространственной ориентации луча. На основе разработанной методики проводится исследование динамических характеристик каналов отклонения пучка и перемещения изделия.

Восьмая глава посвящена разработке методов идентификации исполнительных элементов системы управления процессом прецизионной сварки.

Установлено, что для электронной пушки основным каналом управления процессом сварки является изменение напряжения смещения при постоянном ускоряющем напряжении.

Обоснована возможность и целесообразность построения разомкнутых систем управления процессом сварки по встроенным моделям, допускающим коррекцию параметров по результатам контрольных измерений параметров, характеризующих тепловой режим сварочной ванны.

Применительно к сварке тонкостенных изделий целесообразным методом контроля можно считать измерение тока, проходящего через изделие. На рис. 15 приведены осциллограммы сигнала тока, проходящего через изделие /*ч и тока электронного пучка /*п, позволяющие идентифицировать режим сварочной ванны.

В девятой главе рассматриваются методики и стенды для экспериментальных исследований процессов электронно-лучевой сварки. Проверяется адекватность разработанных моделей. Приводятся методы определения технологических параметров процесса сварки и способы снижения погрешностей расчета и измерения.

Для определения зависимости между тепловым режимом сварочной ванны и током в изделии, были проведены экспериментальные исследования на установке микросварки типа ЭЛУРО-М. Схема экспериментального стенда приведена на рис. 16.

Отработка режимов сварки тонкостенных изделий в непрерывных и импульсных режимах проводилась на установках ЭЛА-50/5М и Ьагщиеріп А012.

Рис. 15. Осциллограммы тока электронного пучка (1*п) и тока, проходящего через изделие (1*м), снятые при токе пучка 2,5 мА (/*„], /*и1), и при токе пучка 4 мА (/*п2,1*м2), АТЬ АТ2 - вре-

менные интервалы плавления без интенсивного парообразования; ДА], ДЛ2 - соответствующие им снижения амплитуды тока; толщина изделия ОД мм, материал -Сталь12Х18Н10Т

Ґ, МКС

В работе использовались различные моды контроля параметров процесса и оборудования, описанные в главе.

Рис. 16. Схема измерения тока, проходящего через детали, и тока луча на установке ЭЛУРО-М; 1 - образец; 2 - фиксатор; 3 - корпус датчика; 4 - медная пластана; 5 - цилиндр Фарадея; 6 - керамические изоляторы; 7 - экранированные проводники

блок

Рис. 17. Фотографии швов, получепных в ходе экспериментальных исследований; а -вид образца для отработки технологических режимов электронно-лучевой сварки; б -вид сварного шва; в - макрошлиф сварного шва; ширина шва 0,7 мм, глубина - 0,8 мм

С применением предложенной методики были определены технологические параметры режима сварки стержней для интрамедуллярного остеосинтеза (медицинских имплантов). На рис. 17, а приведена фотография образца, который был использован для отработки рассматриваемой технологии сварки.

Наиболее приемлемые по геометрическим параметрам шва результаты были получены на режиме: скорость сварки 50 м/ч, ускоряющее напряжение 40 кВ, смещение электротгого пучка от стыка не более, чем на 0,1 мм в сторону продольного блока, ток сварки 10 мА. Вид шва приведен на рис. 17, б. Фотография макрошлифа сварного соединения приведена на рис. 17, в.

В главе приведен ряд технических решений, реализованных в конструкциях технологического оборудования. На рис. 18 приведена компоновка транзисторного источника питания сварочной электронной пушки, при разработке которого использовались технические решения автора.

Выработаны критерии по точности совмещения электронного пучка со стыком свариваемых деталей с учетом технологических требований и предельных характеристик технически реализуемых методов наведения.

Десятая глава посвящена разработке концепции проектирования оборудования и систем управления установками прецизионной электронно-лучевой сварки, основанной на комплексном подходе к определению состава параметров и режимов работы электрооборудования. Разработана принципиально новая методика определения параметров технологического режима электронно-лучевой сварки изделий произвольной формы, учитывающая характеристики исполнительных устройств установки и их взаимное влияние. Методика реализована на базе программно-аппаратного интерактивного комплекса (рис. 18), интегрируемого в состав электроннолучевой технологической установки. Результаты работы могут быть иримени-

Рис. 18. Общий вид инверторного источника электропитания сварочной электронной пушки мощностью 10 кВт: ТВБ - трансформаторно-выпрямительный блок; Инвертор УН - инвертор ускоряющего напряжения

мы к более широкому классу оборудования для электронно-лучевой технологической обработки различных материалов. Кроме того, разработанная методика обеспечит возможность осуществлять проектирование электроннолучевого оборудования, соответствующего заданным технологическим требованиям, в диалоговом режиме.

Рис. 19. Концепция разработки алгоритмов управления процессами прецизионной электронно-лучевой сварки

В приложениях приводятся современные конструкции сварочных электронных пушек и установок для прецизионной электронно-лучевой сварки, а также результаты исследований и внедрения предложенных разработок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании проведенного анализа состояния и тенденций развития технологии, электрооборудования и систем управления сформулированы цель и задачи исследования, показывающие целесообразность дальнейшего совершенствования сварочного комплекса на основе широкого использования современных средств компьютерной и микропроцессорной техники как для решения задач проектирования, так и управления технологическим процессом.

2. Показано, что современные тенденции замены традиционных источников питания, работающих на промышленной частоте на транзисторные источники питания с двойным преобразованием частоты в основном оказывают влияние на массогабаритные и энергетические показатели установок, но в меньшей степепи влияют на технологические показатели процесса сварки.

3. Разработан комплекс компьютеризированных методик проектирования режимов работы и систем управления сварочных электронно-лучевых установок.

4. На основе анализа особенностей режимов работы и требований к установкам для прецизионной электрогаго-лучевой сварки, характеризующимися высокими скоростями сварки и точностями перемещения изделия, обоснована целесообразность выделения их в отдельный класс и необходимость разработки специализированных методик анализа процессов, протекающих в системе «источник питания - электронная пушка — изделие».

5. На основе анализа динамических характеристик каналов управления электронным пучком и перемещением изделия обоснована концепция и разработаны системы управления тепловым режимом сварочной ванны, использующие шаговый привод перемещения изделия

6. Показана целесообразность использования статистических моделей, в частности метода Монте-Карло, для определения параметров теплового источника, формируемого электронным пучком, взаимодействующим с тонкостенными изделиями (менее 0,1 мм). При сварке крупногабаритных деталей,

можно упростить процедуру определения параметров теплового источника, рассматривая его как поверхностный.

7. Разработана методика, позволяющая определять величину потерь энергии при изменении формы парогазового канала и плотности паров, основанная на использовании метода Монте-Карло. Применение методики актуально для оценки энергетической эффективности параметров процесса.

8. Показано, что предложенный метод комплексного решения задачи определения электротехнологических параметров режима сварки несет в себе возможность прогнозирования вида задач, решение которых необходимо для получения требуемого сварного соединения.

9. Изложенный подход к прогнозированию процесса сварки позволяет ставить и решать обратную задачу - определение параметров технологического режима по заданным характеристикам сварного шва, и является следующим этапом в развитии систем управления технологическим процессом электронно-лучевой сварки.

10. Предложена и верифицирована имитационная модель процесса электронно-лучевой сварки, учитывающая геометрические параметры электронного пучка, и деформацию поверхности сварочной ванны под действием давления паров. Установлено, что модель может быть успешно использована для расчета характеристик сварных швов при сварке изделий различной формы, в том числе с существенной разницей толщин.

11. Разработан и апробирован метод синтеза технологических параметров электронно-лучевой сварки, обеспечивающий получение сварных швов с заданными характеристиками. Алгоритм реализован в программно-аппаратном комплексе установки прецизионной электронно-лучевой сварки. В виду высокой трудоемкости и длительности вычислений параметров сварных соединений алгоритм не может быть использован непосредственно для управления процессом сварки. Однако его применение обеспечит снижение затрат на экспериментальное определение параметров режимов.

12. Предложена концепция управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки и проектирования электротехнологического комплекса, в основу которой положено использование математических моделей и средств мониторинга параметров процесса, объединенных в аппаратно-программном комплексе управления установкой.

13. Разработаны экспериментальные стенды и методики проведения экспериментальных исследований и компьютерного имитационного моделирования, как на макетах, так и на опытно-промышленных электронно-лучевых технологических установках.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах Статьи в изданиях по перечню ВАК

1. Щербаков A.B. Анализ методов контроля параметров сварочной ванны при прецизионной электронно-лучевой сварке // Вестник МЭИ, 2011, №6, С.185-193

2. Щербаков A.B. Разработка алгоритмов адаптивного управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки на основании экспериментальных исследований // Электричество, 2010, №2, С.50-56

3. Щербаков A.B. Современные тенденции развития электрооборудования для прецизионной электронно-лучевой сварки и размерной обработки // Электротехника. 2010. №3, С. 42-48

4. Щербаков A.B., Беневольский Е.С. Коммутационные процессы в источниках питания сварочных электронных пушек при возникновении высоковольтных пробоев // Сварочное производство, 2010, №10, С.18-23

5. Щербаков A.B., Беневольский Е.С., Исследование переходных процессов возникновения пробоев в сварочных электронных пушках // Вестник МЭИ, 2011, №1, С. 41-48

6. Щербаков A.B., Гончаров A.JI., Портнов М.А. Разработка физико-математической модели для исследования процессов теплопередачи при электронно-лучевой сварке изделий произвольной формы // Сварочное производство, 2011, №11, С.6-13

7. Щербаков A.B., Гончаров A.JL, Слива А.П., Рыжкин P.A. Особенности применения методов математического моделирования для определения технологических параметров режима электронно-лучевой сварки // Сварочное производство, 2011, №3. - С.15 - 20.

8. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Исследование дискретного привода с шаговым двигателем при старт-стопном управлении // Вестник МЭИ, 2011, №3, С.63-68

9. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Контроль теплового режима плавления коррозионно-стойкой стали при прецизионной импульсной электроннолучевой сварке // Электрометаллургия. 2010. №4. С. 18-23

10. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Особенности построения манипуляторов для электронно-лучевых сварочных установок // Электротехника, 2011, №7, С.58-62

11. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Синтез системы управления тепловым режимом сварочной ванны в установке электронно-лучевой сварки // Вестник МЭИ, 2010, №3, С.78-85

12. Щербаков A.B. Разработка модели процессов взаимодействия электронного пучка с металлом применительно к задачам управления процессом сварки // Вестник МЭИ, 2012, №1, С.67-74

13. Щербаков A.B. Особенности процессов импульсного регулирования тока электронного пучка при прецизионной электронно-лучевой сварке // Электричество, 2012, №3, С.56-62

14. Щербаков A.B. Имитационная модель процесса электронно-лучевой сварки // Электрометаллургия, 2012, №3, С. 31-37

15. Щербаков A.B. Современные принципы построения источников питания электронно-лучевых сварочных установок // Электротехника, 2012, №4, С.48-52

16. Щербаков A.B., Гончаров A.JL, Чадова И.И. Методы определения параметров технологических режимов при электронно-лучевой сварке тонкостенных изделий // Вестник МЭИ, 2012, №2, С.85-90

Другие статьи и доклады

1. Щербаков А.В, Козлов А.Н., Даниловский А.Е., Зайцев А.И., Мозгано-ва Л.А., Юрьев A.A. Автоматизация технологического процесса напыления просветляющих покрытий в ИК-области / XX Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Тез. докл., М.:ОАО «Щербинская типография», 2008, С.93

2. Щербаков A.B. Автоматизация электронно-лучевого оборудования для сварки и размерной обработки малогабаритных деталей / IX Всероссийский семинар «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». Тез. докл. - М.: ФГУП «НПО «Орион», 2009, С.84

3. Щербаков A.B., Козлов А.Н., Мозганова Л.А., Даниловский А.Е., Зайцев А.И., Юрьев A.A., Уваев А.Г. Автоматизация процесса нанесения многослойных оптических покрытий на установках с ВЧ-катодными распылителями/ IX Всероссийский семинар «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». Тез. докл. - М.: ФГУП «НПО «Орион», 2009, С.37

4. Щербаков A.B. Исследование процесса взаимодействия электронного пучка с металлом при прецизионной сварке в ЭЛУ / Всероссийская научно-техническая конференция «Успехи современной электротехнологии». Труды конференции, Саратов, Издательство СГТУ, 2009, С.187-190

5. Щербаков A.B. Повышение энергетической эффективности электронно-лучевой сварочной установки / Труды VIII-ой Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век ", ОрГТУ, 2010, http://www.ispu.ru/node/6282

6. Щербаков A.B. Применение математических моделей для управления процессом электронно-лучевой сварки / Десятый всероссийский семинар «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». Тез. докл. - М.: ФГУП «НПО «Орион», 2011, С. 58-59

7. Щербаков A.B. Разработка компьютеризированной системы управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки / XII Международная

конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». Тр. — М.: МЭИ, 2008, С. 264

8. Щербаков A.B. Управление тепловым режимом сварочной ванны при электронно-лучевой сварке / Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2011. Сборник научных трудов. Екатеринбург: ФГА-ОУ ВПО УрФУ им. Б.Н.Ельцина, 2011, С. 251-255

9. Щербаков A.B., Гончаров АЛ. Внедрение результатов научно-исследовательских работ в образовательный процесс как фактор развития исследовательской базы / Всероссийская конференция «Интеграция науки и образования как фактор опережающего развития системы профессионального образования». Тр. - М.:НФПК, 2011, С. 145-148

10. Щербаков A.B. Применение методов физико-математического моделирования для синтеза алгоритмов управления процессом электронно-лучевой сварки / Международная конференция «Информационные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании». Тр. - Бишкек. :КГТУ им. Раззакова, 2011, С.127-129

Патенты

1. Патент РФ №102440, МПК Н02Р 8/20. Устройство для управления шаговым двигателем / Рубцов В. П., Щербаков А. В., Драгунов В. К. опубл. 27.02.201 l.-Бюл. №6.

2. Патент РФ №105213, МПК В23К 15/02, H01F 27/06, H01F 38/28. Трансформаторно-выпрямительный блок высоковольтного источника электропитания электронно-лучевой пушки / Беневольский Е. С., Гладышев О. М., Драгунов В. К., Медведев Е. И., Щербаков А. В. опубл. 10.06.2011.-Бюл. №16.

3. Патент РФ №107992, МПК В23К 15/02. Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки / Рубцов В. П., Щербаков А. В., Драгунов В. К., Ивашин Д. В. опубл. 10.09.2011.-Бюл. №25.

Подписано в печать Зак. U4 Тир. ЮО п.л. Л, 6

Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Введение.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВОК ПРЕЦИЗИ

ОННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

1.1. Технология прецизионной электронно-лучевой сварки.

1.2. Электрооборудование установок для прецизионной сварки.

1.3. Системы управления электронно-лучевыми установками для прецизионной сварки.

1.4. Формулирование целей и задач исследования.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ И ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРЕЦИЗИОННОЙ ЭЛЕК

ТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

2.1. Особенности формирования сварного соединения и управления процессом при прецизионной электронно-лучевой сварке.

2.2. Комплексная методика моделирования процессов, протекающих при электронно-лучевой сварке.

2.3. Энергетическая эффективность процесса прецизионной электронно-лучевой сварки.

2.4. Экономичные имитационные модели процесса электроннолучевой сварки тонкостенных изделий.

2.5. Применение аналитических моделей сварочных процессов.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАР

КИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ЕГО РАБОТЫ

3.1. Принцип действия, конструкция и характеристики электронных пушек для сварки малогабаритных изделий.

3.2.Методы исследования режимов работы электронных пушек.

3.3. Системы фокусировки и перемещения электронного пучка.

3.4. Особенности схем и конструкции манипуляторов для перемещения изделий с технологической оснасткой.

3.5. Основные принципы построения вакуумных систем установок для прецизионной электронно-лучевой сварки.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

4.1. Классификация и принципы построения источников электропитания электронно-лучевых сварочных установок.

4.2. Системы защиты от пробоев высокого напряжения.

4.3. Влияние динамических характеристик источников питания на работу электронной пушки при сварке.

4.4. Аномальные режимы работы источников электропитания.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРЕЦИЗИОННОЙ СВАРКИ

5.1. Классификация систем управления процессом электроннолучевой сварки.

5.2. Особенности систем управления процессом прецизионной сварки

5.3. Концепция построения систем управления процессом прецизионной сварки.

Выводы по главе 5.

ГЛАВА 6. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

6.1. Методика идентификации электронного пучка как объекта управления при сварке.

6.2. Методы реализации непрерывных систем управления параметрами электронного пучка.

6.3. Особенности построения систем электропитания и управления при импульсных режимах сварки.

6.2. Динамические характеристики канала отклонения луча.

Выводы по главе 6.

ГЛАВА 7. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ИЗДЕЛИЯ

7.1. Задачи, решаемые системами управления перемещением изделия

7.2. Управление перемещением в непрерывных режимах сварки.

7.3. Управление перемещением в импульсных режимах сварки.

7.4. Системы управления процессом сварки по каналу перемещения изделия.

Выводы по главе 7.

ГЛАВА 8. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССОВ ПРЕЦИЗИОННОЙ СВАРКИ

8.1. Решение задач управления процессом сварки с использованием моделей.

8.2. Методы непрерывного контроля параметров режима сварки.

Выводы по главе 8.

ГЛАВА 9. ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕС

СОВ ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

9.1. Методики и стенды для экспериментальных исследований процессов электронно-лучевой сварки.

9.2. Экспериментальная проверка адекватности разработанной модели тепломассопереноса при сварке.

9.3. Определение технологических параметров прецизионной электронно-лучевой сварки.

Выводы по главе 9.

ГЛАВА 10. КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОЙ СВАРКИ

10.1. Комплексный подход в проектировании оборудования для прецизионной электронно-лучевой сварки.

10.2. Концепция построения систем управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки.

Выводы по главе 10.

Электронно-лучевая технология обеспечивает проведение процесса сварки плавлением в технологическом вакууме ЮЛ.ЛО"5 Па. К известным преимуществам технологии относится возможность получения сварных швов с отношением глубины шва к ширине более 10, а также достижение

7 2 плотности мощности в пятне нагрева до 10 Вт/см , что обеспечивает минимизацию сварочных деформаций и зоны структурных превращений. Поэтому с момента создания первых образцов оборудования, в которых мощность электронного пучка не превышала 3 кВт, прослеживалось стремление разработчиков к повышению его мощности, что было необходимо для проведения однопроходной сварки изделий больших толщин (свыше 100 кВт). Однако на сегодняшний день в машиностроении возникла потребность в оборудовании для электронно-лучевой сварки малогабаритных и тонкостенных изделий, с толщинами стенок менее 1 мм, или прецизионной сварки. Развитие вакуумной техники, электроники и систем управления, обеспечивает высокую точность управления параметрами процесса, компактность и энергетическую эффективность оборудования. Это позволяет в этой области в полной мере использовать и такие преимущества электронно-лучевой сварки, как безы-нерционность изменения параметров электронного пучка и надежная защита изделия от взаимодействия с атмосферными газами.

Процесс сварки тонкостенных малогабаритных изделий может длиться всего несколько секунд, а в ряде случаев - менее секунды, что обусловлено необходимостью снижения вводимой энергии для предотвращения перегрева или деформации. Эти обстоятельства повышают требования к точности регулирования процесса сварки, и зачастую вынуждают оператора методом «проб и ошибок» определять параметры технологического режима, что приводит к повышению затрат времени и материальных ресурсов. Использование локальных регуляторов для стабилизации параметров источников электропитания и приводов перемещения повышает точность управления процессом, но не обеспечивает гарантированной воспроизводимости характеристик сварного шва из-за влияния различных возмущающих факторов. Особые требования предъявляются при этом не только к управляющим элементам систем управления процессом, но и к исполнительным элементам - источникам электропитания, приводам, а также к средствам контроля и наблюдения.

Таким образом, для удовлетворения современных требований качества сварных соединений малых толщин, воспроизводимости параметров технологического процесса прецизионной сварки, энергетической эффективности и экономичности производства, необходима разработка концепции с целью систематизации процесса разработки основных элементов электроннолучевого оборудования для прецизионной сварки, включая системы управления. Построение систем управления в этом случае должно базироваться на глубоком анализе процессов преобразования энергии в источниках электропитания, а также при формировании электронного пучка и сварного шва в изделии. Разработка концепции и основ теории построения систем управления процессами в сварочной ванне обеспечит возможность получения сварных соединений с заданными характеристиками в автоматическом режиме. При этом особенно актуально определять не только параметры режима сварки, но и закон их регулирования, обеспечивающий воспроизводимость характеристик сварного соединения и требуемый температурный режим изделия заданной формы. Решение данной задачи позволит создавать современное электронно-лучевое оборудование для прецизионной сварки, оснащенное программно-аппаратными комплексами для управления, обеспечивающими повышение точности и воспроизводимости заданных параметров сварных соединений.

Решаемая проблема — совершенствование методов управления процессами в сварочной ванне при сварке малогабаритных и тонкостенных изделий, обеспечивающих повышение эффективности сварочного оборудования и снижение брака.

Объектом исследования являются процессы, протекающие в электронно-лучевой установке для сварки прецизионных изделий.

Предмет исследования: процессы, протекающие в электронно-лучевой пушке, сварочной ванне, источниках питания и системах управления электронно-лучевых сварочных установок, а также методики проектирования режимов работы оборудования.

Цель исследования - разработка концепции, основ теории построения и методик проектирования режимов работы электрооборудования и систем управления установками, для прецизионной электронно-лучевой сварки, обеспечивающих повышение качества и воспроизводимость сварного шва на основания анализа физических процессов, протекающих при сварке в электронно-лучевых установках.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ современного состояния, тенденций развития и технологических требований к сварным соединениям тонкостенных изделий с целью выявления перспектив модернизации оборудования для прецизионной электроннолучевой сварки, обеспечивающих повышение качества сварных соединений.

2. Разработка новых технических решений источников питания, электронных пушек, оснастки и систем управления, удовлетворяющих современным технологическим требованиям прецизионной электронно-лучевой сварки.

3. Разработка основ теории формирования сварного соединения тонкостенных деталей с использованием комплекса электротехнологического оборудования, включающего в себя электронно-лучевую установку, источники питания и системы управления процессом сварки.

4. Идентификация электронно-лучевой установки и процессов формирования сварного соединения как объектов управления.

5. Разработка моделей процессов, протекающих в сварочной ванне, источниках питания, исполнительных приводах перемещения изделия и системах управления.

6. Экспериментальное исследование процессов формирования сварных соединений в электронно-лучевых установках с целью выявления основных режимов работы оборудования при сварке тонкостенных и малогабаритных изделий, динамических характеристик подсистем, участвующих в технологическом процессе и зависимостей показателей качества сварного соединения от параметров оборудования и возмущающих факторов.

7. Экспериментальное исследование процессов в электронных пушках, источниках электропитания и приводах перемещения изделий для выявления особенностей режимов работы оборудования при сварке малогабаритных и тонкостенных изделий для уточнения параметров оборудования, обеспечивающего формирование сварного соединения.

8. Разработка и экспериментальная проверка параметрических моделей для управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки.

9. Совершенствование методов непрерывного контроля процессов в сварочной ванне для их использования при сварке тонкостенных и малогабаритных изделий.

10. Разработка общей концепции построения систем и алгоритмов управления установками для прецизионной электронно-лучевой сварки, обеспечивающих повышение качества и воспроизводимости параметров сварных соединений.

11. Аналитическое и экспериментальное исследования разработанных систем управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки с целью проверки полученных решений.

Методы исследования

При решении поставленных в диссертационной работе задач использованы: положения теории теплопередачи и массопереноса, теории сварочных процессов, теоретических основ электротехники и автоматического управления, аналитические и численные методы математического моделирования. При проведении расчетов использовались программные пакеты структурного имитационного моделирования, статистические методы Монте-Карло. Экспериментальные исследования проводились на действующем технологическом оборудовании. Для регистрации данных использовались поверенные средства измерений. Разработано программное обеспечение для снятия и обработки данных и управления технологическими режимами.

Обоснованность и достоверность научных результатов подтверждается корректностью принимаемых допущений, обоснованностью принятых методов исследований и совпадением теоретических и экспериментальных данных, полученных на действующих установках. Основные положения, выносимые на защиту;

1. Результаты анализа современного состояния и требований к прецизионной электронно-лучевой сварке, тенденций развития электрооборудования, систем управления и методик проектирования.

2. Метод теоретического анализа процессов преобразования энергии, протекающих в источниках электропитания, электронной пушке, и при взаимодействии электронного пучка с изделием.

3. Математические модели процессов, протекающих при прецизионной электронно-лучевой сварке и критерии оценки режимов работы электротехнологического оборудования.

4. Результаты обработки аналитических и экспериментальных данных, позволяющие сформулировать требования к программно-аппаратным технологическим комплексам для прецизионной электронно-лучевой сварки.

5. Методика комплексного проектирования электрооборудования, систем управления и режимов работы электронно-лучевых установок для прецизионной сварки.

6. Методика использования параметрических алгоритмов для управления процессом сварки тонкостенных и малогабаритных изделий и исследования динамических характеристик процесса.

7. Методологический подход к определению структуры системы управления современной электронно-лучевой установки для прецизионной сварки.

8. Примеры применения научных и технических решений, предложенных в работе, для повышения технологических показателей сварных соединений тонкостенных и малогабаритных деталей.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. В результате анализа современных технологических требований и уровня развития элементной базы, разработана новая концепция построения систем управления процессом и проектирования режимов работы оборудования при электронно-лучевой сварке тонкостенных и малогабаритных изделий.

2. Разработаны и экспериментально обоснованы физико-математические модели для анализа процессов, протекающих при взаимодействии электронного пучка с материалом изделия и критерии для их применения.

3. На основании результатов аналитических и экспериментальных исследований разработана методика определения технологических режимов прецизионной электронно-лучевой сварки, обеспечивающая расчет временных зависимостей регулируемых параметров установки, выбор частоты и формы импульсов тока электронного пучка, параметров развертки и перемещения.

4. Разработаны компьютерные параметрические модели для математического описания процессов в источнике электропитания, электронной пушке, и в свариваемом изделии, пригодные для использования в составе программно-аппаратного комплекса для управления процессом электроннолучевой сварки.

5. Предложен оригинальный алгоритм старт-стопного управления шаговым приводом для перемещения изделия в установках для прецизионной сварки, обеспечивающий расширение диапазона используемых технологических режимов сварки.

Практической ценностью обладают предложенные в работе методики определения технологических режимов прецизионной электронно-лучевой сварки, а также оригинальные технические решения, реализованные в электрооборудовании для электронно-лучевой сварки. С использованием методик, которые базируется на физико-математической модели процесса электронно-лучевой сварки, был создан ряд параметрических моделей, реализуемых программно в диалоговом режиме. Технически реализован принцип использования параметрических моделей для управления процессами прецизионной сварки в электронно-лучевой установке с помощью микропроцессорных средств. Показана перспективность проведения сварки в импульсном режиме с варьируемой формой импульса тока электронного пучка, и старт-стопным управлением приводом перемещения изделия. Предложен ряд технических решений, обеспечивающих повышение энергетической эффективности, экономичности при производстве и гибкости управления элементами электрооборудования установок для прецизионной электронно-лучевой сварки, которые защищены патентами.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы использованы при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполняемых в ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», связанных с разработкой технологии сварки изделий, применяемых в энергетическом машиностроении, точном приборостроении и медицинской промышленности. Часть работ выполнялась по программам развития приоритетных направлений науки и техники.

Предложенные технические решения и методики определения параметров технологических режимов сварки использованы в работах, выполняемых ОАО «ЭлектроИнтел» и ЗАО «Интек-Аналитика».

Элементы комплексной методики проектирования электронно-лучевого технологического оборудования, предложенной в работе, использованы при чтении лекций, руководстве выполнения курсовых и дипломных проектов студентов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 10 глав, заключения, библиографического списка из 210 наименований, 2 приложения, содержит 270 страниц основного текста и 152 иллюстрации, 10 таблиц.

Выводы по главе 10

1.Приведены результаты анализа требований к составным элементам энергетического и электромеханического комплекса установки прецизионной электронно-лучевой сварки с учетом современных технологических требований.

2. Предложена и апробирована методика комплексного проектирования электрооборудования для прецизионной электронно-лучевой сварки, учитывающая взаимосвязи характеристик и технологических режимов работы оборудования, и позволяющая в диалоговом режиме определять параметры элементов и режимы их работы применительно к решаемой технологической задаче.

3. Показано, что предложенная методика особенно целесообразна в условиях отсутствия серийного производства оборудования для прецизионной электронно-лучевой сварки при растущей потребности в использовании электронно-лучевой технологии для сварки малогабаритных и тонкостенных изделий.

4. Показана целесообразность применения концепции управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки, основанной на использовании интерактивных средств идентификации объекта управления и адаптивных алгоритмов определения параметров технологического режима.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании проведенного анализа состояния и тенденций развития технологии, электрооборудования и систем управления сформулированы цель и задачи исследования, показывающие целесообразность дальнейшего совершенствования сварочного комплекса на основе широкого использования современных средств компьютерной и микропроцессорной техники как для решения задач проектирования, так и управления технологическим процессом сварки.

2. Показано, что современные тенденции замены традиционных источников питания, работающих на промышленной частоте на транзисторные источники питания с двойным преобразованием частоты в основном оказывают влияние на массогабаритные и энергетические показатели установок, но в меньшей степени влияют на технологические показатели процесса сварки.

3. Разработан комплекс компьютеризированных методик проектирования режимов работы и систем управления сварочных электроннолучевых установок.

4. На основе анализа особенностей режимов работы и требований к установкам для прецизионной электронно-лучевой сварки, характеризующимися высокими скоростями сварки и точностями перемещения изделия, обоснована целесообразность выделения их в отдельный класс и необходимость разработки специализированных методик анализа процессов, протекающих в системе «источник питания - электронная пушка - изделие».

5. На основе анализа динамических характеристик каналов управления электронным пучком и перемещением изделия обоснована концепция и разработаны системы управления тепловым режимом сварочной ванны, использующие шаговый привод перемещения изделия

6. Показана целесообразность использования статистических моделей, в частности метода Монте-Карло, для определения параметров теплового источника, формируемого электронным пучком, взаимодействующим с тонкостенными изделиями (менее ОД мм). При сварке крупногабаритных деталей, можно упростить процедуру определения параметров теплового источника, рассматривая его как поверхностный.

7. Разработана методика, позволяющая определять величину потерь энергии при изменении формы парогазового канала и плотности паров, основанная на использовании метода Монте-Карло. Применение методики актуально для оценки энергетической эффективности параметров процесса.

8. Показано, что предложенный метод комплексного решения задачи определения электротехнологических параметров режима сварки несет в себе возможность прогнозирования вида задач, решение которых необходимо для получения требуемого сварного соединения.

9. Изложенный подход к прогнозированию процесса сварки позволяет ставить и решать обратную задачу - определение параметров технологического режима по заданным характеристикам сварного шва, и является следующим этапом в развитии систем управления технологическим процессом электронно-лучевой сварки.

10. Предложена и верифицирована имитационная модель процесса электронно-лучевой сварки, учитывающая геометрические параметры электронного пучка, и деформацию поверхности сварочной ванны под действием давления паров. Установлено, что модель может быть успешно использована для расчета характеристик сварных швов при сварке изделий различной формы, в том числе с существенной разницей толщин.

11. Разработан и апробирован метод синтеза технологических параметров электронно-лучевой сварки, обеспечивающих получение сварных швов с заданными характеристиками. Данный алгоритм может быть реализован в программно-аппаратном комплексе установки прецизионной электронно-лучевой сварки. В виду высокой трудоемкости и длительности вычислений параметров сварных соединений алгоритм не может быть использован непосредственно для управления процессом сварки. Однако его применение обеспечит снижение временных и материальных затрат на экспериментальное определение параметров режимов.

12. Предложена концепция управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки и проектирования электротехнологического комплекса, в основу которой положено использование математических моделей и средств мониторинга параметров процесса, объединенных в аппаратно-программном комплексе управления установкой.

13. Разработаны экспериментальные стенды и методики проведения экспериментальных исследований и компьютерного имитационного моделирования, как на макетах, так и на опытно-промышленных электроннолучевых технологических установках.

1. Bakish, R., 1.troduction to Electron Beam Technology, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1985

2. Berglund D. Simulation of Welding and stress relief heat treating n the development of aerospace components. Licenciate thesis. Publ. by Lulea tekniska universitet, 2001

3. Clayton Powell A. Transport phenomena in electron beam melting and evaporation. Ph.d. dissertation abstract. USA, Massachusetts institute of technology, 1997

4. Crostack H.A., Storp H.J., Bohm H. Monitoring electron beam welding process using electromagnetic acoustic transducers // Acoustic emission: current practice and future directions. The American society for testing and materials, USA, Baltimore, 1991.

5. CST studio suite. Charged particle simulation, 2011, http://www.cst.com

6. David S.A., Debroy T. Current issues and problems in welding science// Science, Vol.257, 24 July 1992, p.497-502

7. Dupák, J. Vlcek, I. Elektrono-vé délo pro svarování v prístro-jové tech-nice. Jemná mechanika a optika,, roc. 44, 1999, p. 239-241, ISSN 0447-6441

8. Ho C.Y., Chen D.Y., Wen M.Y., Ho J.E. Heat Transfer in the fusion zone during Electron beam welding/ Proc. of 9th International workshop on modeling of machining operations. Bled, Slovenia, 2006

9. International Critical Tables of Numerical Data, Physics, Chemistry and Technology. First electronic edition, NY, 2003

10. J. Bártle, T. Lower and D. von Dobeneck, Electron beam welding beyond the ordinary scale, Elektrotechnica & Elektronica 41 (5-6) (2006), pp. 41-45

11. Joy D.C. Monte Carlo Modeling for Electron Microscopy and Microanalysis. New York: Oxford university press, 1995

12. Kozlov A.N., Gaidoukova I.S., Uvaev A.G., Scherbakov A.V., Filachev A.M. Vacuum technological equipment for microphotoelectronic production. //Proceedings of SPIE, 2006, v.6278, p. 62780 A-l 62780 A-5

13. Kozlov A.N., Greenfield D.E., Scherbakov A.V., Filachev A.M. Automated control of technological parameters of vacuum equipment to guarantee unbreakable quality check. //Proceedings of SPIE, 2006, v.6278, p. 62780 C-l -62780 C-l

14. Lewis B., Tran H., Read M. and Ives L. Design of an electron gun using computer optimization. IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 32, no. 3, pp. 1242-1250, June 2004

15. Lundback A. Finite Element modeling and simulation of welding of aerospace components/ Licenciate thesis. Publ. by Lulea tekniska universitet, 2003

16. M. Edstorp. Weld pool simulations. Dissertation abstract. Chalmers university of technology and University of Gothenburg, Goteborg, Sweden, 2008

17. Mathieu C. The beam-gas and signal-gas interactions in the variable pressure scanning electron microscope // Scanning microscopy Vol.13, No. 1, 1999. -P. 23-41

18. Meissner C. Standardizing the art of electron beam welding. Science and technology review, 2008, №3

19. Meltview 100. Visualize and record welding for manufacturing. Melt tools Ltd, Auckland, New Zealand, 2010

20. Olsen T.M., Alberg H., Kvist T. Simulation of welding for optimized aero engine structures/ASABE-2005, American institute of aeronautics, 2005, p. 1-4

21. Oltean S.E., Abrudean M. Advanced control of the electron beam welding / CEAI, Vol. 10, No. 1, pp. 40-48, 2008

22. P.S.Wei, Chih-Wei Wen. Missed joint induced by thermoelectric magnetic field in electron-beam welding dissimilar metals—experiment and scale analysis// Metallurgical and Materials Transactions В Volume 33, Number 5, 765-773

23. Petrov P., Petrov G., Petrova J., Georgiev C. Control of the weld pool• thformation during electron beam welding dissimilar materials 111 international conference "Advanced manufacturing operations", Sozopol, Bulgaria, 2006

24. Poletz N, Francois A., Hillewaert K. Multiphysics welding simulation model //International Journal of Material forming, Symposium MS 14: Heat transfer modeling, 2008. P. 1-4

25. Powell A., Minson P., Trapaga G., and Pal U. Mathematical Modeling of Vapor-Plume Focusing in Electron-Beam Evaporation // Metallurgical and material transactions A, 1966—Volume 32A, August 2001

26. Prior R. Integrated electron gun and electronics module. United States Patent № 6,246,190 Bl, G09G 1/04 Appl. No. 09/364,837, 2001

27. R.Zhang, D.Fan, S.Katayama. Electron beam welding with activating flux// Transactions of JWRI, Vol.35(2006), No.2

28. Rai R., Palmer T.A., Elmer J.W., Debroy T. Heat Transfer and Fluid Flow during Electron Beam Welding of 304L Stainless Steel Alloy // Welding journal, March 2009, vol. 88, p.54-61

29. Reisgen U., Dorfmuller T. Developments in micro-electron beam welding //Journal of Microsystem Technologies, Volume 14 Issue 12, September 2008

30. Reisgen U., Dorfmuller T. Micro-electron-beam welding with a modified scanning electron microscopy: Findings and prospects / J. Vac. Sci. Technol. B 27, 1310 (2009); doi:10.1116/1.3137026 (5 pages)

31. S. Gajapathi, S. Mitra, P/ Mendez. Controlling heat transfer in micro electron beam welding using volumetric heating // International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 54, Issues 25-26, December 2011, Pages 5545-5553

32. Sazonov Yu. I. Problems of Engineering Diagnostics of Electron-Beam Welding //Russian Journal of Nondestructive Testing, 2006, Vol. 42, No. 12, pp. 823-836.

33. Schultz H. Electron beam welding. Woodhead Publishing/The Welding Institute:Cambridge, 1993

34. Sciaky A. M., Park P., Farrell W.J., and others. Method for electron beam wedling. US Patent 4,376,886, 15.03.1983

35. Sharma A., Junaidh M.I., Purushothaman K.K. and others. Online Monitoring of Electron Beam Welding of TI6AL4V Alloy Through Acoustic Emission / Proc. National Seminar on Non-Destructive Evaluation, Hyderabad, 2006, p.99-107

36. Steigerwald K.H., Sayegh G., Powers D. and others. An International History Of Electron Beam Welding. Munchen: Pro Beam, 2007

37. T.A. Palmer and J.W. Elmer. Characterization of Electron Beams in Multiple Welders Using the Enhanced Modified Faraday Cup. Proc. International Institute of Welding conference, Quebec City, Canada, 2006, P. 1-37

38. T.R. Mahale. Electron Beam Melting of Advanced Materials and Structures. Ph.D. dissertation abstract, USA, North Carolina State University, 2009

39. US Patent 4,090,056 Optical viewing system for an electron beam welder. H.C.Lockwood, S.M.Robelotto. опубл. 16.05.1978

40. US Patent 6,091,444 Melt view camera. T.J.MacCarville, C.M.Nelson, H. Atiles. опубл. 18.07.2000

41. Vlcek, I. Zobac, M. - Dupák, L. - Dupák, J. - Kapounek, P. Prototyp stolní elektronové svárecky MEBW-60/2. Jemná mechanika a optika, , 53, 2008, p. 27-29, ISSN 0447-6441.

42. Wykes M., Punshon C., Jones L., Nightingale K., Sanderson A. Allposition reduced pressure electron beam welding for large fusion containment ves-sels//Proc. Of 21st symposium on fusion technology, Madrid, 2000, p. 1-7

43. Zenker R. Modern thermal electron beam processes research results and industrial application// La metallurgia Italiana, April 2009, P. 1 -8

44. Ziolkowski M., Brauer H., Karcher С. Modelling of seebeck effect in electron beam deep welding of dissimilar metals.

45. А.И. Алиферов Ю.И. Блинов C.A. Бояков. Электротермические процессы и установки. Ученое пособие по теоретическому курсу под ред. В.Н. Тимофеева, Е.А. Головенко, Е.В. Кузнецова Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2007

46. Авдиенко A.A. Поверхностный пробой изоляторов в вакууме. Материалы VII научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника» -М.:МИЭМ, 2000

47. Айзерман М.А. Лекции по теории автоматического регулирования. 2-е изд., дополн. и перераб. Л.:Физматлит, 1958. - С.344-466.

48. Акимов П.И., Богословская А.Б. Использование ионов для усиления тока электронных пушек// Прикладная физика, 2002, С.90-101

49. Акопьянц К.С., Назаренко O.K., Гумовский В.В., Чернякин В.П. Система диагностики электронного луча в установках для электронно-лучевой сварки // Автоматическая сварка №10, 2002

50. Алексеев О.В., Головков A.A., Митрофанов A.B. и др. Генераторы высоких и сверхвысоких частот: Учеб. Пособие. М.: Высш. Шк., 2003

51. Алехнович В.Н. , Алифанов A.B. , Гордиенко А.И. , Поболь И.Л. Электронно-лучевая обработка материалов. Минск: Белорусская наука, 2006

52. Альтгаузен А.П., Бершитский И.М. и др. Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник. Под. ред. А.П.Альтгаузена и др. М.:Энергия, 1978.

53. Анашкин A.A., Фридберг А.Э., Рубцов В.П., Ичанский П.Ю. Способ управления процессом электронно-лучевой сварки и устройство для его осуществления A.C. СССР № 892798 МКИ В 23 К 15/00, опубл. 1996

54. Ашкрофт Н. Жидкие металлы // Успехи физических наук, том 101, вып. 3, 1970.-С. 519-535.

55. Балашов В.Н. Математическое моделирование технических систем: учебное пособие/ -М.: Моск. Гос. ин-т. Электроники и математики, 2002

56. Балашова Н.Б. Миниатюрные импульсные трансформаторы на фер-ритовых сердечниках. М.: Энергия, 1976

57. Балковой А.П., Цаценкин В.К. Прецизионный электропривод с вентильными двигателями. М.: Издательский дом МЭИ,2010

58. Баранчук Е.И. Проектирование и настройка электронных регуляторов. М.-Л.: Машгиз, 1963. - С.326-346.

59. Беленький В. Я., Трушников Д. Н., Шварев А. В. Некоторые аспекты контроля процесса формирования сварного шва при электронно-лучевой сварке со сквозным проплавлением //Сварка и диагностика, 2010, №1. С. 41-44

60. Беленький В.Я., Язовских В.М., Журавлев А.П. О природе вторичного тока в плазме, образующейся в зоне воздействия электронного луча при сварке // Физика и химия обработки материалов, 1983, №6 С.128-131.

61. Бриндли К., Kapp Дж. Карманный справочник инженера электронной техники /Пер. с англ. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2002. - 480 С.

62. Будкин Ю.В. Электронно-лучевая сварка тонкостенных конструкций из разнородных металлических материалов // Сварочное производство, 2009, №11, С.37-42

63. Бункин Ф.В., Трибельский М.И. Нерезонансное взаимодействие мощного оптического излучения с жидкостью // Успехи физических наук, том 130, вып. 2, 1980. С. 193-239.

64. Васичев Б.Н., Филачев A.M. Электронная и ионная оптика и электронно- и ионно-лучевое оборудование в государственном институте электронной и ионной оптики (к 25-летию)//Прикладная физика, 2000, №2. С.7 -25.

65. Васичев Б.Н., Филачев A.M., Чернова-Столярова Е.Е. Особенности сверхзвукового движения в воде и атмосфере пучков заряженных частиц и твердых тел // Прикладная физика №2-3, 1997. С. 6-18.

66. Васютин A.A., Дущенко В.К. и др. Определение закономерностей изменения размерных параметров электронно-лучевой обработки методом планирования факторного эксперимента. Киев, Институт кибернетики, 1975.

67. Воронов И.П., Кабанова А.Н., Титов B.K. Особенности обработки материалов импульсным электронным пучком мощностью до 10 кВт // Тр. МИЭМ, 1974, вып. 35. С.78-90.

68. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. Учеб. Пособие для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1989

69. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатрон-ных систем на ПК. СПб.: КОРОНА-Век, 2008.

70. Гладков Э.А. Управление процессами и оборудованием при сварке : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 432 С.

71. Голубков М.П., Кабанов А.Н. О пределах измерений диаметра электронного зонда // Тр. МИЭМ, 1974, вып. 35. С.4-12.

72. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: В 2-х книгах. Книга 1. Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.—303 с.

73. Гринфельд Д.Э. Электронная пушка с возможностью модуляции тока. Патент РФ №52521 HOI J37/06 опубл. 27.03.2006

74. Гринфельд Д.Э., Филачев A.M., Фукс Б.И. Исследование зарядки диэлектриков при их импульсной обработке электронным лучом // Прикладная физика №2-3, 1997. С.24-32.

75. Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. В 2-х томах М.: Мир, 1990 г.

76. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Б.А. Ивобо-тенко, В.П. Рубцов, JI.A. Садовский и др. М.: Энергия, 1971.

77. Долбилин Е.В., Макаров B.C., Лебедев А.К. Расчет на ЭВМ тепловых процессов в электротермических установках. М.: Издательство МЭИ, 1989. -75 С.

78. Драгунов В. К., Гончаров А. Л., Слива А. П. Пространственные параметры электронного пучка при взаимодействии с намагниченной мише-нью//Сварочное производтво, 2008, №12, С.20-24

79. Драгунов В.К., Гладышев О.М., Беневольский Е.С. Инверторный источник питания сварочной электронной пушки // Сварочное производство, 2009, №7, с. 42-46

80. Драгунов В.К., Гончаров А.Л. Методы определения отклонения электронного пучка при сварке намагниченных деталей // Сварочное производство. 2002. №9. - С. 3-9.

81. Драгунов В.К., Гончаров А.Л. Современное развитие электроннолучевой сварки // Ритм, №8, 2009

82. Драгунов В.К., Гончаров А.Л., Овечников С.А., Слива А.П.Особенности применения электронно-лучевой сварки в производствекомбинированных конструкций из разнородных сталей//. Тяжелое машиностроение. 2008. №4. С. 15-21.

83. Душин С.Е., Зотов Н.С., Имаев Д.Х. и др. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов под ред. В. Б. Яковлева. 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 2005. - 567 С.

84. Жигарев A.A. Электронная оптика и электронно-лучевые приборы. Учебник для втузов. М.: Высш. шк., 1972

85. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков A.A., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энер-гоатомиздат, 1989

86. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М., Атомиздат, 1978.

87. Золотов Л.А. Кабанов А.Н. Влияние геометрической формы сварного соединения на результаты электроннолучевой микросварки //Тр. МИЭМ, 1974, вып. 35.-С. 98-109.

88. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Шаговый электропривод в робототехнике. -М.: МЭИ, 1984.

89. Ильин A.C., Кархин В.А. Учет теплоты плавления при решении задач сварочного производства// XXX Юбилейная неделя науки СПбГТУ. Материалы межвузовской научной конференции. 4.VI., СПб: СПбГТУ, 2002 С. 56-57

90. Кабанов А.Н., Калинин М.А., Подгорнова Л.И. и др. Влияние нестабильности тока пучка на процесс электронно-лучевой обработки материалов // Физика и химия обработки материалов, 1970, №6, с.26-30

91. Кайдалов A.A., Истомин Е.И. Сварочные электронные пушки (инженерно-техническое описание и инструкция по эксплуатации сварочных электронных пушек УЛ-119, ЭЛА-15, ЭЛА-30, ЭЛА-60/60, ЭЛА-60Б). Киев: НТК «ИЭС им. Е.О.Патона» НАНУ, 2003.

92. Кацман Ю.А. Основы расчета радиоламп. -JL: Госуд. энерг. изд.-во, 1952.-С. 69-133.

93. Кельман В.М. Электронная оптика. М.:Наука, 1968

94. Кисилевский Ф.Н., Бутаков Г.А., Долиненко В.В., Шаповалов Е.В. Оптический сенсор для слежения за стыком при размерах зазора, близких к нулю // Автоматическая сварка №2, 2003

95. Кисилевский Ф.Н., Долиненко В.В. Объектно-ориентированное программирование систем управления технологическим процессом сварки // Автоматическая сварка, 2001, №5. С. 43-49.

96. Клюйков А.Г., Федоров В.Л., Гинзбург В.Е. и др. Прецизионная система питания электронно-лучевой технологической установки. // Тр. Моск. энерг. ин-та, 1980, вып. 475

97. Козлов А.Н., Гайдукова И.С., Уваев А.Г., Щербаков A.B., Филачев A.M. Вакуумное технологическое оборудование для производства изделий микрофотоэлектроники. //Прикладная физика, 2006, №3. С. 32-37.

98. Козлов А.Н., Гринфельд Д.Э., Щербаков A.B., Филачев A.M. Автоматизированный контроль технологических параметров вакуумного оборудования как обеспечение непрерывного контроля качества. //Прикладная физика, 2006, №3. С. 38-45.

99. Козлов А.Н., Уваев А.Г., Щербаков A.B. и др. Установка для электронно-лучевой сварки цилиндрических изделий. Патент РФ №68946 МПК В23К15/00, В23К37/04. Опубл. 10.12.2007 г. Бюл. №34

100. Корис Р., Шмидт-Вальтер X. Справочник инженера схемотехника, М: Техносфера, 2006. - 608 С.

101. Котляр Я.М., Совершенный В.Д., Стриженов Д.С. Методы и задачи тепломассообмена. -М.: Машиностроение, 1987

102. Кресанов B.C., Малахов Н.П., Морозов В.В. и др. Высокоэффективный эмиттер электронов на основе гексаборида лантана М.: Энергоатомиз-дат, 1987

103. Кручинин А.М, Махмудов K.M., Миронов Ю.М и др. Автоматическое управление электротермическим установками: Учебник для вузов, под ред. А.Д. Свенчанского-М.:Энергоатомиздат, 1990.

104. Лапшин А.Б. Стабилизатор мощности для питания катодного узла электронно-лучевой технологической пушки // Тр. Моск. Энерг. ин-та, 1980, вып. 475

105. Ластовиря В.Н. Оборудование для обработки материалов электронным пучком (основные принципы построения). Учебное пособие. М.: МЭИ, 1997

106. Ластовиря В.Н., Каримбеков М.А., Гончаров А.Л. Оборудование для обработки материалов концентрированными потоками энергии: учебное пособие под ред. В.М. Качалова. М.: Издательство МЭИ, 2006

107. Лебедев В.К., Кучук-Яценко С.И., Чвертко А.И. и др. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет К.В. Фролов (пред.) и др. -М. Машиностроение. Оборудование для сварки. Т. IV-6 / Под ред. Б.Е. Пато-на. 2-е изд., исправ. 2002. - С. 327-369.

108. Лебедев В.К., Шелягин В.Д., Мохнач В.К. и др. A.C. 465844 СССР, МКИ В 23 К15/00. Источник питания электронно-лучевой сварочной установки. опубл. 15.12.79, Бюл №46

109. Ловцов A.C. Модель распространения концентрированного потока электронов в воздухе атмосферного давления //Электронный журнал «Исследовано в России» , 2004 С. 1779-1787

110. Мажукин В.И., Никифорова Н.М., Самохина A.A. Фотоакустический эффект при плавлении и испарении вещества под действием лазерного импульса // Тр. ИОФ РАН. 2004. Т. 60. С. 108-126.

111. Мазо А.Б. Математическое моделирование процессов горячей обработки металлов. Казань: Казанский фонд «Математика», 1996

112. Майерс JI. Вильям, ЛаФламм Г. Электронно-лучевая пайка-сварка крыльчатки компрессора. Международная конференция «Сварка и соединение 2000». Тр. М.:АО Спецэлектрод, 2000, С. 38-49.

113. Матвеев Н.В. Высоковольтные системы электропитания для микроволновых и электронно-лучевых технологических установок. //IX Симпозиум «Электротехника 2030»: сборник тезисов /Ассоциация «Травэк» Московская обл., 29 - 31 мая 2007 г., -С.275-283

114. Материалы для современной медицины: Учебное пособие/ В.Н. Канюков, А.Д. Стрекаловская, В.И. Килькинов, Н.В. Базарова. Оренбург: ГОУОГУ, 2004-113 с.

115. Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. М.: Наука, 2004.

116. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск: Наука, 1984

117. Микушин A.B. Занимательно о микроконтроллерах. СПб:БХВ-Петербург, 2006. - 432 С.

118. Муравьев А.Г. Математическое моделирование электронных пушек с катодом произвольной формы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к. ф.-м. н. М.:МФТИ, 2001

119. Мурыгин A.B. Управление процессом электронно-лучевой сварки с использованием информационных свойств плотности распределения электронного пучка. Автореферат дисс. на соис. уч.степени докт. техн. наук. -Красноярск.: СГАУ им. М.Ф. Решетнева, 2006

120. Назаренко O.K. Следящая система с электромеханическим приводом с использованием вторично-электронной эмиссии // Автоматическая сварка №12, 1998.-С. 47-50.

121. Назаренко O.K., Кайдалов A.A., Ковбасенко С.Н. и др. Электронно -лучевая сварка: под ред. Б.Е. Патона. Киев: Наук. Думка, 1987

122. Назаренко O.K., Локшин В.Е. Динамические характеристики высоковольтных источников питания для электронно-лучевой сварки // Автоматическая сварка №1,2005. С. 36-38.

123. Новиков Ю.В., Калашников O.A., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC. Под общей редакцией Ю.В. Новикова. Практ. пособие М.:ЭКОМ., 1998 - 224 С.

124. Новокрещенов В.В., Родякина Р.В., Мякишев Ю.В., Слива А.П. Количественная оценка степени ионизации паровой фазы в канале проплавлення при электронно-лучевой сварке // Вестник МЭИ, 2010, №6 -С. 161-166.

125. Патон Б.Е., Лесков Г.И. Основы технологии электронно-лучевой сварки (Обзор) // Автоматическая сварка №12, 2003

126. Патон Б.Е., Лесков Г.И., Нестеренков В.М. Динамические модели каналов проплавлення при электроннолучевой сварке // Автоматическая сварка, 1988, №1, С. 1-6

127. Патон Б.Е., Назаренко O.K., Нестеренков В.М. и др. Компьютерное управление процессом электронно-лучевой сварки с многокоординатными перемещениями пушки и изделия // Автоматическая сварка №5, 2004. С. 37.

128. Пирс Дж. Р. Теория и расчет электронных пучков. Пер. с англ. под. ред. М.В. Цехановича. -М.: Сов. Радио, 1956

129. Попков О.З. Основы преобразовательной техники. Автономные преобразователи. Конспект лекций. Учебное пособие. М.: Издательство МЭИ, 2003.-64 С.

130. Попков О.З. Основы преобразовательной техники. Управляемые сетевые преобразователи. М. ¡Издательство МЭИ, 2001. 48 С.

131. Попов В.П. Основы теории цепей: Учеб. Для вузов- 5-е изд., стер. -М.: Высш. Шк., 2005.

132. Пупков К.А., Егупов Н.Д., Гаврилов А.И. и др. Нестационарные системы автоматического управления: анализ, синтез и оптимизация / Под. ред. К.А.Пупкова и Н.Д. Егупова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.

133. Раховский В.И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме. М.-.Наука, 1970

134. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.:Энергоиздат, 1992. -296 С.

135. Рубцов В. П., Щербаков А. В., Драгунов В. К. Устройство для управления шаговым двигателем. Патент РФ №102440, МПК Н02Р 8/20. опубл. 27.02.201 l.-Бюл. №6.

136. Рубцов В. П., Щербаков А. В., Драгунов В. К., Ивашин Д. В. Устройство для управления процессом электронно-лучевой сварки. Патент РФ №107992, МПК В23К 15/02. опубл. 10.09.2011.-Бюл. №25.

137. Рубцов В.П. Исполнительные элементы систем автоматического управления электротехнологическими установками. Учебное пособие. -М.¡Издательство МЭИ, 2001. 56 С.

138. Рубцов В.П., Соколов М.М. Дискретный электропривод механизмов электротермических установок. М.: Энергоатомиздат, 1986

139. Рыбаков A.C. Физико-математическая модель импульсно-дуговой сварки алюминиевых сплавов: Монография/ Под общ. Ред. В. А. Судника, В. А. Фролова Тула:ТулГУ, 2002

140. Рыжкин P.A. Особенности микролегирования азотом сварных соединений аустенитных сталей при электронно-лучевой сварке//Тез.докл. Десятого всеросс. Семинара «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». М.:НПО «Орион», 2011, С. 94-96

141. Рыкалин Н.Н, Зуев И.В., Углов A.A. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978. - 239 С.

142. Рыкалин H.H., Зуев И.В., Кокора А.Н. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов. Справочник. М. Машиностроение, 1985. -496 С.

143. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы. -М.:Наука, 1987

144. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т.П. Технология и оборудование. Справ, изд. /Под ред. В.М. Ямпольского. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1996. 574 с.

145. Свенчанский А.Д., Жердев И.Т., Кручинин A.M. и др. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева: Учебник для вузов, под ред. А. Д. Свенчанского. 2-е изд., перераб. И доп. -М. :Энергоиздат, 1981.-296 С.

146. Сушкин Н.Г., Седов A.H., Лебедева Л.М. О пробоях в электроннолучевых пушках при ЭЛС // Тр. Моск. энерг. ин-та, 1980, вып. 475

147. Теория сварочных процессов: Учеб. Для ВУЗов / В.И. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Винокуров и др.; Под ред В.В. Фролова. М.: Высш. шк., 1988.

148. Титце У., Шенк К., Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство, пер. с нем. М.: Мир, 1983.

149. Углов A.A., Селищев C.B. Автоколебательные процессы при воздействии концентрированных иточников энергии. М.:Наука,1987

150. Физические величины. Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1991

151. Филачев A.M., Андреев C.B., Монастырский М.А. и др. Разработка вычислительных методов и пакета прикладных программ для моделирования электронно лучевых технологических установок // Прикладная физика. №2, 1998.-С. 5-18.

152. Фомин В.А. Об одном методе решения задачи Стефана //Электронный научный журнал "Исследовано в России», 488, http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/049.pdf, 2006

153. Фролов Е.С., Минайчев В.Е., Александрова А.Т. и др. Вакуумная техника: справочник: под ред. Е.С. Фролова. М.: Машиностроение, 1992

154. Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия, пер. с англ. -М.: Мир, 1974

155. Чередниченко B.C., Синицын В.А., Алиферов А.И., Горева Л.П. Теплопередача: учебное пособие для стиудентов вузов / Под ред. B.C. Чередниченко. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004

156. Шашков А.Г., Бубнов В.А., Яновский С.Ю. Волновые явления теп-лопровоности: Системно-структурный подод. -Мн.: Навука і тзхніка, 1993

157. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно лучевая технология: пер. с нем. - М.: Энергия, 1980. - 528 С.

158. Шубин Ф.В. Тепловые процессы при сварке. Под ред. В.М. Качалова. -М.:МЭИ, 1985

159. Щербаков A.B. Анализ методов контроля параметров сварочной ванны при прецизионной электронно-лучевой сварке // Вестник МЭИ, 2011, №6, в печати

160. Щербаков A.B. Динамические процессы при аномальных режимах работы источников электропитания сварочных электронных пушек // Электротехника, 2011, в печати

161. Щербаков A.B. Имитационная модель процесса электронно-лучевой сварки //Электрометллургия, 2011, №1, в печати

162. Щербаков A.B. Комплексное проектирование электрооборудования для прецизионной электронно-лучевой сварки // Электротехника, 2011, в печати

163. Щербаков A.B. Особенности процессов импульсного регулирования тока электронного пучка при прецизионной электронно-лучевой сварке // Электричество, 2011, №2, в печати

164. Щербаков A.B. Повышение энергетической эффективности электронно-лучевой сварочной установки / Труды VIII-ой Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение XXI век ОрГТУ, 2010, С.

165. Щербаков A.B. Применение математических моделей для управления процессом электронно-лучевой сварки / Десятый всероссийский семинар «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики». Тез. докл. М.: ФГУП «НПО «Орион», 2011, С. 58-59

166. Щербаков A.B. Разработка алгоритмов адаптивного управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки на основании экспериментальных исследований // Электричество, 2010, №2, С.

167. Щербаков A.B. Разработка компьютеризированной системы управления процессом прецизионной электронно-лучевой сварки / XII Международная конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». Тр. М.: МЭИ, 2008, С.

168. Щербаков A.B. Разработка модели процессов взаимодействия электронного пучка с металлом применительно к задачам управления процессом сварки // Вестник МЭИ, 2011, №1, в печати

169. Щербаков A.B. Разработка системы управления качеством сварного шва при прецизионной электронно-лучевой сварке. // Вестник МЭИ, 2007, №5.-С. 52-58.

170. Щербаков A.B. Современные принципы построения источников питания электронно-лучевых сварочных установок // Электротехника, 2011, в печати

171. Щербаков A.B. Современные тенденции развития электрооборудования для прецизионной электронно-лучевой сварки и размерной обработки // Электротехника. 2010. №3, С. 42-48

172. Щербаков A.B. Управление тепловым режимом сварочной ванны при электронно-лучевой сварке / Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий АПЭЭТ-2011. Сборник научных трудов. Екатеринбург: ФГАОУ ВПО УрФУ им. Б.Н.Ельцина, 2011, С. 251-255

173. Щербаков A.B., Беневольский Е.С. Коммутационные процессы в источниках питания сварочных электронных пушек при возникновении высоковольтных пробоев // Сварочное производство, 2010, №10, С.

174. Щербаков A.B., Беневольский Е.С., Исследование переходных процессов возникновения пробоев в сварочных электронных пушках // Вестник МЭИ, 2011,№1,с. 41-48

175. Щербаков A.B., Гончаров А.Л., Портнов М.А. Разработка физико-математической модели для исследования процессов теплопередачи при электронно-лучевой сварке изделий произвольной формы // Сварочное производство, 2011, № 11, С.6-13

176. Щербаков A.B., Гончаров А.Л., Слива А.П., Рыжкин P.A. Особенности применения методов математического моделирования для определения технологических параметров режима электронно-лучевой сварки //Сварочное производство, 2011, №3. С. 15 - 20.

177. Щербаков A.B., Гончаров А.Л., Слива А.П., Рыжкин P.A. Особенности применения методов математического моделирования для определения технологических параметров режима электронно-лучевой сварки //Сварочное производство, 2011, №3. С. 15 - 20.

178. Щербаков A.B., Гончаров А.Л., Чадова И.И. Методы определения параметров технологических режимов при электронно-лучевой сварке тонкостенных изделий // Вестник МЭИ, 2011, №2, в печати

179. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Исследование дискретного привода с шаговым двигателем при старт-стопном управлении // Вестник МЭИ, 2011, №3, С.63-68

180. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Контроль теплового режима плавления коррозионно-стойкой стали при прецизионной импульсной электроннолучевой сварке // Электрометаллургия. 2010. №4. С. 18-23

181. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Особенности построения манипуляторов для электронно-лучевых сварочных установок // Электротеника, 2011, №7, С.58-62

182. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Разработка модели электронной пушки для прецизионной сварки // Вестник МЭИ, 2007, №4. С. 60-65.

183. Щербаков A.B., Рубцов В.П. Синтез системы управления тепловым режимом сварочной ванны в установке электронно-лучевой сварки // Вестник МЭИ, 2010, №3, С.

184. Щербаков A.B., Рыжкин P.A., Жмурко И.Е., Рождайкина М.А. Идентификация электронного пучка как объекта управления при прецизионной сварке //Вестник МЭИ, №3, в печати

185. Щербаков A.B., Филачев A.M., Пономаренко В.П. и др. Патент РФ «Устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки» №64548 МПК В23К 15/00. Опубл. 10.07.2007 г. Бюл. №19

186. Щербаков A.B., Филачев A.M., Пономаренко В.П. и др. Устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки. Патент РФ №64972 МПК В23К15/00. Опубл. 27.07.2007 г. Бюл. №21

187. Щербаков A.B., Филачев A.M., Пономаренко В.П. и др. Устройство для регулирования процесса электронно-лучевой сварки. Патент РФ №64972 МПК В23К15/00. Опубл. 27.07.2007 г. Бюл. №21

188. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии / А. А. Кайдалов . 2-е изд., перераб. и доп . - Киев : Экотехнология, 2004 .

189. Электроннолучевая сварка. Материалы конференции, под ред. H.A. Ольшанского. М.: Общество «Знание», 1978. - 168 с.

190. Ю.Е. Сальковский. Моделирование процесса испарения полимерного волокна // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. 2011. Т. 11. Сер. Математика. Механика. Информатика, вып. 2. С. 109-112

191. Язовских В.М., Беленький В.Я., Кротов JI.H. и др. Способ электронно-лучевой сварки. Патент РФ 2183153 МКИ В23 К 15/00, опубл. 10.06.2002.

192. Язовских В.М., Трушников Д.Н., Беленький В.Я. и др. Способ электронно-лучевой сварки. Патент РФ 2237557 МКИ В23 К 15/00, опубл. 2005

193. R.Rai. Modeling of heat transfer and fluid flow in keyhole mode welding. Ph.D.Disseration, The Pennsylvania State University, 2008

194. Brandes EA, Brook GB, editors. Smithells Metals Reference Book. MA: Butterworth Heinemann, 1992

195. Е.А.Слепцова, A.P. Павлов. Определение остаточных сварочных напряжений и деформаций при стыковой сварке тонких пластин //Вестник Сам-ГУ Естественнонаучная серия, 2008, №2

196. Сайт проекта SmartWeld http://sourceforge.net/projects/smartweld/

197. Петров Г.Л. Тумарев A.C. Теория сварочных процессов (с основами физической химии). Учебник для вузов, изд-е 2-е, перераб., М.: «Высш. шк», 1977