автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Технологические основы создания гибких модулей плазменной сварки, нанесения покрытий и упрочнений

lía правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. № /3

СОС1Ш11 Николай Алексеевич

УДК 621.791.

ГКХ1ЮЛ01ИЧЕСКПЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ГИБКИХ МОДУЛЕЙ ЬЪ\ШЕПНОИ СВАРКИ, НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫ ТИЙ И УПРОЧНЕНИЯ

ииециалышсп. 05.03.06, - Технологи:! н машины сиарочиош проитодетва

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

САНКТ-ГИРР$ургский Государственный

технический университет Сашст-1" ^

. /Я 0Y 1999 г

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор Руссо В.Л.,

д.т.н., профессор Васильев А.С.,

д.т.н., профессор Судник В.А.

Ведущая организация:

Институт Сварки России.

Защита состоится « 26 » февраля 1999 года в 15 часов на заседан диссертационного Совета Д 063.38.17. б Санкт-Петербургском государственн техническом университете по адресу:

Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, химический корпус, а уд. 51

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат (2 экз.), заверенные гербовой печатью, прось направлять по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 2 ученому секретарю диссертационного Совета Д 063.38.17. Кархину В.^

Автореферат разослан «. » января_ 1999 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета

д.т.н., профессор

Кархин В.Л

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Среди технологий, использующих зысококонцентрированные источники энергии, плазменно-дуговые процессы этгличаются эффективностью и высоким коэффициентом полезного действия, тотенциально большой универсальностью и гибкостью, маневренностью, экономичностью и экологической чистотой. Всё это определяет терспективность создания и широкого использования в различных отраслях гового интеллектуального технологического оборудования - гибких модулей злазмештой обработки - сварки, ианссетгия покрытий, поверхностного упрочнения. Свободный выбор и оптимизация различных плазмешшх технологий непосредственно у потребителя на базе универсального оборудования и соответствующего алгоритмического обеспечения может дать золыпой экономический эффект, особенно - в условиях мелкосерийного, опытного, инструментального производства, предприятий обслуживания и земонта, исследовательских центров и малых фирм.

Комплексные исследования сжатой дуги и различных процессов шазменной обработки применительно к задачам создания оборудования нового гоколения - гибких технологических модулей плазменной обработки (ГТМПО) - до настоящего времени не проводились.

Создание универсальной плазменной технологии и соответствующей шпаратуры закладывает фундаментальную базу для становления гибких :аморазвивающихся технологических систем плазменной обработки и является фиоритетной и важной народно-хозяйственной задачей. Это требует разработки концепции и научных основ создания и функционирования гибких шазменных модулей, изучения свойств и закономерностей процессов шазменной обработки, их моделирования, оптимизации, автоматизации и ;амоорганизации, анализа и обобщения информационно-технологической базы.

Работа соответствует Приоритетным направлениям развития науки и :ехники и перечню критических технологий федерального уровня по Установлению Правительства Российской Федерации № 360 от 17.04.95. "О •осударственной поддержке развития науки и научно-технических разработок" I Указу Президента Российской Федерации № 884 от 13.06.96. "О доктрине >азвития российской науки" - раздел "Производственные технологии: шектронно-ионно-плазменные технологии; гибкие производственные системы; щтеллектуальные системы автоматизированного проектирования и правления", а также - перечню технологий двойного назначения федерального

фОВНЯ.

Роль датпюй работы в реализации приоритетных направлений развития и I структурной перестройке хозяйства России заключается в следующем:

• выход на мировой уровень наукоемких технологий;

• отказ от дорогостоящего и часто не эффективно используемого импортного оборудования, технологий и материалов;

• конверсия оборонных предприятий;

• возможности экспортных поставок продукции и услуг;

• способствование развитию малого предпринимательства;

• ресурсо- и энергосбережение, экономичность технологий, снижение себестоимости производства;

• общее повышение эффективности и культуры производства. Работа выполнена в соответствии с:

а) Постановлениями: ГКНТ СССР № 431 от 11.05.90. и Миннауки Россш: № 1169ф от 29.05.92. по Государственной научно-технической программ« "Технологии, машины и производства будущего", в которой Санкт-Петербургский государственный технический университет является головнш исполнителем проекта 0.06.01.0117Т "Создание компьютеризировать!? технологических модулей плазменной сварки, наплавки, напыления, панесенш финишных упрочняющих пленочных покрытий и поверхностно! термообработки для интегрированных гибких производственных систем обеспечивающих на основе новейших плазменных технологий и ю оптимизации коренное улучшение культуры труда и качества продукции".

б) Межвузовской научно-технической Программой "Сварочньк процессы" - раздел "Моделирование, разработка технологии и контрол1 сварочных процессов и оборудования":

- тема 4.2.1. "Создать физико-математические модели различных ироцессо при сварке и на их основе создать программно-информационно! обеспечение сквозной системы проектирования технологии и программно аппаратное обеспечение технологических модулей с компьютерны» управлением" - 1992-1994 г.;

- тема 1.4.6. "Исследование и разработка перспективных технологи) плазменной сварки, наплавки и поверхностного упрочнения" - 1995-1997г.

Цель работы. На базе комплексных исследований сжатой дуги i сварочных плазменных процессов разработка научных основ технологическогс алгоритмического и аппаратного обеспечения, принципов построения i функционирования нового поколения интеллектуального технологическог оборудования - гибких модулей плазменной обработки для сварки, нанесени покрытий и упрочнения.

Основные задачи работы:

• изучение и определение энергетических, технологических информационных характеристик сжатой дуги, особенностей закономерностей процессов плазменных сварочных технологий и и развитие применительно к условиям гибких производственных систем;

• разработка и обоснование принципов, методов, моделей и алгоритме оптимизации сварочных плазменных процессов, обеспечения и самоорганизции и устойчивости;

• разработка основ технологического и алгоритмического обеспечен!! автоматизированных систем исследования, проектирована

технологической подготовки производства и управления в гибких модулях плазменной обработки; • определение технологических требований к оборудованию и поэтапное создание основных элементов гибких модулей плазменной обработки, ориентированных на широкое внедрение плазменных технологий, их развитие и создание новых технологических процессов. Методы исследований. Работа выполнялась в Санкт-Петербургском государственном техническом университете и включает в себя комплекс экспериментальных и теоретических исследований.

В работе использованы как стандартные, так и оригинальные методики экспериментальных исследований сварочных процессов плазменной обработки, в том числе - точечное и плоскостное зондирование сжатой дуги и плазменных потоков, изучение термических циклов, осциллографирование процессов, металлографические исследования зоны обработки, механические испытания, электронномикроскопический, микрорентгеноспектралышй и другие современные методы изучения материалов.

При моделировании процессов использован аппарат теории дифференциальных уравнений и теории подобия, численные методы, математические методы планирования экспериментов, методы корреляционного и регрессионного анализа, теории вероятности и математической статистики, современные методы оптимизации.

Все расчеты и обработка данных велись с применением вычислительной техники и использованием методов прикладной математики.

Экспериментальные исследования проводились на отечественных технологических плазменных установках - опытных и серийных, созданных под руководством автора.

Научная новизна. В работе теоретически и экспериментально исследованы свойства и характеристики сжатой дуги, особенности и закономерности технологических процессов плазменной сварки, наплавки и упрочнения, и на основе их анализа, моделирования и развития разработаны принципы, методы и алгоритмы оптимизации, автоматизации и самоорганизации технологий, необходимые для создания и функционирования гибких модулей плазменной обработки. Получен ряд новых научных результатов, среди которых наиболее важными можно назвать следующие.

1) Создана комплексная модель сварочных процессов для гибких модулей плазменной обработки (на базе аналитического, критериального и регрессионного описания), учитывающая совокупность энергетических, технологических и информационных параметров, свойства материалов и подобие процессов. Установлено, что данная модель позволяет обеспечить саморегулирование и требуемое качество процесса.

2) Впервые для сварочных технологий сформирован и обоснован принцип минимизации поготюго производства энтропии плазменных технологических процессов как открытых термодинамических систем. Установлено, что использование данного принципа определяет: устойчивость

процесса, требования к оборудованию, новые направления создания сис^' автоматического поиска оптимальных режимов обработки.

3) На основе анализа и экспериментальной проверки разработанное критериальной модели плазменной сварки показано, что термический к.п.д является определяющим критерием технологического подобия сварочны> процессов и позволяет существенно упорядочить и упростить выбор параметров: шва, режимов и оборудования.

4) Выявлен эффект саморегулирования процесса плазменной сварки г обоснованы условия его проявления, подтвержденные экспериментами.

5) Уточнен механизм и определены количественные характеристик* взаимодействия сжатой дуги с материалом в технологиях плазменное обработки, необходимые для эффективного регулирования и развитш плазменных процессов.

6) Расчетом установлен и экспериментально подтвержден эффекп обратного воздействия сварочной ванны на сжатую дугу при смещении с осе стыка, который проявляется при сканировании сжатой дуги поперек кратера Установлено, что информационные сигналы с обратных плазменных факелов исходящих из ванны, адекватно отражают процесс формирования ванны и шв; и могут быть использованы для автоматизации плазменной сварки.

7) В результате изучения особенностей и закономерностей процессо! плазменной наплавки и поверхностного упрочнения определены рациональные области их применения!' Установлена достаточная адекватность аналитическое модели и разработанных алгоритмов, использованных в диалоговое компьютерной системе данных технологий.

8) Разработаны основы и определены закономерности новой технологи! - финишного плазменного упрочнения, - созданной в развитие технологи? поверхностного упрочнения для реализации функций ГТМПО. Установлено что для формирования тонкопленочного рентгеноаморфного покрытия состав; БЮ^Юг непосредственно на упрочняемой поверхности нсобходимс уменьшение концентрации реагентов в плазме и повышение температурь плазмешюй струи в реакционной зоне выше 3000К. Изучены свойств; покрытия, разработаны алгоритмы расчета режимов и метод автоматического контроля процесса. Показано, что основной вклад в микротвердосп обработанной поверхности (до 23 ГПа) и в комплексное изменение ее свойсп (повышающих работоспособность в 2-6 раз) вносит покрытие.

9) На основе разработанных положений, принципов, моделей и новы? технологических и технических решений сформирована концепция «открытое технологии» ГТМПО, ориентированная на объединение и развита; интеллектуальных ресурсов технолога-пользователя и алгоритмической сопровождения системы, с целью повышения эффективности работ и качеств; продукции.

Практическая значимость работы. В результате проведенеш комплекс; теоретических, эксперешент&тышх и прикладных исследований разработань технологические требования к структуре, параметрам и компоновке гибки?

технологических модулей плазменной обработки (ГТМПО) и решена важная народно-хозяйственная задача - созданы базовые технологические элементы ГТМПО и освоено промышленностью (с выпуском - сотни комплектов в год) унифицированное плазменное оборудование, не имеющее мировых аналогов, для широкого внедрения гибких плазменных технологий со сроком окупаемости затрат потребителя менее 1 года.

Разработаны инженерные методы, алгоритмы и программы расчёта, оптимизации и регулирования гибких плазменных технологий с применением современной компьютерной техники.

Разработаны и применяются новые технологические процессы плазменной сварки, нанесения порошковых покрытий, поверхностной закалки и финишного плазменного упрочнения с формированием тонкоплёночного защитного покрытия, дающие значительный экономический эффект.

Материалы данной работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного технического университета; на их основе созданы и ведутся соответствующие курсы для студентов, аспирантов и инженеров, изданы учебные и учебно-методические пособия (см. список публикаций п.п. 79-83), в том числе - для программируемого обучения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы и её разделов докладывались и обсуждались, начиная с 1972 года, на Международных, Всесоюзных и Республиканских конференциях и семинарах в Москве, Санкт-Петербурге, Варне (Болгария), Киеве, Вилыпосе, Тбилиси, Ташкенте, Казани, Саратове, Перми, Оренбурге и др., на научных и научно-методических семинарах СПбГТУ, Института Сварки России (ВНИИЭСО), завода (АО) "Электрик" и других организаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 100 работ, включая 16 авторских свидетельств и патентов на изобретения и работы, изданные в США, Германии, Болгарии, Венгрии. Список основных публикаций (1.. .83) приведен в конце автореферата (в хронологическом порядке).

Объем работы. Диссертация содержит 481 страницу, включая текст, 212 рисунков, 42 таблицы, а также - приложения. Основная часть состоит из введения, 8 глав, общих выводов, списка использованных источников из 259 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, роль данной работы в реализации приоритетных направлений развития и в структурной перестройке хозяйства России, сформулирована цель и основные задачи работы, кратко перечислены методы исследований, научная новизна, практическая значимост ь.

Глава 1. Физические и технологические аспе1сгы использования сжатой дуги в гибких модулях плазменной обработки.

Глава посвящена рассмотрению и критическому анализу современных представлений о физических процессах в электрическом дуговом разряде, его описанию, систематизации энергетических свойств сжатой сварочной дуги и

закономерностей её взаимодействия с металлом. Обобщены основные схемы и параметры технологических процессов плазменной обработки и проанализированы возможности их рассмотрения как базовых для гибкой плазменной технологии. Определены общие характеристики - цели, функции и состав - гибких производственных систем сварочных технологий и модулей плазменной обработки, использующих сжатую дугу и плазменные потоки.

Изучению дугового разряда и, в частности, проблемам сварочной дуги посвящено значительное количество работ отечественных и зарубежных ученых. Проведенный анализ показывает, что в настоящее время нет полной законченной теории электрического дугового разряда, объясняющей и количественно описывающей все наблюдаемые явления, разработаны лишь отдельные ее вопросы. Попытки построения точной модели процессов в электрической дуге (например, в работах В.Финкельнбурга и Г.Меккера) встречают значительные трудности, часто приводят к неоправданному усложнению и снижению точности расчетов, что делает этот путь малопригодным для технологических расчетов и анализа в области сварочного производства. На современном этапе представляется целесообразным феноменологический подход к исследованию дуги с точки зрения эффективного использования важнейших её свойств. В -то же время, накопление, обработка и обобщение новых данных должны способствовать развитию общей теории электрической дуги и теории сварочных процессов.

Эффективность использования дуги зависит от количества энергии, выделяющейся в различных ее частях, и характера протекающих процессов, прежде всего - в приэлекгродных областях. Кроме теплового, дуга оказывает на металл также силовое воздействие, обусловленное силами Лоренца и потоками плазмы. В сжатой дуге, отличающейся от свободной дуги большим числом регулируемых параметров, заложены дополнительные возможности:

• гибкого регулирования энергетических характеристик процесса;

• различных вариантов ввода и обработки вспомогательных материалов;

• получегаш информации в реальном времени о ходе процесса.

Анализ показывает, что особенности сжатой дуги позволяют

рассматривать ее как универсальный и весьма гибкий технологически! источник энергии, вещества и информации в процессах плазменной обработка - сварки, наплавки, нанесения покрытий, упрочнения поверхности.

Среди различных технологий плазменной обработки плазменная сварк» по характеру и сложности протекающих процессов занимает центрально« место, и ее приоритетное изучение в данной работе может дать ценны« сведения для понимания, управления и развития других технологически? процессов, использующих сжатую дугу и плазменные струи - наплавки поверхностного упрочнения и т.п. В работе не проводилось систематически? исследований процессов плазменной резки, относящейся к заготовительном} производству (лежащему вне области применения ГТМПО), а также -напыления порошковых покрытий, отличающегося особой спецификой сс своими проблемами и являющегося для ГТМПО вспомогательной технологией.

Проблему создания гибкой производственной системы и модулей плазменной сварки, наплавки, упрочнения можно решить, во-первых, благодаря высокой универсальности самой сжатой дуги и ее параметров. Вторым важным аргументом в пользу использования сжатой дуги для гибких производств является возможность широкой интеграции плазменных методов с другими технологиями - обработкой металлов резанием, пластической обработкой и др. Плазменно-дуговые процессы сварки, наплавки и поверхностного упрочнения отличаются эффективностью и высоким к.п.д, универсальностью, маневренностью, экономичностью и, как правило, экологической чистотой. Сжатая дуга, в отличие, например, от лазерных комплексов, не требует дорогостоящего силового оборудования, а, кроме того, допускает, при необходимости, выполнение ряда операций врущую.

Всё это определяет перспективность создания и широкого использования во многих отраслях промышленности нового поколения интеллектуального технологического оборудования - гибких модулей плазменной обработки. «Открытая технология», обеспечивая свободный выбор и оптимизацию различных плазменных технологических процессов непосредственно у потребителя на базе универсального оборудования и соответствующего алгоритмического сопровождения, может дать большой экономический эффект, особенно - в условиях опытного и мелкосерийного производства.

Сформулированы основная цель и задачи работы.

Глава 2. Энергетические, технологические и информационные характеристики сжатой дуги в плазменных сварочных процессах и методы их изучения.

В главе описаны применявшиеся методики и полученные результаты исследований энергетических, технологических и информационных характеристик сжатой дуги. Ряд методик был усовершенствован, что позволило, в частности: а) при обработке результатов плоскостного зондирования сжатой дуги корректно оценить погрешности и обосновать аппроксимацию характеристик радиального распределения плотности теплового потока (¡(г) и плотности тока ^г); б) при планировании и обработке многофакторных экспериментов получать легко интерпретируемые адекватные линейные уравнения регрессии при минимизации влияния интервалов варьирования.

Основные электрические характеристики сжатой дуги, включая анодное и катодное падения напряжения, определялись зондовым методом с последующим решением системы уравнений, описывающих электрическое поле дуги. При изучении информационных характеристик сжатой дуги в соответсташ с эквивалентной электрической схемой анализировались и сравнивались постоянные и переменные составляющие потенциалов в различных точках (на электроде, плазмообразующем сопле, изделии) по частоте, амплитуде и фазе сигналов. Для исследования условий формирования сварочной ванны применялись дополнительные датчики плазменных факелов.

Несимметричность проилавления при смещении дуги со стыка выявлялась и исследовалась путем периодического поперечного сканирования сжатой дуги.

Взаимодействие сжатой дуги с материалом, как показали исследования, определяется двумя важнейшими механизмами - поверхностными явлениями в активном пятне дуги и конвективной теплопередачей от столба сжатой дуги.

Экспериментально установлено, что электрические характеристики сжатой сварочной дуги, включая анодное падение напряжения на изделии, изменяются в сравнительно широких пределах при варьировании параметрами режима, что отражается на характере тепловвода в изделие и на энергетическом балансе дуги. Большую роль при этом играют плазменные струи в дуге, воздействующие на движение тяжелой компоненты плазмы. Важное влияние па свойства всей дуги оказывает ее начальный участок от электрода до среза сопла, определяемый такими факторами, как геометрия электрода, дежурная (пилотная) дуга, способ подачи плазмообразующего газа, но их влияние на технологические характеристики можно считать вторым по значению после тока 1д , диаметра сопла с!с , расхода газа 01П, скорости V , дистанции 1ш . Интенсификация потока плазмообразующего газа, ведущая к сжатию столба дуг и, может привести к росту анодного падения напряжения на изделии. В этом случае рост мощности, выделяемой в области анодного падения напряжения, сопровождается увеличением конвективной составляющей теплового потока в анод и ростом эффективного к.п.д. теплопередачи от дуги к изделию.

Впервые расчетным путем установлено, что анодное падение напряжения на изделии растет от оси дуги к периферии. Это явление связано с радиальным градиентом давления катодной плазменной струи и с переходом от термической ионизации у анода к ионизации полем при движении по радиусу активного пятна (рис.1). Конвективная составляющая в тепловом балансе сжатой дуги достигает 50 % на прямой и 80 % на обратной полярности. Плотность конвективного потока достигает максимума вблизи границы

термического эффективного радиуса Кд. Из экспериментов установлена связь эффективных радиусов теплового потока и тока: Яр ж 2Я) , что дало возможность предложить упрощенную

методику оценки основных энергетических характеристик типичной сжатой сварочной дуги, пригодную к использованию б гибких плазменных модулях с исследовательскими функциями. Коэффициент сосредоточенности теплового потока Кс, сжатой дуги для условий сварки при увеличении расхода плазмо-

'Ь и..и..и, .21Т, В

с Г н 1

К < 1 1 -

! Г 11 1

/ V 1

1 7 г 1 1

1 1 1 / р / |

/

/ 1 \т

1 % <г~ —» / \ л,

А -V

Рис. 1. Распределение составляющих удельного теплового потока по аноду сжатой дуги в аргоне на прямой полярности ((Зс = 3 мм)

образующего газа меняется незначительно, при уменьшении диаметра сопла, тока и длины дуги - увеличивается. Отсюда следуют два важных вывода: а) диаметр плазмообразующего сопла следует рассматривать как один го основных параметров режима плазменной обработки; б) повышение концентрации тепловвода сжатой дуги в условиях сварочных технологий имеет естественные ограничения, поэтому для оптимального регулирования параметров плазменной обработки целесообразно использовать при необходимости дополнительные регулирующие факторы, выявленные в работе.

В результате изучения совместного влияния различных факторов па проплавляющую способность сжатой дуги и на условия формирования сварного шва установлено, что в общем случае для повышения качества сварки необходимо снижать до оптимального механическое воздействие плазмешюго потока сжатой дуги на сварочную ванну, что уменьшает эффективность дуги и производительность процесса, но, в то же время, - позволяет получить новую полезную информацию о процессе, используя дугу в качестве датчика. Получаемые уравнения регрессии (например, рис.2) дают, в частности, возможность определить оптимальное сочетание требований по стабилизации параметров режима обработки и, тем самым, - выбрать рациональный режим и определить требования к технологическому оборудованию и оснастке.

Наряду с прямым действием сжатой дуги на сварочную ванну в контуре дуга-ванна выявлено и обратное влияние сварочной ванны на дугу. При смещении оси дуги со стыка несимметричность ванны при оптимальном силовом воздействии дуги проявляется в несимметричности кратера относительно дуги, которая может быть обнаружена при кратковременном сканировании дуги поперек кратера по изменению напряжения сжатой дуги. Расчетом установлено, что оптимальная чувствительность контура дуга-паши к смещению со стыка проявляется при амплитуде сканирования дуги близкой к 25% ширины сварочной ванны. Дополнительное повышение чувствительности возможно путем синхронного смещения отклоняемой дуги назад относительно хода сварки в сечение с максимальной шириной кратера. Для выбора оптимальных параметров сканирования может быть использована предложенная методика расчета.

Глава 3. Изучение и моделирование процессов и обстановки при плазменной сварке.

В главе проведен количественный анализ гидродинамической обстановки в сварочной ванне, разработана критериальная модель плазменной сварки проникающей дугой (рис.3), установлен факт и определены условия саморегулирования ванны при плазменной сварке.

+ 0,43 + 0,96

лу!д

-0,42 -0,38

+ 0,14 + 0,43 + 0,11

АчЫ А'Л А'сЛа.

-0,31

Рис.2. Отклонения глубины И и ширины Ь проплавления при относительном изменении параметров режима плазменной обработки

Рис.3. Сжатая проникающая дуга

Важным результатом для расчетов режимов является выявленная слабая зависимость эффективных диаметров пятна тепловвода Dq и пятна давления Dp от длины дуги, тока и расхода плазмообразующего газа. Фактически Dq и Dp определяются только диаметром coima dc: Dq « 2DP « (2,6...2,8)dc . Силы поверхностного натяжения являются необходимым условием обеспечения статического равновесия сварочной ванны, но недостаточным для стабильного формирования ванны и шва. Расчеты показали, что в критическом сечении А-А кратера (рис.4) динамическое давление и потеря напора, связанная с вязкостью жидкого металла, вносят незначительный вклад в полное давление в потоке металла из головной в хвостовую часть ванны. Наибольший вклад в необходимое полное давление в потоке вносит давление столба жидкого металла. Этот вывод даст возможность упростить методику выбора оптимальных режимов сварки.

Для исследования взаимосвязей параметров режима, гидродинамической и обуславливающей ее тепловой обстановки детально изучались зафиксированные кристаллизацией кратеры сварочной ванны, поверхности и шлифы швов. При этом широко применялись методы теории подобия. В результате анализа системы дифференциальных уравнений конвективного

теплопереноса при наличии источников тепла Q, Навье-Стокса и неразрывности (1) для описания процессов тепломассопсреноса в ванне и с привлечением уравнения теплопроводности для оценки нестационарной тепловой обстановки в твердом металле установлено, что полученное критериальное уравнение (2), связывающее величину

подрезов шва hn и число Эйлера с параметрами режима и свойствами материала, адекватно протекающим реальным процессам и может быть использовано для технологических расчетов.

Входящие в уравнение (2) критерии Кирпичева Ki, Пекле Ре и Фурье Fo образуют комплекс (3), непосредствен-

Схема движения расплавленного металла в кратере ванны при плазменной сварке

(v-V)T

(v-V)v div v =

a V2T +

Q

cp

F - - gradp + P

vCPV2V

0)

но связывающий изменение теплосодержания металла и мощность источника тепла.

"п

5

з Ей = 0,45-10

-6

2 2 .2 Ус упг ас

1д ид Т1э

р ДН V

пл

(2)

Е V

ср

где Упл, \'ср - кинематическая вязкость металла при Тш и при средней температуре ванны Тф.

И Ре

КЬРо =

д,а

^тпл8ус3

сРТплус5

При сравнении (3) с выражением для термического к.п.д. процесса г|т (4)

_ рАНусГш 1т ^

(3)

(4)

Рис.5. Форма ванны при плазменной сварке титана ВТ1-0 и алюминиево-магниевого сплава АМгб

видно, что срТпл является аналогом теплосодержания металла рАН, в котором учитывается теплота фазовых превращений, а б - аналогом сечения шва .

Таким образом,

безразмерный комплекс (3) служит характеристикой г)т • Исследования показали, что термический к.п.д. вида (4) следует рассматривать как определяющий критерий

технологического подобия плазменной обработки.

Критериальная модель дает

возможность объяснить получаемые при плазменной сварке результаты, например различные по форме хвостовые части сварочных ванн (рис.5 - в данном случае критерий Пекле, служащий мерой отношения конвективного и молекулярного переноса тепла в потоке, для титана в б раз больше, чем для АМгб), и прогнозировать характеристики сварного соединения.

Расчеты показывают, что высокотеплопроводные алюминиевые сплавы можно сваривать в эффективном режиме проникающей дуги, но для этого необходимо повышать скорость сварки и учитывать увеличение при этом числа Эйлера и подрезов Ьп.

Нормальное формирование сварочной ванны и шва обеспечивается в границах оптимальных режимов между двумя видами прожогов - выдувания и проливания ванны. Эти границы, определяющие область действия полученной критериальной модели процесса, связывают через полученные функции радиального распределения (рис.6) диаметр сопла и ширину шва е соотношением: (с!с/е) = (0,4... 0,6).

Стабильное поступательное

движение жидкого металла по тонким боковым прослойкам в кратере (рис.4) в хвостовую часть вшшы обеспечивается при определенном перераспределении силового воздействия дуги.

Выведенные в работе необходимые для этого условия (5):

О < (1 < е

1

О < (1-аяа) <« 0,5

(1-а8а)<=

/ \ с1

чСРу

(5)

р/ 5(1-С1еа)

Рис.6. Радиальное распределение ц(г), Хг), р(г) и поперечное сечение кратера

где 1 - время (или другой действующий фактор, например, расход газа (тш), устанавливают границы области саморегулирования сварочной ванны при наличии внешних возмущений. Саморегулирование ванны, выявленное в исследованиях, проявляется в том, что- при возмущающих воздействиях в первую очередь на изменившиеся условия реагирует жидкий металл хвостовой части ванны, приводя к изменению выходного отверстия кратера Н . Минимально необходимое силовое воздействие на жидкий металл ванны Рм устанавливается в результате саморегулирования относительных потерь силы давления сжатой дуги (Рп/Рд) = (с1Шр)2 и некоторого изменения угла а (рис.4).

На оптимальных режимах плазменной сварки сварочная ванна обладаем достаточным запасом устойчивости за счет эффекта саморегулирования. При этом, как показал анализ, движение металла ванны асимптотически устойчиво, и затухающие колебания жидкого металла хвостовой части ванны не могут нарушить процесс, если обстановка в ванне • и вокруг нее обеспечивает проявление эффекта саморегулирования.

Глава 4. Принципы и алгоритмы обеспечения условий самоорганизации и устойчивости сварочных плазменных процессов.

Глава посвящена разработке и обоснованию принципа минимизации погонного производства энтропии для выбора режимов, обеспечивающие самоорганизацию и устойчивость плазменной сварки, количественному анализу тепловой обстановки, влияющей на формирование сварочной ванны, у. созданию универсальных алгоритмов выбора оптимальных параметров режима.

Сварочные плазменные технологии целесообразно рассматривать ка^ процессы, происходящие в открытой системе (подчиняющейся закона* неравновесной термодинамики) которая должна быть устойчивой.

Рис.7. Схема открытой сварочной системы для потока тепла (а) и потока газа (б), производящих энтропию

Необратимые потери (или диссипация энергии) в системе характеризуются производством энтропии;

dS dt

? Xi

(6)

где X; - обобщенная сила, создающая поток I, энергии ¿-той формы.

Величина производства энтропии принимает при данных внешних

условиях минимальное значение для стационарного (устойчивого) состояния

данной открытой системы, в которой происходит необратимый процесс вблизи

равновесия. Данный принцип использовался И.Р.Пригожиным для решения

задач о линейных неравновесных потоках вблизи равновесного состояния

открытой системы. Энтропия, произведенная на участке пути dy потока тепла с

1р за время dt в сечении с!х-с1г (рис.7-а), с учетом, что dx = v•dt, равна:

dS dt

dxdzdydt = dxdz[l„(y + dy)-Is(y)]dt =

= dxdz Iq

tj)y+dy (t

dt = dxdzl^-^dydt Q 8y

(7)

Принимая ОТ/ду и Const, ттегрируя (7) по z и беря за Ti - температуру плавления Tm, а за "Г2 - начальную температуру изделия Т, получаем после необходимых преобразований выражение для погонного производства энтропии потоком тепла:

AS

norQ

хэ

V

I T

1

(8)

*пл J

Поток плазмообразующего газа , производящий эитропиго, действует в

кратере ванны на площадку dx•dy (рис.7-6), причем его эффективность зависит от соотношения площадей выходного и входного сечения потока (рис.4):

к

dx dy

(9)

Принимая dT/dz ~ Const, получаем для энтропии, производимой за 1 с во всем рассматриваемом объеме открытой сварочной системы (рис.7-6):

AS = dxdyjl (s)-I (0)] = dxdyl^ I(p -р ) =

dx dy Gnr dxdy T

Dr

(Pi-P2) =

G т D

nr

T

1 \2

1

(10)

где 15 - поток энтропии; Р1, Р2 - давление на входе и выходе потока газа. Учитывая выводы главы 3, принимаем за необходимую разность давлений где р - плотность металла, g -- 9,8 м/с2. После необходимых преобразований получаем выражение для погонного производства энтропии потоком газа:

AS

norG

Grir rv L { 1 \

V T Нплу

Р g s

(П)

Сравнение расчетов с экспериментальными данными (рис.8) показывает, что оптимальные режимы (соответствующие устойчивому формированию ванны и шва) лежат в области минимума А5П0Г. Таким образом, поиск системой оптимальных режимов можно организовать путем варьирования потоков (через СЬ, V, Опт) для минимизации погонного производства энтропии, и обеспечить при этом условия саморегулирования.

Проведенный анализ влияния тепловой обстановки на формирование сварочной ванны показывает, что свободное перетекание расплавленного металла по боковым прослойкам кратера в хвостовую часть ванны, обеспечивающее стабильное формирование ванны и шва, требует вполне определенного температурного поля в свариваемых листах. Дефицит тепла в

nor Q,

Дж/мм-К 2,5

AS norQ ,

10"вД*/ммК

0,5 О

1,5

2,5 Gnr, 1,G7-«r5M3/c

а) О 1 2 3 4 5 0,, кВт б)

Рис.8. Погонное производство энтропии тепловой (а) и механической (б) энергией при плазменной сварке: ВТ1-0 (а-1, 6-2); АМгб (а-2, 6-1); СтЗ (а-3); Х18Н9Т (б-З); >- минимум функции; | - оптимальные режимы; 0 - (сШр)2 = 1 - С^а; (в = 4 мм; & = 0,4е)

ч

твердом металле не может быть скомпенсирован силовым воздействием сжатой дуги (ведущим к прожогу). Оптимальные режимы плазменной сварки, вне зависимости от механизма теплопередачи от дуги в головной (кратерной) часта ванны, обеспечивают формирование температурного поля в изделии, соответствующего чисто копдукгивной (теплопроводностной) схеме распространения тепла от идеализированного оптимальным образом локального источника. Анализ показал, что рассмотренные в работе различные модели - послойного линейного источника тепла персмешюй интенсивности с учетом теплоты плавления и объемного источника, распределенного по толщине плоского слоя, - могут быта использованы для описания тепловой обстановки, но они не дают ответа на вопрос обоснованного выбора режимов.

При построении замкнутого алгоритма расчета оптимальных режимов принимались во внимание результаты проведенных экспериментальных исследований, а именно: благодаря саморегулированию, повышение погонного производства энтропии на 15...20 % относительно минимума AS„0r, как правило, сохраняет достаточную устойчивость процесса плазмешюй сварки. Это дает возможность оптимизировать режимы по дополнительным критериям: а) повышения скорости сварки, б) уменьшения объема ванны, и другим. С учетом полученных зависимостей последовательность расчета при заданной ширине шва е следующая: dc, I, Ua, Q„ r|T, fra, v, qn (где q,, - погонная энергия, входящая в выражение для ASn0r). Следует обратить внимание, что в отличие от традиционных сварочных расчетов, здесь важнейшую роль играет диаметр сопла dc, связанный непосредственно с шириной шва и сразу определяющий ток сжатой дуги. Расчеты и опыты показали, что, с учетом допошштельных критериев, практически для всех свариваемых материалов целесообразно выбрать на данной толщине листов одинаковую геометрию швов, находящуюся в границах титановых и алюминиевых сплавов (рис.9).

Исходя из положения о роли термического к.п.д. Г|т как е е' мм определяющего критерия технологического подобия сварочных процессов, и на основании полученной критериальной модели, подобие тепловой и гидродинамической обстановки, ответственной за устойчивость процесса, должно сохраняться при постоянстве г)т и подрезов шва, т.е.:

г|т = Const; h„ = Const.

Исследования показали, что для различных металлов и сплавов действительно существует область

оптимальных режимов плазменной сварки титана ВТ1-0 при Лт = Const (dc = 0,4е)

О 8 16 24 32 40 S,M Рис.9. Расчетные и экспериментальные характеристики шва и оптимальные режимы

сварки, которые: а) реализуются при оптимальной расчетной геометрии шва; б) характеризуются постоянством г|т и Ьп ; в) различаются при данной толщине листов для каждого материала скоростью сварки (и могут различаться расходом газа). Границы оптимальных режимов определяются двумя пределами: а) «высоким качеством» (с1с = 0,4е); б) «высокой скоростью» (с!с = О,бе). Параметры для 1^=0,4е см. в таблице:

Материал : ВТ 1-0 Х1Ш9Т - ; ; АЙгб : -г СтЗ ' " А8'.. •

Лт, % 37 32 26 24 14

Ь„, мм 0,2 0,04 0,03 0,005 0,01

Разработанный алгоритм обеспечивает условия устойчивости и саморегулирования как обычных стыковых соединений, так и соединений с обратной разделкой, повышающей стабильность

плазменной сварки, особенно -высокотеплопроводных сплавов алюминия (рис.10). Установлен линейный закон изменения % (с 15,5 до 26 %) при увеличении притупления кромок от 10% до 100%. Плазменную сварку без разделки можно считать частным случаем сварки с разделкой.

Глава 5. Использование сжатой дуги в качестве источника информации при плазменной сварке.

В главе рассматриваются экспериментальные исследования и обоснование оптимальных условий получения достоверной информации о смещении сжатой дуги со стыка и о ходе формирования сварочной ванны при использовании в качестве источника информационных потоков самой сжатой дуги и ее плазменных факелов.

Проведенные в главе 2 расчеты получили экспериментальное подтверждение возможности выявления несимметричности кратера относительно дуги путем кратковременного поперечного сканирования сжатой дуги под действием переменного магнитного поля в области частот 50...5000 Гц, обеспечивающих отсутствие значимого изменения характера формирования ванны и шва (рис.11). Важно, что максимум несимметричности кратера (и максимум информационного сигнала) соответствует устойчивому процессу сварки в области минимума погонного производства энтропии.

Повышение надежности и достоверности получаемой информации о смешении со стыка достигается: а) повышением частоты и скважности импульсов сканирования; б) установкой минимально допустимой длительности импульсов - 1,5...2 мс; в) фильтрацией и статистической обработкой сигнала. Разработанные алгоритмы и схемы САР обеспечивают точность направления ио стыку при плазменной сварке до ± 0,2 мм. 16

Рис.10. Расчетные и фактические параметры шва(АМгЗ; 5 = 12 мм; с = 0,4 в)

г ■ 1 -1

Дне, Анд, мм

2 1 О -1

Дне Г

Анд

/ -

а)-' «м»«»"

;,1 -у,

б) 0 1 2 3 А, мм в)1; Рис.11. Форма ванны и шва (а), смещение оси шва относительно стыка Дшс и относительно дуги Лтд при смещении траектории со стыка на величину Д (6) и информационный сигнал (отфильтрованный и исходный) (в)

Эксперименты подтвердили выдвинутую гипотезу о том, что обратные плазменные факелы могут служить надежным носителем информации в реальном времени о поведении сварочной ванны при плазменных техпологиях, причем передний факел - в первую очередь, о поведении активного пятна дуги на передней стенке кратера, а задний факел - в основном, о движении жидкого металла и о формировании ванны (рис.12,13). Переменные составляющие электрического потенциала этих плазменных факелов (особенно - при совместном рассмотрении сигналов) достаточно четко коррелированы не только с видом процесса (сварка, выдувание, барботаж и т.п.), но и с площадью сечения выходного отверстия в кратере при нормальном ходе сварки, что отражает флуктуации поведения ванны в диапазоне устойчивости. Нарушениям

и„..

«а

мм 24

■ ч». Про! 7ивание вы мы

... а .. о ^©-опт

¡нот ГГ гальн м евзрка А.

: ° В; V с» о

■■ й "8 • 1 ■

-8 » ► Вы дуван ц9 ва ЧНЫ

Подогрев

9 10 11 12 13 14 15 V,мм/с

Рис.12. Схема распространения плазменных факелов и зависимость площади отверстия в кратере ^ от условий формирования ванны (заштрихована область нормальной сварки)

к

к

При

скорости сварки' о 11.1ММ/С

Увеличение ширины сварочной ванны

Охлаждение

и,..

мВ

л

К >

А л 0/> £

о

4 8 12 16 20 24 Т„,мм2

Рис.13. Зависимость переменной составляющей сигналов с датчиков обратных плазменных факелов от ^

формирования ванны предшествует, как правило, увеличение переменных составляющих информационных сигналов, по отклонению которых от минимального значения (соответствующего оптимальным условиям) можно судить о вероятности аварийного режима. Развивая результаты главы 4, на основании проведенных исследований можно заключить, что устойчивость процесса плазменной сварки проникающей дугой обеспечивается в области минимума погонного производства энтропии тепловой и механической энергией не только пугем минимизации погонной энергии и силового воздействия сжатой дуги на расплавленный металл, но также - созданием условий, при которых минимизируется энергия колебаний поверхности ванны.

Глава 6. Технологическое обеспечение наплавки и упрочнения поверхности в гибких модулях плазменной обработки.

Глава посвящена исследованиям, проведенным в направлении создания развиваемого технологического обеспечения наплавки и упрочнения поверхности, рассмотрены особенности плазменной наплавки поверхностной сжатой дугой обратной полярности и плазменной обработки с пилотной дутой при поверхностном упрочнении и наплавке, описан алгоритм выбора оптимальных режимов, приведены типовые технологические процессы. Полученные количественные характеристики определяют рациональные области использования эффективных разновидностей плазменных процессов.

Исследования показали, что качественная плазменно-порошковая прецизионная наплавка на обратной полярности при использовании сопел относительно малого диаметра возможна с регулируемым в достаточно широких пределах тепловложением в основной металл и обеспечивает высокое качество даже тонкого наплавленного слоя для различных комбинаций материалов практически при отсутствии зоны перемешивания, структурной неоднородности и других дефектов. Протяженность зоны соединения, как правило, находится в пределах от 5 до 100 мкм. Надежное сплавление, более равномерный и мягкий разогрев связаны: а) с постоянной катодной зачисткой поверхности и б) со значительной долей конвективной теплопередачи (50... 80%). Процесс рационально использовать на развитых гладких поверхностях для различных материалов, включая алюминийсодержащие сплавы, карбидные композиции и др. Применение новых импульсных методов подачи тока и материала (с фазовым сдвигом) 1гри плазменной порошковой наплавке дает возможность расширить область регулирования режимов, что имеет большое значение для существенно различных по теплофизическим свойствам наплавляемых и основных материалов.

Плазмештая поверхностная обработка с пилотной дугой стабилизирует основную сжатую дугу, что дает возможность вести качественную наплавку и упрочнение: а) поверхностей сложного профиля, имеющих уступы, острые кромки, канавки и т.п. конфигурацию; б) материалов, имеющих локальные вкрапления с повышенной эмиссионной способностью (например, чугуны). Увеличение тока пилотной дуги с 50 % до 100 % от тока основной сжатой дуги приводит к возрастанию доли эффективной мощности пилотной дуги с 12 до 22

% в О,. Мягкое тешювое воздействие пилотной дуги позволяет осуществлять плазменную закалку изделий малого сечения, включая - режущие кромки инструмента.

Полученные обобщенные зависимости энергетических и технологических характеристик поверхностной сжатой дуги обратной полярности й двухдугового плазмотрона с пилотной дутой могут быть использованы в алгоритмах выбора и корректировки параметров. Исследования показали, что стабильный процесс плазменной поверхностной обработки с расчетным регулируемым проплавленисм даст возможность повысить качество (в частности - предупредить образование пор от зопы сплавления при наплавке).

Рассмотренные в главе примеры плазменной порошковой наплавки и упрочнения поверхности характеризуют данную технологию как гибкий метод, позволяющий выбрать оптимальный процесс для получения разнообразных по составу, свойствам, назначению и геометрическим размерам покрытий и слоев (включая быстрорежущие стали, никелевые, кобальтовые, медные алюмшшйсодержащие сплавы, высокопрочные чугуны и порошковые композиции), на широком круге материалов основы, на поверхностях различной конфигурации с регулируемой протяженностью переходной зоны при использовании различных способов - наплавки, переплава или закалки поверхности (рис.14).

1200

1000

t

7 ■ Е«- ~ 5 « 800 —та— Переплав ^ í £00

А Закалка п | «"HV-mn о 1 о 200 HV-rrox 0

= 3- л \

г

0 -

\

л

Ток, А

-Погонная энергия гри г - 0,01 им

— Погонная энергия при 2 = 1 мм

— Погонная энергия при г = 2 ММ

-Скорость движения при 1-0,01 ММ

—Скорость движения при I "1 мм

— Скорость движения при 7 =2 ММ

Рис.14. Распределение микротвердости по глубине чугуна ВЧВГ40-1, упрочненного различными плазменными методами

Рис.15. Зависимости погонной энергии и скорости движения оттока двухдугового плазмотрона для расчетной Т = 1000К

В соответствии с принципом минимизации погонного производства энтропии при плазменной наплавке и упрочнении поверхности можно определить область оптимальных режимов, в которой для заданной толщины наплавляемого или упрочняемого слоя находятся значения: а) минимальной погонной энергии; б) минимального удельного тепловложения на единицу площади обрабатываемой поверхности; в) максимальной скорости охлаждения (рис.15). Процесс плазменной закалки, интегрированный в модуль ГАП с необходимым технологическим и алгоритмическим сопровождением, обеспечивает эффективное и экономичное термоупрочнение изготавливаемых деталей на глубину до 1,5-2 мм без оплавления и изменения шероховатости. Установлено, что модель нормально распределённого поверхностного

1 z. мм 2

плазменного источника тепла на плоском слое (с учётом влияния наплавляемого металла) и разработанные методы расчета режимов достаточно точно описывают процессы в высокотемпературных зонах при поверхностной плазменной обработке. Показан пример использования выявленных закономерностей, разработанных алгоритмов и технологических данных в диалоговой компьютерной системе технологий наплавки и упрочнения поверхности.

Глава 7. Создание новой технологии финишного плазменного упрочнения с нанесением пленочного покрытия в гибких модулях плазменной обработки.

Исходя из целей и функций гибких модулей плазменной обработки (в том числе - для интегрированных гибких производственных систем), на основании анализа свойств плазменно-дуговых процессов нанесения покрытий была обоснована необходимость разработки и определены требования к новой технологии плазменного упрочнения. При этом за основу было принято положение, что большое значение, как для взаимодействия плазмы с металлом, так и для эксплуатациошгых характеристик упрочненной поверхности имеют процессы в тонких слоях с обеих сторон поверхности. В главе обоснована и показана возможность получения конденсацией из аргоновой плазмы, содержащей добавки кремния и углерода, плотного пленочного покрытия максимальной толщины 3 мкм, имеющего высокую адгезию к металлической подложке, с использованием маневренной аппаратуры ГТМПО, а также -исследованы свойства покрытия и разработаны основы новой технологии финишного плазменного упрочнения (ФПУ), алгоритмы регулирования и выбора режимов, принципы и методы автоматизации контроля ФПУ.

Анализируя процессы синтеза в плазме карбида кремния, следует выделить две газофазные реакции:

БЮгОгаз) 8Ю(тв) + С(тв) ; БК^газ) + Б^газ) -» 2БЮ(та) (12) Как следует из зависимостей свободной энергии от температуры, протекание реакций образования Б1С(тв) становится возможным при температурах менее 3000 К. Чтобы исключить образование в плазме ультрадисперсного порошка Р-БЮ, загрязняющего поверхность, необходимо обеспечить условия для гетерогенного формирования соединений, из которых состоит покрытие, непосредственно на обрабатываемой поверхности. Для этого, как показали исследования, требуется: а) уменьшение концентрации реагентов в плазме и б) увеличение в зоне обработки температуры плазменной струи путем уменьшения дистанции 1Ш и ограниченного увеличения мощности разряда. В качестве исходных веществ были выбраны оптимальные комбинации металлоорганических кремнийсодержагцих соединений в жидком виде.

Исследования с применением микрорентгеноспектрального анализа, Оже-электронной спектроскопии (рис.16) и других методов показали, что наносимое пленочное покрытие, исходя из соотношения концентраций элементов, может состоять из соединений Б1С и 8Ю2 и является рентгеноаморфным. Переходная зона не превышает 0,5 мкм, но прочность

Сх,

о/

/о ат 60 40 20

0

V__ \ / ч /

к/ Ач

ч с

■ I "1—.

НУ0,1 та

7.5

0,5

\ * 1*

0 0,4 0,8 1,2 1,6 г, мкм

Рис. 16. Распределение атомов элементов по толшине пленочного покрытия (Оже-ЭС)

0 20 40 60 80 г, мкм

Рис. 17. Изменение микротвердости по глубине ЗТВ в закаленной стали Х12М

лн Н ■

лил

дсио.

ДпГп

МЛ

и»,,

мВ

а е в г

\ [\ / 1

и\ и V к

Участки: а б в г

О

20 40

60

Рис.18. Влияние параметров режима ФГ1У на микротвердость обработанной поверхности

во 100 I, с

Рис.19. Информационный сигнал от плазмы сжатой дуги при ФПУ гладкого вала

сцепления, благодаря протекающим при плазменном воздействии диффузионным процессам, полностью исключает отслаивание покрытия, которое вносит основной вклад в микротвердость обработанной поверхности (до 23 ГПа) и в комплексное изменение ее свойств (диэлектричность, жаростойкость и др.). Оценка адгезионных свойств покрытия проводилась методом царапания алмазным индентором. Критическая нагрузка составила 65Н, в то время как для покрытия нитрида титана, полученного методом вакуумной ионно-плазменной технологии (КИБ), критическая нагрузка была 35Н. На жестких режимах ФПУ, как показал численный расчет и опыты (рис.17), тонкий поверхностный слой (п-10 мкм) претерпевает структурные изменения, благоприятно сказывающиеся при эксплуатации.

Микротвердость композиции покрытие-подложка растет до определенного предела с увеличением толщины наносимого покрытия и может регулироваться параметрами режима (рис.18) (дистанцией обработки 1;и, расходами газов Ск, Сш, длительностью ^ и числом циклов обработки п и др.).

Являясь диэлектриком, покрытие образует пленочный барьер, препятствующий при эксплуатации схватыванию ко тактируемых поверхностей. Испытания на воздушную коррозию показали высокую жаростойкость покрытия при температурах до 1000-1200К.

Опыт создания и адаптации технологии ФПУ показал, что сочетание численного моделирования процесса с использованием МКЭ, статистических методов и аналитических расчетов позволяет достаточно эффективно использовать данный подход и разработанное алгоритмическое сопровождение

в составе интеллектуальной части ГТМПО. Разработанный метод контроля ФПУ в реальном времени, базирующийся на диэлектрических свойствах наносимого пленочного покрытия (рис.19), позволяет полностью автоматизировать данную технологию в гибких плазменных модулях.

Глава 8. Принципы построения и аппаратное обеспечение гибких технологически* модулей плазменной обработки.

В главе рассмотрены основные принципы построения, функционально-технологическая и информационная структура ГТМПО, этапы и примеры разработки базовых элементов аппаратного обеспечения ГТМПО.

Сформированный массив основных технологических требований к ГТМПО включает в себя следующие положения: 1) структура ГТМПО должна обеспечивать как выбор, так и адаптацию плазменной технологии для конкретных условий; 2) целевая функция должна быть ориентирована на идеальный конечный результат, раскрывающий перспективы развития системы; 3) надежность и устойчивость технологических процессов плазменной обработки в ГТМПО служат не только средством обеспечения качества продукции, но при необходимости - и как цель исследования на конкретных объектах обработки (или их имитаторах); 4) в ГТМПО может быть выполнен анализ свойств технологических процессов, необходимый для уточнения и

адаптации используемых

I ^ 1 Имитаюр

моделей; 5) формирование и развитие баз данных плазмешшх технологий является неотъемлемой функцией ГТМПО.

Предлагаемая концепция «открытой технологии» гибких модулей плазменной обработки, ориентировшшая в первую очередь на гибкое интегрированное производство, на исследовательские центры, на опытное и мелкосерийное производство, дает возможность объединения и развития интеллектуальных ресурсов технолога-пользователя и алгоритмического сопровождения системы.

Интеллектуальная часть ГТМПО, реализуя стратегию оптимального управления, дает возмож-

■ —---- 1-ППЧ -1

(термообработка) V ! I ! Я. а СоггЛ

Рис 20. Функционально-технологическая структура ГТМПО; (----) - каналы связей с участием технолога

ность замкнуть контур управления каналом уточнения модели (рис.20), что позволяет выбирать оптимальную технологию, и формировать развиваемые базы данных. Предлагаемые принципы построения ГТМПО, сохраняя все возможности жестко запрограммированного алгоритмического сопровождения оборудования, в то же время, открывают путь создания саморазвивающихся систем, синтезирующих математические и эвристические методы.

На примере разработки высоконагруженных узлов технологических дуговых плазмотронов показана необходимость и эффективность привлечения различных методов оптимизации и математического программирования для повышения характеристик аппаратуры ГТМПО и Рис.21. Общий вид ГТМПО

создания конкурентоспособных систем.

На основе проведенного комплекса технологических исследований процессов плазменной сварки, нанесения покрытий и поверхностного упрочнения: а) определены основные параметры ГТМПО; б) разработаны функциональные и компоновочные схемы установок; в) составлены Технические задания на разработку технологического оборудования ГТМПО. Результаты проделанной работы обеспечили выпуск в промышленных масштабах (сотни едигащ в год) гаммы унифицированного плазменного оборудования (рис.21), которое позволило начать поэтапное широкое внедрение гибких плазменных технологий сварки, нанесения покрытий и упрочнения. При соответствующей технологической подготовке производства типичный срок окупаемости затрат потребителя составляет менее 1 года.

В приложения диссертационной работы включены документы, подтверждающие внедрение ее результатов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Комплекс проведённых исследований позволил решить научную проблему, имеющую важное народно-хозяйственное значение, заключающуюся в разработке научных основ технологического, алгоритмического и аппаратного обеспечения, принципов построения и функционирования нового поколения интеллектуального технологического оборудования - гибких модулей плазменной обработки для сварки, нанесения покрытий и упрочнения, - в развитии положений, методологии моделирования, оптимизации и регулирования плазменных сварочных технологий.

2. Создана комплексная модель сварочных процессов для гибких модулей плазменной обработки (на базе аналитического, критериального и регрессионного описания), учитывающая совокупность энергетических,

технологических и информационных параметров, свойства материалов и подобие процессов, дающая возможность обеспечить саморегулирование процесса и устойчивое формирование зоны плазмешюй обработки. Концепция построения модели, включающая ряд новых теоретических положений, позволяет максимально использовать преимущества гибких модулей для разработки и описания новых технологических процессов.

3. Впервые для сварочных технологий сформирован и обоснован принцип минимизации погонного производства энтропии процесса плазменной сварки различных металлов и сплавов, как открытой термодинамической системы вблизи равновесия. Установлено, что использование данного принципа не только обеспечивает устойчивость технологического процесса, упрощает и повышает точность определения требований к параметрам оборудования для гибких производственных систем, но также позволяет определить новые • эффективные направления разработки систем автоматического поиска оптимальных режимов плазменных сварочных технологий.

4. Уточнен механизм и определены количественные характеристики взаимодействия сжатой дуги с материалом в технологических процессах плазменной обработай. Для типичной сжатой сварочной дуги выявлена связь эффективных диаметров пятна тепловвода, тока и давления с диаметром плазмообразующего сопла: Dq = 2Dj = 2DP = (2,6...2,8)dc. Как показали исследования, взаимодействие сжатой дуги с материалом определяется двумя важнейшими процессами - поверхностными явлениями в активном пятне дугового разряда, зависящими от плазменных струй, и конвективной теплопередачей от столба сжатой дуги, достигающей 50-80 % эффективной мощности дуги. Для процессов сварки, наплавки и упрочнения поверхности это в определённой степени ограничивает концентрацию тепловвода, однако, свободный выбор полярности, схем и условий горения сжатой дуги, управление ее газодинамическими свойствами делают сжатую дугу универсальным технологическим инструментом гибких модулей плазменной обработки.

5. В результате анализа систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы тепломассопереноса в ванне расплавленного металла, и тепловую обстановку в твёрдом металле, и обобщения экспериментальных исследований построена критериальная модель, позволившая ввести и обосновать новые положения. Установлено, что при допущениях и масштабах, определённых в работе, отношения критериев Ре / Ki и (Fo-Ki)-1 служат характеристикой термического к.п.д. процесса сварки, который следует рассматривать как определяющий критерий технологического подобия сварочных процессов, что подтверждается проведёнными экспериментами.

6. С использованием аппарата теории подобия и полученного критериального уравнения выявлены новые закономерности. Установлено, что для широкого круга металлов и сплавов (углеродистых и легировашгых сталей, титановых и алюминиевых сплавов) существует область оптимальных режимов плазменной сварки проникающей дугой, которые реализуются при

оптимальной расчётной геометрии шва (шириной е), характеризуются постоянством термического к.н.д. Т1т процесса для каждого материала, а также -постоянством подрезов шва 11п, (см. таблицу в тексте) - и различаются при данной толщине материалов скоростью сварки. Для анализа тепловой и гидродинамической обстановки непосредственно в сварочной ванне может быть использовано полученное критериальное уравнение, связывающее величину подрезов и число Эйлера с параметрами режима и свойствами материала. Область действия критериальной модели определяет границы оптимальных режимов с двумя пределами: (с1с/е)т;п = 0,4 - «высокое качество»; (с!с/с)тах = 0,6 - «высокая производительность». Вне этих пределов действуют два вида прожогов - проливание или выдувание сварочной ванны.

7. Выявлен эффект саморегулирования сварочной ванны и обоснованы условия его проявления. Определены закономерности повышения устойчивости процесса плазменной сварки применением соединений с обратной разделкой, дающих наибольший эффект при плазменной сварке высокотеплопроводных сплавов (типа АМг и др.). Плазменную сварку без разделки можно считать частным случаем плазменной сварки с разделкой кромок. Разработаны алгоритмы расчета и выбора оптимальных параметров: швов, режимов сварки, оборудования, - экспериментальная проверка которых показала их высокую точность и эффективность.

8. Расчетом установлен и экспериментально подтвержден эффект обратного воздействия сварочной ванны на сжатую дугу при смещении с оси стыка, проявляющийся в несимметричности поверхности кратера ванны относительно дуги, причём, максимальная несимметричность наблюдается для оптимальных режимов плазменной сварки. Наибольшая чувствительность системы ванна-дуга к смешению со стыка проявляется при сканировании сжатой дуги магнитным полем по поперечному сечению кратера, в котором он имеет максимальную ширину, с амплитудой равной 25% ширины сварочной ванны в области частот 50...5000 Гц при длительности импульса 1,5...2 мс. Установлено, что переменная составляющая электрического потенциала обратных плазменных факелов, исходящих из ванны, достаточно чётко коррелирована не только с видом процесса (режим сварки проникающей дугой, барботаж, проливание ванны и т.д.), но и с площадью сечения выходного отверстия в кратере при нормальном ходе сварки, что отражает флуктуации поведения ванны в диапазоне устойчивости.

9. Установлено, что максимальная устойчивость процесса плазменной сварки проникающей дугой обеспечивается при минимизации: а) погонной тепловой энергии; б) силового воздействия сжатой дуги на жидкий металл, перемещаемый в хвостовую часть ванны; в) энергии колебаний поверхности сварочной ванны. Оптимальное значение погонной энергии, устанавливаемое расчётными параметрами режима, создаёт условия для проявления саморегулирования сварочной ванны, а склонность к потере устойчивости формирования ванны под действием возмущений может быть выявлена по

отклонению от минимума переменной составляющей сигналов с датчиков плазменных потоков в контуре автоматического регулирования процесса.

10. В результате экспериментальных исследований гибкой технологии плазменной порошковой наплавки - на прямой и обратной полярности, с пилотной дугой и других вариантов - получены количественные характеристики процессов и определены рациональные области регулируемых режимов с различной протяжённостью переходной зоны сплавления (от п-1 мм до п-1 мкм), которые обеспечивают качественную наплавку материалов разных типов и составов, включая быстрорежущие стали, алюминийсодержащие сплавы и порошковые композиции, на поверхностях различной конфигурации.

11. Установлена достаточная адекватность модели нормально распределенного поверхностного плазменного источника тепла на плоском слое (с учётом влияния наплавляемого металла) для описания процессов в высокотемпературных зонах при наплавке покрытий и поверхностной закалке. Разработаны алгоритмы расчета режимов и выявлены экстремальные связи погонной энергии, удельного тепловложения и скорости охлаждения от тока дуги при заданных значениях высоты наплавляемого слоя или глубины закалки. Показано, что для оптимизации этих технологий, как и при плазменной сварке, целесообразно использовать принцип минимизации погонного производства энтропии. Процесс плазменной закалки, интегрированный в модуль ГАП, обеспечивает эффективное и экономичное термоупрочнение изготавливаемых деталей на глубину до 1,5-2 мм без оплавления с регуляризацией поверхности.

12. Создана новая технология - финишное плазменное упрочнение (ФПУ), явившаяся развитием процессов плазменного упрочнения поверхности для реализации функций ГТМПО. Разработаны основы технологии и выявлены закономерности нанесения тонкоплёночного покрытия при атмосферном давлении с использованием гибких модулей плазменной обработки. Установлено, что при ФПУ условиями перехода к гетерогенному (непосредственно на обрабатываемой поверхности) формированию соединений, из которых состоит покрытие, является: а) уменьшение концентрации реагентов в плазменной струе и б) увеличите температуры плазменной струи в зоне нанесения покрытия более 3000 К путём уменьшения дистанции обработки и определешюго увеличения мощности разряда.

13. Расчетом (с привлечением численных и аналитических методов) определены и экспериментально подтверждены две категории режимов нанесения рентгеноаморфного плотного пленочного покрытия состава БЮ-БЮг толщиной 1-3 микрометра без изменения параметров шероховатости поверхности: а) на мягких режимах с ограниченным тепловложением, не приводящим к структурным изменениям в основе, и б) на жестких режимах, при которых поверхностный слой предварительно закаленной стали может претерпевать повторную закалку на глубину до 10...20 мкм, ниже которого располагается соизмеримый по размерам слой отпуска, способствующий релаксации напряжений. Установлено, что основной вклад в микротвердость обработанной поверхности (до 23 ГПа) и в комплексное изменение ее свойств,

существенно повышающих эксплуатационные характеристики (в 2-6 и более раз), вносит пленочное покрытие. Разработаны алгоритмы расчета режимов и выявлены количественные характеристики регулирования процесса ФПУ. Разработан метод контроля ФПУ в реальном времени, основанный на измерении электрических параметров плазмы, который позволяет автоматизировать процесс нанесения тонкопленочного покрытия в гибких модулях плазменной обработки.

14. Сформирована новая концепция «открытой технологии» гибких модулей плазменной обработки, ориентированная на объединение и развитие интеллектуальных ресурсов технолога-пользователя и алгоритмического сопровождения системы с целью повышения эффективности работ и качества продукции. Для реализации данной концепции разработаны и обоснованы новые технологические и технические решения (новые технологии, универсальные плазмотроны и т.д.), положения и методология. Разработаны технологические требования к гибким модулям плазменной обработки (к их функциям, структуре, параметрам) и технические задания на проектирование плазменного оборудования нового поколения. Создашпле по результатам данной работы и освоенные в серийном производстве базовые элементы гибких модулей плазменной обработки (плазмотроны, питатели, системы управления и др.) обеспечили выпуск в промышленных масштабах (сотни единиц в год) гаммы унифицированного плазменного оборудования, не имеющего мировых аналогов (установки типа УПНС-304, УПВ-301, УПО-302), которое позволило начать поэтапное широкое внедрение гибких плазмешшх технологий сварки, нанесения покрытий и упрочнения со сроком окупаемости затрат потребителя менее 1 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Соснин H.A. Унификация горелок для сварки неплавящимся электродом. // Электротехническая промышленность. Серия "Электросварка",- 1972,- №3,-С.23-26.

2. Соснин H.A. Определение радиального распределения удельной термической мощности и плотности тока по пятну нагрева дуги, стабилизированной потоком газа. / Сварочное производство. - Труды Л1Ш. -№336. Л.: ЛПИ. 1974,- С.75-81.

3. Демянцевич В.П., Соснин H.A. Некоторые пути повышения эффективности плазменной дуги. // Сварочное производство,- 1974,- №4,- С.15-17.

4. Демянцевич В.П., Соснин H.A. Точность поддержания режима при сварке плазменной дугой. // Сварочное производство,- 1974,- №8,- С.20-21.

5. Демянцевич В.П., Башенко В.В., Соснин H.A. Распределение составляющих удельной термической мощности в пятне нагрева сжатой дуги. // Электронная обработка материалов,- 1975,- №6(66).- С.46-50.

6. Соснин H.A., Тополянский П.А. Использование плазменной дуги для сопутствующего подогрева при сварке прецизионных сталей. // Электротехническая промышленность. Серия "Электросварка",- 1975,- №4,-С.5-7.

7. Соснин H.A., Ермаков С.А. Исследование малогабаритных анодов плазменных горелок. // Электротехническая промышленность. Серия "Электросварка".- 1976,- №6 - С.1-2.

8. Соснин H.A. Плазменная наплавка стали 4X13 на рабочую кромку деталей электроаппаратов. // Электротехническая промышленность. Серия "Электросварка",- 1977,-№4,-С.1-2.

9. Сосшш H.A., Щипков М.Д. Исследование сварки сжатой дугой тонколистовых соединений из сплава АМгб. // Автоматическая сварка.-1977,- №12,- С.19-20.

10. Ермаков С.А., Соснин H.A. Разработка сварочных плазмотронов./ Сварочное производство,- Труды ЛПИ.- №364,- Л.: ЛПИ. 1978,- С.81-86.

П.Зсленова М.И., Михайлов A.C., Сосшш H.A., Щипков М.Д. Влияние технологических и металлургических факторов при аргонодуговой и плазменной сварке на порообразование в шве и механические свойства тонколистовых соединений из сплава 01420. / Сварочное производство-Труды ЛПИ,- №364,- Л: ЛПИ. 1978.- С.62-65.

12. Соснин H.A., Шемонаев Л.Ф. Влияние силового воздействия дуги на формирование шва при плазменной сварке проникающей дутой. // Электротехническая промышленность. Серия "Электросварка".- 1979.- №6,-С.1-3.

13. Сосшш H.A., Шемонаев Л.Ф., Демянцевич В.П. Выбор параметров режимов плазменной сварки титановых сплавов. // Электротехническая промышленность. Серия "Электросварка",- 1980,- №4.- С.2-4.

14. Sosnin N.A., Istvan J. A plazmahegesztés paraméterei és berendezésének meghatározása számitassal.//Gép. - 1981,-33(9): 357-359. Hungary.

15. Соснин H.A., Шемонаев Л.Ф. Формирование шва при сварке проникающей дутой. // Автоматическая сварка.- 1981.-№11.- С.8-11.

16. Соснин H.A., Ермаков С.А. Оптимизация конструкции охлаждаемых элементов плазмотронов. // Сварочное производство.- 1982.- №6. С.38-39.

17. Sosnin N.A., Ermakov S.A., Blume F., Rosert R. Dünnschichtauftragsschweissen mit den WIG- und Plasmaverfahren bei plusgepolter Elrektrode.// Schweisstechnik. 1983,-33(5): 202-204. Germany.

18. Сосшш H.A., Ермаков C.A., Вичик Б.Л. Технологическое и алгоритмическое обеспечение плазменной сварки и наплавки для гибких производств. // Сварочное производство,- 1986,- №7,- С. 1-2.

19. Ермаков С.А., Соснин H.A., Тополянский П.А. Напыление порошковых материалов универсальными плазмотронами с межэлекхродными вставками. / Порошковые, композиционные и текстурованные материалы.- Труды ЛПИ,- №417,- Л.: ЛПИ. 1986,- С.99-102.

20. Соснин H.A. Оптимизация режимов плазменной сварки проникающей дугой. // Автоматическая сварка.- 1987.- №6,- С.38-41.

21. Соснин H.A., Вичик Б.Л., Ермаков С.А. и др. Плазменное упрочнение изделий на базе серийной установки для сварки УПС-301. /I Промышленность строительных материалов. Серия "Ремонт и эксплуатация оборудования",- 1987,- №6,- С.8-11.

22. Bashenko V.V., Sosnin N.A. Optimization of the Plasma Arc Welding Proccss. H Welding Journal - 1988.- 67(10): 233-237. USA.

23. Соснин H.A., Вичик Б.Л., Ермаков С.А. и др. Прецизионная плазменнопорошковая наплавка быстрорежущей стали. // Сварочное производство,- 1988.-№9,-С.8-9.

24. Соснин H.A. Минимум производства энтропии и оптимизация сварочных технологий. Достижения инженеров и учёных Ленинграда в области сварочного производства за 1989 г. Матер, конфер. Л.: Знание. 1990,- С.32-38.

25. Соснин H.A., Федотов Б.В. Формирование ванны и тепловая обстановка при плазменной сварке проникающей дугой. // Сварочное производство,- 1989,-№9,- С.35-37.

26. Соснин H.A., Вичик Б.Л., Ермаков С.А. и др. Создание гибких модулей на базе серийной установки для сварки УПС-301. //: Промышленность строительных материалов. Серия "Стекольная промышлешшсть".- 1989,-№3,- С.13-17.

27. Соснин H.A., Тополянский П.А., Ермаков С.А. Плазменно-дуговое упрочнение деталей машин. //Машиностроитель.- 1989.- №4 - С.32-33.

28. Тополянский П.А., Соснин H.A. Нанесение износостойких покрытий с использованием установки плазменной сварки УПС-30.1. // Сварочное производство,- 1989.-№5,-С.30-31. , ; ;

29. Соснин H.A. Расчётная оценка устойчивости сварочной ванны ;в'процессе плазменной сварки при малых значениях погонной энергии. // Автоматическая сварка,- 1990,- №5,- С.6-10.

30. Соснин H.A., Тополянский П.А., Вичик Б.Л. Плазменные покрытая (технология и оборудование).- СПб: Знание. 1992.- 28 е., ил.

31. Тополянский П.А., Соснин H.A., Ермаков С.А. Малогабаритное оборудование для финишного плазменного упрочнения штампов и инструмента. // Автоматизация и современные технологии,- 1995,-№9,- С.2-3.

32. Слюсарев В.В., Соснин H.A., Ермаков С.А. Энергетические параметры плазменной обработки с пилотной дугой при поверхностном упрочнении и наплавке. / Современные материалы: технологии и исследования. - Труды СПбГТУ.- №463,- СПб: 1996,-С.138-144.

33. Finisch-Plasniaverfesligung bringt Standzeitverlängerung von Pressformen und Werkzeugen.//Keramische Zeitschrift.- 1996.-48(2): 202-203. Germany.

34. Соснин H.A., Тополянский П.А., Ермаков С.А., Слюсарев В.В. Современные ресурсосберегающие технологии и материалы плазмешшх покрытий. // Metall Engineering. - 1996,- №2,- С.6-8.

35. Сосшш H.A., Щипков М.Д. Сравнительные характеристики аргоно-дуговой и плазменной сварки тонколистовых изделий из алюминиево-магниевых сплавов. В сб. Газоэлектрическая сварка металлов. Л: 1977,- ЛДНТП,- С.53-58. 1 г:.;

36. Сосшш H.A., Ермаков С.А., Зеленова М.И. Плазменная сварка алюминиевых сплавов на повышенных скоростях. В сб. 32-е итоговое совещание по производственным и научно-исследовательским работам в области сварки, выполненным в 1981 году. Л: 1981,- С.42-43.

37. Замятин И.П., Соснин H.A. и др. Усовершенствование технологии и разработка оборудования для сварки алюминиевых сплавов АМгб и 01420. В сб. 2-я Всесоюзная конференция по сварке цветных металлов. Киев: 1982 -ИЭС им. Е.О.Патона,- С.38.

38. Соснин H.A., Ермаков С.А. Определяющая роль плазмообразующего сопла в формировании технологических характеристик сжатой сварочной дуги. В сб. 6-я Всесоюзная конференция "Теплофизика технологических процессов". 4.2. Ташкент: 1984,- С.114.

39. Соснин H.A., Райчук Д.Ю., Тополянский П.А. Исследование методом плоскостного зондирования энергетических характеристик плазменной струи при поверхностной обработке изделий. В сб. Применение математических методов и ЭВМ в сварке. Л: ЛДНТП,- 1987,- С.43-49.

40. Галактионов П.М., Соснин H.A., Ермаков С.А. Разработка системы слежения за стыком при дуговой плазменной сварке. В сб. Республиканская конференция "Роботизация и автоматизация сварочного производства". Вильнюс: 1987,- С.61-63.

41. Башенко В.В., Сосшш H.A., Сафаревич С.С. Перспективы создания гибких технологических модулей плазменной и лазерной обработки. В сб. Республиканская конференция "Роботизация и автоматизация сварочного производства". Вильнюс: 1987,- С.63-65.

42. Райчук Д.Ю., Соснин H.A., Ермаков С.А. Технологические особенности нанесения тонкоплёночных покрытий с помощью гибкого модуля плазменно-дуговой поверхностной обработки. В сб. Новое в газотермическом покрытии деталей. Казань: НИАТ КФ.- 1987,- С.45-49.

43. Соснин H.A. Технологические возможности гибкого модуля плазменной обработки на финишных операциях упрочнения изделий. В сб. Интенсификация и автоматизация электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. Матер, семинара. JI.: Знание. 1988.- С. 6570.

44. Башенко В.В., Соснин H.A. Поверхностное упрочнение стали с нанесением тонких плёнок плазменной струёй при атмосферном давлении. В сб. 2-ая Междунар. конфер. по электроннолучевым технологиям - ЭЛТ-88. Варна: 1988,- 6.42.- С.823-828. Болгария.

45. Галактионов П.М., Ермаков С.А., Соснин H.A. Сжатая дуга как источник информации о формировании шва при плазменной сварке проникающей дугой. В сб. Достижения ленинградских научных и производственных коллективов в области сварки за 1987 г. JI: 1988,- С.77-82.

46. Галактионов П.М., Ермаков С.А., Соснин H.A. Поведение сварочной ванны при плазменной сварке со смещением со стыка. Веб. Всесоюзная конференция "100-летие изобретения сварки по методу Н.Г.Славянова - и современные проблемы развития сварочного производства". 4.1. Пермь: 1988,- С.121.

47. Соснин H.A. Технологические аспекты создания гибких модулей плазменной обработки. В сб. Всесоюзная научно-техническая конференция "Ресурсосберегающие прогрессивные технологии в сварочном производстве для машиностроительного комплекса". М: МДНТП.- 1989.- С.39-42.

48. Соснин H.A., Тополянский П.А., Ермаков С.А. Финишное плазменное упрочнение - новая технология на базе сварочного оборудования. В сб. Газотермическое напылите в промышленности СССР и за рубежом. Докл. международен семинара. JI: 1991,- С.61-63.

49. Тополянский П.А., Соснин H.A., Ермаков С.А. Опыт применения нанесения тонкоплёночных износостойких покрытий. В сб. Газотермическое напыление в промышленности - ГТНГ1-93. Докл. международн. семинара. СПб: 1993.-С.130.

50. Ермаков С.А., Тополянский П.А., Соснин H.A. Восстановление вырубных штампов холодного деформирования методом плазменно-порошковой наплавки. В сб. Газотермическое напыление в промышленности - ГТНП-93. Докл. международн. семинара. СПб: 1993,- С.148.

51.Купари А. Туккель И.Л., Соснин H.A. Выбор оптимальных технологий наплавки слоев в диапазоне от 0,15 до 15 мм в ремонтном производстве России и Финляндии. В сб. Концепция развития и высокие технологии индустрии ремонта транспортных средств. Докл. международн. конфер. Оренбург: 1993,-С.13-15.

52. Ермаков С.А., Тополянский П.А., Слюсарев В.В., Соснин H.A. Плазменная порошковая наплавка с пилотной дугой. В сб. Напыление и покрытия - 95. Международн. научно-технич. конфер. СПб: 1995,- С.126.

53. Соснин H.A., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Финишное плазменное нанесение тонкоплёночного упрочняющего покрытия при атмосферном давлении. В сб. Напыление и покрытия - 95. Международн. научно-технич. конфер. СПб: 1995. - С.138-139.

54. Соснин H.A. Новые плазменные технологии и универсальная аппаратура для изготовления и ремонта узлов энергооборудования. В сб. Симпозиум и международная выставка "Эпергетика-95". СПб: 1995.-С.245.

55. Соснин H.A., Ермаков С.А. Плазменная сварка корпусов элегазовых высоковольтных, аппаратов из алюминиевых сплавов. В сб. Симпозиум и международная выставка "Энергетика-95". СПб: 1995,-С.241.

56. Тополянский П.А., Соснин H.A., Ермаков С.А. Ресурсосберегающие плазменные технологии в инструментальных хозяйствах энергетических комплексов. В сб. Симпозиум и международная выставка "Энергетика-95". СПб: 1995.- С.248-251.

57. Слюсарев В.В., Ермаков С.А., Соснин H.A. Плазменная поверхностная закалка и наплавка с пилотной дугой - перспективные технологии в энергомашшюстросшпг и ремонте. В сб. Симпозиум и международная выставка "Энергетика-95". СПб: 1995,- С.252-255.

58. Соснин H.A., Тополянский П.А., Ермаков С.А. Использование универсальных плазменных установок при ремонте энергооборудования. В сб. Ремонт и восстановление энергооборудования, обеспечивающие гарантированный ресурс. СПб: МЦЭНТ,- 1995- С.272.

59. Соснин H.A. Минимум производства энтропии и оптимизация сварочных технологий. В сб. Российская научно-техническая конференция "Инновационные наукоёмкие технологии для России". 4.6. СПб: СПбГТУ.-1995.- С.48.

60. Соснин H.A. Новая безвакуумная технология финишного плазменного упрочнения. В сб. Российская научно-техническая конференция "Инновациошше наукоёмкие технологии для России". 4.6. СПб: СПбГТУ.-1995.- С.49.

61. Соснин H.A., Слюсарев В.В., Ермаков С.А. Разработка алгоритмического обеспечения гибкой плазмешюй технологии нанесения покрытий и упрочнения поверхностей деталей энергетического оборудования. В сб. "Энергетика-96". Симпозиум и международная специализированная выставка. СПб: 1996,- С.99-101.

62. Соснин H.A., Алисов П.В. Создание нового поколения плазменных технологических систем. В сб. Международная научно-техническая конференция "Высокие технологии в современном материаловедении". СПб: СПбГТУ.- 1997,- С.97-98.

63. Соснин H.A., Тополянский П.А., Ермаков С.А. Финишное плазменное упрочнение с нанесением тонкоплёночного покрытия. В сб. Международная научно-техническая конференция "Высокие технологии в современном материаловедении". СПб: СПбГТУ,- 1997,- С.99-100.

64. БашенкоВ.В., Сосшш H.A. Термический к.п.д. как определяющий критерий подобия процессов сварки высококонцентрированными потоками энергии. В сб. Фундаментальные исследования в технических университетах. СПб: СПбГТУ,- 1997,- С.97.

65. Тополянский П.А., Соснин H.A., Ермаков С.А. Использование прогрессивных плазменных технологий для повышения надёжности и качества энергооборудования. В сб. Стратегия продления и восстановления ресурса энергетического оборудования. Отечественные и зарубежные сварочные и другие технологии. СПб: 1997,- С. 181-185.

66. Соснин H.A., Ермаков С.А., Алисов П.В. Создание нового поколения интеллектуальных технологических модулей фшгашного плазменного поверхностного упрочнения. В сб. «Пленки и покрытия». Труды 5-й Международной конференции. - Полиплазма. - СПб. - 1998. - С.478-480.

67. A.c. 880654 СССР. МКИ В23К 9/16. Горелка для плазменной обработки материалов./ Н.А.Соснин, С.А.Ермаков; ЛПИ им.М.И.Калинина. 2885144/2527. Заявлено 20.02.80. Опубл. Б.И. 1981, № 42.

68. A.c. 1004040 СССР. МКИ В23К 9/10. Способ регулирования глубины проплавления изделия при плазменной сварке./ В.А.Батухтин, В.В.Башенко,

Н.А.Соснин; ЛПИ им.М.И.Калинина. 3310934/25-27. Заявлено 29.06.81. Опубл. Б.И. 1983, № 10.

69. A.c. 1295617 СССР. МКИВ23К 9/18, G01F 11/00. Импульсный порошковый питатель./ Б.Л.Вичик, С.А.Ермаков, Н.А.Сосшга, Ю.И.Филиппов; завод "Электрик" им.Н.М.Шверника и ЛПИ им.М.И.Калинина. 3927315/25-27. Заявлено 27.05.85. Не публ. (ДСП).

70. A.c. 1473225 СССР. МКИ В23К 9/16, 9/04. Плазмотрон для наплавки / Н.А.Соснин, С.А.Ермаков, Б.Л.Вичик, В.П.Зайцев; завод "Электрик" им.Н.М.Шверника и ЛПИ им.М.И.Калинина. 4223603/24-27. Заявлено

09.03.87. Не публ. (ДСП).

71. A.c. 1485669 СССР. МКИ С23С 16/32, 16/50. Способ нанесения покрытий на основе кремния./ Д.Ю.Райчук, Н.А.Соснин, С.А.Ермаков, П.А.'Гополянский. 4177505/31-02. Заявлено 08.01.87. Не публ. (ДСП).

72. A.c. 1505708 СССР. МКИ В23К 9/10. Способ слежения за стыком при дуговой сварке./ П.М.Галактионов, С.А.Ермаков, Н.А.Соснин; ЛПИ им.М.И.Калинина. 4362894/31-27. Заявлено 12.01.88. Опубл. Б.И. 1989, №33.

73. A.c. 1532228 СССР. МКИ В23К 9/16. Устройство для дуговой обработки / Б.Л.Вичик, В.П.Зайцев, Ю.И.Золотых, Н.А.Соснин, Ю.И.Филиппов; завод "Электрик" им.Н.М.Шверника и ЛПИ им.М.И.Калинина. 4279567/25-27. Заявлено 08.07.87. Опубл. Б.И. 1989, №48.

74. A.c. 1646743 СССР. МКИ В23К 10/00. Устройство для плазменной обработки./ БЛ.Вичик, С.А.Ермаков, В.П.Зайцев, А.Ю.Смирнов, Н.А.Соснин; завод "Электрик" им.Н.М.Шверника. 4627834/27. Заявлено

24.10.88. Опубл. Б.И. 1991, № 17.

75. A.c. 1690299 СССР. МКИ В23К 9/04. Способ наплавки или сварки./ Н.М.Ожегов, В.П.Пазына, Н.А.Соснин, С.А.Ермаков, Б.Л.Вичик, В.П.Зайцев. 4690828. Заявлено 12.05.89. Не публ.

76. A.c. 1772175 СССР. МКИ C21D 1/09. Способ закалки стальных изделий./

A. И.Скворцов, С.А.Ермаков, Н.А.Соснин, Ю. И. Скворцов; ЛКБ технологического оснащения. 4791868/02. Заявлено 14.02.90. Опубл. Б.И. 1992, №40.

77. Патент 1816249 СССР. МКИ В23К 9/00. Способ управления параметрами режима дуговой сварки./ В.А.Батухтин, С.В.Стрекаловская, В.В.Башенко,

B.А.Лопота, В.Ю.Каплан, Н.А.Соснин и др. 4639179/08. Заявлено 18.01.89. Опубл. Б.И. 1993, № 18.

78. Международная заявка PCT/SU № 90/00009. Способ плазменной обработки и плазмотрон./ М.В.Карасёв, Н.А.Соснин, В.С.Клубникин. Заявлено 15.01.90.

79. Башенко В.В., Соснин H.A. Автоматизированное оборудование для сварки плавлением. Учебное пособие. - Л: ЛПИ. 1977,- 88 е., ил.

80. Башенко В.В., Соснин H.A. Проектирование и эксплуатация электросварочного оборудования. Учебное пособие. - Л: ЛПИ. 1978,- 72 е.,ил..

81. Соснин H.A. Исследование характеристик сжатой дуги и оборудования для плазменной сварки. Методич. указания к лабораторным работам. - Л: ЛПИ.

1985.-48 е., ил.

82. Башенко В.В., Соснин H.A. Электросварочное оборудование. Автоматизация контроля и регулирования. Учебное пособие. - JI: ЛПИ.

1986,- 80 е., ил.

83. Башенко В.В., Соснин H.A. Электросварочное оборудование. Плазменная и электроннолучевая обработка. Учебное пособие. - Л: ЛПИ. 1989. - 88 е., ил.