автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление тепловым режимом комбинированного процесса сварки кольцевых соединений технологических каналов

На правах рукописи

Репкин Дмитрий Александрович

УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОЦЕССА СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ

Специальности

05 13 01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(промышленность) по техническим наукам 05 03 06 - Технология и машины сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003161147

Киров2007

Работа выполнена в Вятском государственном университете

Научные руководители доктор технических наук, профессор

Мелюков В В

кандидат технических наук, доцент Корепанов А Г

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Хорошавин В С

доктор технических наук, профессор Беленький В Я

Ведущая организация Научно-исследовательский и конструкторский

институт энерготехники им НА Доллежаля (г Москва)

Защита состоится « 2 » ноября 2007 г в 1300 часов на заседании диссертационного совета К212 042 01 в Вятском государственном университете по адресу г Киров, ул Московская, 36, каб 310

Ваш отзыв, заверенный печатью, просим выслать по адресу 610000, г Киров обл, ул Московская, д 36, кафедра АТ, председателю дисс совета Пономареву В И

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Вятского государственного университета.

Автореферат разослан " 27 " сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В Г Ланских

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Основной задачей современного производства является повышение конкурентоспособности производимой продукции Изделия и оборудование, применяемое в атомной промышленности, в частности, в конструкциях атомных реакторов, относятся к изделиям ответственного применения, поэтому для его обработки используются высокотехнологичные методы обработки, гарантирующие заданное качество выпускаемой продукции Так, для сварки изделий из сплавов циркония в атомной промышленности используется электронно - лучевая сварка (ЭЛС)

Электронный луч как технологический инструмент позволяет осуществлять нагрев, сварку, наплавку, испарение, размерную обработку и ряд других технологических операций Такая универсальность электронного луча дает возможность использовать одно и то же оборудование сразу для нескольких операций единого технологического процесса производства продукции, то есть применять комбинированный технологический процесс электронно - лучевой обработки Электронно - лучевые технологические процессы протекают в вакууме, поэтому они экологически чисты и технически безопасны Для ЭЛС характерны высокая концентрация энергии в электронном пучке, локальность нагрева, минимальные деформации изделия, вакуумная защита зоны обработки, простая управляемость энергетическими характеристиками пучка электронов и высокий КПД

Современное электронно - лучевое оборудование отличается улучшенными значениями таких важнейших параметров, как выходная мощность луча, высокая степень вакуумной защиты, прецизионное манипулирование электронной пушкой и обрабатываемым изделием, увеличенный срок службы В то же время существует трудность внедрения этого оборудования, так как системы управления обеспечивают лишь узкий спектр функций, в основном ограниченный прямым программным управлением без обратной связи, а также отсутствием универсальных методов расчета управляющего воздействия для различных технологических операций

Тепловой процесс в реальном изделии описывается системой с распределенными параметрами, основным из которых является температура, поэтому д ля управления этим процессом должны использоваться методы синтеза и анализа систем управления с распределенными параметрами Совершенствование технологии производства и выбор режимов обработки является трудоемкой задачей, так как требует проведения большого количества экспериментов Оптимальное управление - алгоритм и параметры режима обработки - могут быть наиболее точно, эффективно и сравнительно дешево получены лишь с помощью методов математического моделирования технологического процесса с многокритериальной оптимизацией режимов Это позволяет формализовать и ускорить решение задачи за счет использования высокопроизводительной вычислительной техники и сокращения затрат на выполнение натурных экспериментов

Однако при электронно-лучевой сварке конструкций из сплавов циркония ввиду непостоянства параметров внешней среды, электронной пушки и свариваемых деталей, а также ограниченной мощности электронного луча даже на оптимальных режимах не удается достичь требуемых эксплуатационных свойств сварного соединения, в первую очередь механической прочности и необходимой коррозионной стойкости Поэтому для обеспечения комплекса необходимых свойств сварных соединений, к которым предъявляются повышенные требования по качеству, после ЭЛС проводят длительный отжиг или ступенчатую термообработку, или применяется более сложная термомеханическая обработка, включающая циклы холодной пластической деформации металла в зоне сварного соединения (обкатка роликами) и последующий отжиг в печи Для проведения таких видов термической и термомеханической обработки сварного соединения в печах

требуется специальное энергоемкое крупногабаритное оборудование, а технологический процесс изготовления технологических каналов реакторов РБМК становится продолжительным и трудоемким В настоящее время существуют способы улучшения механических и коррозионных свойств металлов и сплавов с помощью термоциклической обработки, заключающейся в периодическом нагреве и охлаждении металла Локальная термоциклическая обработка концентрированными источниками энергии является менее энергоемкой и менее длительной операцией по сравнению с отжигом в печах, кроме того, при получении заданной микрокристаллической структуры в зоне термоциклической обработки позволяет отказаться от холодной пластической деформации и в несколько раз уменьшить время традиционной печной обработки Решающим преимуществом, определяющим применение данной операции, является то, что термоциклическую обработку можно эффективно выполнять на том же оборудовании, что и ЭЛС, причем за более короткое время, чем печное вакуумное термоциклирование Известно, что после нескольких циклов термообработки, заключающихся в нагреве и охлаждении изделий до заданных температур, микрокристаллическая структура шва и ЗТВ не уступает, а в некоторых случаях превосходит структуру, полученную при печной термообработке

Наиболее близкой по тематике является диссертационная работа В В Лаптева, посвященная оптимизации погонной мощности источника энергии при сварке и термической обработке кольцевых сварных соединений, однако предложенные в данной работе алгоритмы используют уравнение теплопроводности меньшей размерности, не учитывающее распределение температуры вдоль оси цилиндрической оболочки, а обратная связь в системе управления лучом использует только одно значение температуры в фиксированной точке температурного поля, что не дает полной информации о процессе

В настоящей работе предложено применить для производства кольцевых сварных соединений технологических каналов реакторов АЭС комбинированный технологический процесс, включающий ЭЛС и локальную электронно - лучевую термоциклическую обработку (ЭЛТЦО)

Целью данной работы является повышение эффективности и сокращение энергоемкости производства технологических каналов реакторов АЭС путем применения методов оптимизации систем с распределенными параметрами и совершенствования технологии формирования сварных соединений Задачи диссертационной работы:

1 Систематизация технологических операций и методов обработки материалов концентрированными потоками энергии (излучение лазера, пучок электронов), обеспечивающих повышение качества кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС

2 Разработка и обоснование математической модели формирования кольцевых сварных соединений при воздействии концентрированного подвижного источника энергии в технологических операциях сварки, направки и локальной электронно - лучевой термоцикпической обработки

3 Реализация методов оптимизации теплового режима обработки кольцевых сварных соединений электронным пучком для операций электронно - лучевой сварки, наплавки и локальной термической обработки

4 Расчет оптимальных параметров и выбор режима оптимального управления комбинированным процессом формирования кольцевого сварного соединения

5 Разработка структуры и алгоритмов работы системы управления комбинированным процессом сварки и локальной термоциклической обработки кольцевых сварных соединений с обратной связью по температуре

6 Исследование механических, коррозионных свойств кольцевых сварных соединений, выполненных по комбинированной технологии сварки, и металлографические исследования структуры металла сварного шва и зоны термического влияния

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач используются методы теории теплопроводности, математического и численного моделирования, методы оптимального управления системами с распределенными параметрами, методы идентификации объектов и систем управления, металлографические методы, методы не-разрушающего и разрушающего контроля

Научная новизна и практическая ценность работы.

На защиту выносятся следующие научные результаты автора

1 Методика комбинированного процесса формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС, включающая операции электронно — лучевой сварки, наплавки и ЭЛТЦО

2 Математическая модель оптимального теплового процесса в цилиндрической оболочке с граничными условиями второго рода при воздействии подвижного объемного источника энергии

3 Метод оптимизации пространственно-временной структуры источника энергии в зависимости от требуемых эксплуатационных свойств сварного соединения с использованием принципа максимума для систем с распределенными параметрами

4 Способ определения оптимальных параметров комбинированного процесса формирования кольцевого сварного соединения канала реактора АЭС

5 Система управления комбинированным технологическим процессом формирования кольцевых соединений, использующая предварительную оптимизацию управляющего воздействия и оперативный тепловизионный контроль

6 Результаты металлографических, метрологических и коррозионных испытаний кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС, выполненных по комбинированной технологии

Новизна научных результатов состоит в следующем

1 Проведенная систематизация методов обработки и технологических операций обосновывает необходимость применения операции ЭЛТЦО, что позволяет исключить трудоемкую механическую обработку - обкатку роликами, и сократить длительность вакуумного отжига в печах при формировании кольцевых сварных соединений изделий ответственного применения

2 Доказано эффективное влияние оптимального теплового режима обработки на микрокристаллическую структуру металла сварного шва и зоны термического влияния, и, как следствие, на эксплуатационные свойства изделий

3 Построенная математическая модель теплового процесса позволила сформулировать и решить задачу оптимизации теплового режима каждой технологической операции комбинированного процесса сварки кольцевых соединений каналов АЭС

4 На основании предложенной методики комбинированного процесса составлен сложный термический цикл формирования кольцевого сварного соединения, построено заданное распределение температуры и предложен метод численного моделирования оптимальных параметров режима технологических операций комбинированного технологического процесса

5 Разработанные алгоритмы оптимального управления комбинированным технологическим процессом сварки обеспечивают непрерывный контроль во время формирования кольцевого сварного соединения и управление температурным режимом обработки

Практическая ценность работы заключается в следующем

1 Предложена технология комбинированного процесса формирования кольцевого сварного соединения, позволяющая по сравнению со штатной технологией улучшить экс-

плуатационные (коррозионные и механические) свойства технологических каналов АЭС, повысить производительность труда, снизить энергоемкость и себестоимость выпускаемой продукции, уменьшить влияние квалификации персонала на качество изделий

2 На основе метода решения обратной задачи теплопроводности получен метод оптимизации параметров режима сварки, наплавки и термоциклической обработки применение которого увеличивает точность получения технологических параметров процесса формирования кольцевых сварных соединений и уменьшает количество экспериментов для отработки режимов

3 Благодаря применению оптимальных режимов обработки сокращена длительность и уменьшена энергоемкость процесса, за счет отказа от механической обработки -обкатки роликами - уменьшена номенклатура используемого оборудования, улучшены эксплуатационные характеристики продукции

4 Автоматизация процесса управления последовательностью технологических операций в вакуумной камере позволяет повысить производительность труда оператора электронно - лучевой установки Замкнутость системы управления по температуре обеспечивает повторяемость технологических параметров режима обработки

5 Предложен способ построения систем управления с обратной связью по температуре и предварительной оптимизацией температурного режима обработки, применимый для построения систем управления любыми тепловыми процессами

6 Повышена достоверность расчета режимов комбинированной технологии сварки и локальной термической обработки кольцевых сварных соединений труб 088x4 из сплава Э125, применяемых в технологических каналах реакторов РБМК

Вклад автора. Автором самостоятельно 1) предложена и обоснована комбинированная технология формирования кольцевого сварного соединения, 2) разработан и реализован алгоритм оптимизации управляющего воздействия, 3) численно обоснованы результаты применения математических моделей тепловых процессов для каждой технологической операции комбинированного процесса сварки, 4) предложена структурная схема системы управления тепловым процессом обработки, использующая предварительную оптимизацию параметров технологического процесса и несколько обратных связей, в том числе по распределенному параметру - температурному полю, 5) разработан метод наведения электронного луча на стык свариваемых деталей при сварке и сварной шов при наплавке и локальной термоциклической обработке на основании анализа тепловизионных изображений

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях всероссийских НТК «Наука, производство, технология, экология», г Киров, ВятГУ, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007 гг, международной научно-технической интернет - конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов», г Тула, 2004 - 2005 гг, совместной международной конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах» и международная конференция «Компьютерные технологии в сварке и производстве», г Киев, 2006 г, на международной конференции «Лучевые технологии и применение лазеров», г С Петербург, 2006 г, на конференции с международным участием «Сварка Урала - 2006», г Екатеринбург, 2006 г

Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в 14 статьях и тезисах в научно-технических журналах и сборниках трудов

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов по работе и списка использованной литературы Общий объем работы составляет 142 страницы машинописного текста, работа содержит 37 рисунков, 7 таблиц, библиографический список из 126 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дается обоснование актуальности предмета исследований, формулируются цели и основные задачи диссертационной работы, приводятся методы исследования, определяется практическая значимость полученных результатов

В первой главе рассматриваются особенности применения электронно - лучевой технологии для сварки кольцевых соединений технологических каналов АЭС приведены область применения и условия эксплуатации циркониевых частей технологических каналов АЭС, описана штатная технология формирования сварных соединений Установлено, что наиболее длительной и энергоёмкой операцией существующего технологического процесса является термомеханическая обработка, состоящая из обкатки роликами и вакуумного печного отжига В связи с этим намечаются следующие пути снижения длительности печной обработки во-первых, замена термической обработки всего изделия в вакууме на локальную термическую обработку, выполняемую на тех же электронно — лучевых установках, что и ЭЛС и наплавка, во-вторых, такое изменение технологии сварки и наплавки, которое обеспечило бы минимальные дефекты структуры зон сварного шва и термического влияния, а также минимальную ширину этих зон

Результаты известных исследований показывают, что температурный режим сварки, наплавки и особенно термоциклической обработки определяет структурное состояние металла после обработки и в конечном итоге - все эксплуатационные характеристики Уменьшение зоны термического влияния достижимо применением локальных источников энергии с высокой удельной мощностью, сосредоточенных либо распределенных, или использованием локальных стоков тепла.

В первой главе диссертации приведены основные виды математических моделей тепловых процессов, применяемых при сварке и термообработке, перечислены основные управляемые параметры электронно - лучевой технологии, указано их влияние на режим обработки, на основании чего сделан вывод о возможности обеспечить заданный температурный режим обработки с помощью предварительного математического моделирования теплового процесса и оптимизации управляющего воздействия, а также применения комплексной системы управления комбинированным технологическим процессом, являющимся системой с распределенными параметрами

Первая глава содержит также обзор работ, посвященных данной проблеме Однако в рассмотренных источниках не выполняется оптимизация пространственно-временную структуру источника энергии, а размерность уравнения теплопроводности ограничена ввиду существенных трудностей, возникающих при численном моделировании Кроме того, только незначительная часть работ использует оперативный контроль температуры в процессе обработки, в большинстве рассмотренных источников управление ведется по геометрическим параметрам пучка электронов и сварочной ванны Предлагаемый в диссертационной работе В В Лаптева контроль температуры в фиксированной точке на оси шва не дает полной информации о процессе и не может обеспечить оптимальный температурный режим всей зоны электронно - лучевой обработки

Выполненный обзор существующих систем управления электронно - лучевыми установками показал, что в настоящее время преимущественное распространение получили локальные системы управления, ориентированные на обеспечение заданной геометрии сварного шва, в которых контроль температуры или отсутствует, или выполняется только в одной точке температурного поля

В результате анализа существующих возможностей электронно - лучевой технологии и систем управления электронно - лучевыми установками предложено использование комбинированного технологического процесса формирования сварных соединений

Во второй главе обоснован выбор математической модели теплового процесса в кольцевом соединении, приведена постановка задачи оптимального управления комбинированным процессом сварки как процессом с распределенными параметрами, описаны принципы построения и способ представления заданного распределения температуры, а также описывается алгоритм решения задач оптимального управления тепловым процессом по критерию максимума для систем с распределенными параметрами

Для моделирования теплового процесса сварки и локальной термоциклической обработки кольцевого соединения технологического канала используется нестационарное уравнение теплопроводности в подвижной системе цилиндрических координат Оугв (рис 1) Координата г связана с перемещающимся источником энергии q и является подвижной Технологические каналы имеют отношение толщины стенки трубы д

к ее радиусу г менее 0,1, то есть относятся к тонкостенным, поэтому схему свариваемого технологического канала можно рассматривать как цилиндрическую оболочку радиусом г = const Уравнение теплопроводности в этом случае имеет вид

5Г 8t '

д2Т ду2'

1 дгТ г1 двг

V 5Т | q г дв cv

Рис 1 Схема сварного соединения в цилиндрической системе координат

где - нестационарный тепло-

вой процесс в цилиндрической оболочке радиуса г длиной / при воздейст-

вии подвижного источника с плотностью мощности ^, перемещающегося вдоль стыка кольцевого соединения с линейной скоростью V в сечении у = 1/2 (рис 1), сг , и -объемная теплоемкость и коэффициент температуропроводности соответственно Начальное распределение температуры и граничные условия имеют вид

Г{у,вЛ) = <р{у.в), ¿[j^

/ у=0 V ЧУ )у=1

где Л - коэффициент теплопроводности

Решение уравнения (1) с краевыми и начальными условиями (2) можно получить, используя конечное косинус-преобразование Фурье по переменным у и в Решение получаем в виде двойного тригонометрического ряда.

(2)

£>(у,в,1) = Л ^{т},а,т)К(у,г],в,а^,х)йа ¿т] йт ,

О О -п

где <2(у,&,{) - функция, зависящая от Т, д¡, q2, <р,

К (у, г), 9, а, г) - ядро уравнения, которое определяется выражением 1

(3)

2с

Lv п 1 п=0т=0

-а Ь„ „, (/-г)

«>s(//„,.y)-

V.

в-а--(i-r)

I. П , 2

г

- ко-

1, если п = т = 0

я

где Д)>т=,2, если п = 0,т*0 или п*0,т = 0,/ит = —

4, если п^0,тФ0 эффициенты, 0 < г < ?

В выражении (¿(у,в,() функции тепловых потоков qi , на границах оболочки и начальное распределение температуры гр являются известными функциями Распределение температуры Т в момент времени I' (окончание нагрева) можно задать в виде кусочно-постоянной функции с учетом необходимых размеров и геометрии сварного шва, максимальных температур нагрева в зоне плавления и в околошовной зоне, а также с учетом других параметров, определяющих необходимые свойства сварного соединения В этом случае функция ()(у,6,1) становится заданной, а уравнение (3) следует рассматривать как интегральное уравнение относительно неизвестной функции <7(у, ОЛ)

Сформулируем задачу оптимального управления с ограничением на управление и получим ее решение, используя принцип максимума для систем с распределенными параметрами Построим заданное распределение температуры в момент времени Г и обозначим эту функцию Т\у,в) Форма заданного распределения для каждой технологической операции является частным случаем простого термического цикла (рис 2), описываемого следующим аналитическим выра-Рис 2 Общая форма простого термического цикла жением

Мв-в^в^АХУ^УиУг)

V 2

-в1) = Тт,ве(в1АХУ£(У„У2)

АХУ^УиУг)

(4)

^(А - б,) - у (0 - ),е*(04,05Хуе (уз,У<)

где

м>2, - скорости нагрева и охлаждения, Тт - максимальная температура нагрева Сварочные источники энергии имеют ограниченную по величине плотность мощности, которую можно определить условием

0<Я(у,в/)<д1т (5)

В этом случае можно поставить и решить задачу определения источника энергии 0, удовлетворяющего ограничению (5), при воздействии которого обеспечивается минимальное уклонение температуры Т{у,вл') от заданной Т'(у,6) Решение задачи сводится к поиску минимума функционала

3=Л <2'{у,в,1')- \\\я{г!,а,т) К{у,Г1,в,а,?,т)(1а(1т](1т (1вду->тт, (6)

0 -я\_ 0 0-я

где 0'(у,в,1') определяется функциями (2) и (4), представленными в виде двойного тригонометрического ряда

Согласно принципу максимума для систем с распределенными параметрами поиск минимума функционала (6) при условии (5) сводится к решению нелинейного интегрального уравнения, основанного на невязках уравнения (3) при подстановке вместо (¿(у,9,1) функции @'(у,&,(') Решая это интегральное уравнение методом замены ядра на вырожденное, получаем выражение плотности мощности источника 1 1 " м 2 2 ""

(7)

Гы

соэ

+ Гг„.

•ЭЮ

о-^'-о

где /¡„т, у1пт - коэффициенты, которые определяются в ходе решения нелинейного интегрального уравнения

Выражение (7) функции д(у,0,1) определяет оптимальную пространственно-временную структуру объемного источника энергии при сварке кольцевого соединения технологического канала Заметам, что в этом случае функция д объемного источника входит в уравнение (1) и не зависит от координаты г

Во второй главе также описан алгоритм поиска пространственно - временной структуры оптимального источника энергии, приведены условия его сходимости и способы их достижения

В третьей главе выполнено численное моделирование оптимального режима комбинированного процесса сварки Оптимизация пространственно - временной структуры источника энергии выполняется для нестационарного режима независимо для каждой технологической операции - ЭЛС, наплавки и ЭЛТЦО В расчетах использованы следующие теплофизические характеристики сплава Э125 (табл 1) Для численного моделирования выбрана длина цилиндрической оболочки 1 = 10 см, срединный радиус г = 4 4 см, сварной шов находится в сечении цилиндрической оболочки у = 1/2 Моделирование оптимального режима выполнено на ПЭВМ в математическом пакете МаШСАО

Табл 1

Наименование величины Обозначение Значение Ед изм

Плотность Р 6,57 г/см3

Объёмная теплоёмкость Су 2 07 ДжДсм3 °С)

Коэффициент температуропроводности а 01 см3/с

Коэффициент теплопроводности X 021 ВтДсм °С)

Температура плавления Тпл 1861 °С

Температура фазового перехода 867 °С

Температура рекристаллизации Трек 550 °С

Для каждой технологической операции задавалось собственное распределение температуры, являющееся сечением простого термического цикла (4) в момент окончания

нагрева Г. Форма и размеры заданного распределения Т'(у,0) выбирались с учетом требуемьгс геометрических параметров сварного шва, фактических размеров подготовленного дин технологической операции изделия и теплофизнческих характеристик сплава Так. для операции сварки вразделку было выбрано кусочно -постоянное распределение температуры (рис. 3. а), которое согласно принципу максимума для систем с распределенными параметрами обеспечивается пространственно - временной структурой оптимального источника с плотностью мощное™ временные сечения которого для ^ = 1с и & = 2с приведены на рис. Зв и рис. Зг соответственно. Расчетное распределение температуры оптимального источника приведено на рис. 36.

у. СУ

в г

Рис 3. Заданное распределение температуры технологической операции сварки (а), расчетное значение температуры(б) и пространственно - временная структура оптимального источника в сечйшяя дня (у — (е) и = 2с (г)

Расчетные оптимальные формы источников энергии (рис, Зв, г), технически трудно реализуемы на типовой промышленной ЭЛУ, поэтому для всех технологических оперший комбинированного процесса сварки выбрана т иповая форма развертки в виде двух расходящийся к хвостовой части полос с габаритами и эффективной мощностью, точно соответствующими расчетным значениям (рис. 4). Основные результаты оптимизации управляющего воздействия - п табл. 2, Режим обработки для каждой технологической операции моделировался независимо, без учета тешюнасышения цилиндрической оболочки от предшествующих операций.

12

0

О 8. см

0.05ш

Рис 4 Рекомендуемые размеры типовой развертки электронного луча для операций ЭЛС (а),

наплавки (б) и ЭЛТЦО (в)

Табл. 2

Расчетные параметры оптимального режима

Обоз- Значение

Наименование параметра начение ЭЛС наплавка ЭЛТЦО Ед изм

Удельная мощность источника энергии Япах 105 10* 5 10J Вт/см5

Эффективная мощность источника Р 1340 1800* 3200* Вт

Глубина проплавления (прогрева) S 02 025 04 см

Габариты развертки ширина 03 08 3 см

длина 03 06 3 см

диаметр луча 01 005 025 см

Линейная скорость источника V 046 046 023 см/с

Угловая скорость трубы п 1 1 05 об/мин

Процесс локальной термической обработки осуществляется без расплавления, при воздействии поверхностного источника, поэтому функция д плотности мощности источника при нагреве без расплавления должна входить не в уравнение теплопроводности, а в граничные условия В третьей главе выполнена проверка адекватности математической модели объемного источника для операции ЭЛТЦО, для чего выполнено моделирование теплового процесса при ЭЛТЦО оптимальным источником с использованием математической модели подвижного поверхностного источника энергии, описываемого уравнением теплопроводности (9) с граничными и начальными условиями (10)

дТ

— -а д(

д2Т д2Т ——г ду1 8z

(9)

у=0

-iff] ■

ъ(УЛ -я ■

-яИ =<

T{y,z,0) = <p(y,z),

(10)

V сг Л=о

где д4(у,0 — удельный тепловой поток источника на поверхности пластины (г - 0), <7з(у,0 — удельный тепловой поток источника на нижней поверхности пластины ( г = д ), (у, /) и д2 (у, ?)- стоки тепла с торцевых поверхностей пластины

Моделирование оптимального теплового процесса при воздействии поверхностного источника энергии показывает, что при оптимальной форме пятна нагрева в виде двух полос, расходящихся к хвостовой его части, поверхностный источник обеспечивает наиболее равномерное распределение температуры по толщине нагреваемого тела, на-

пример, пластины толщиной 6 и. в частности, при 3 =0.4см наибольшее отклонение изотермы 900°С." от вертикали достигается на нижней поверхности и составляет несколько десятых долей миллиметра (рис. 5а). То еаъ при воздействии источника с оптимальным по форме пятном нагрева относительное отклонение изотермы составляет 5-10% ог равномерного (идеального) распределения, которое имеет место при объёмном источнике энергии, равномерно распределённом но толщине.

Близкое к равномерному распределение температуры по толщине при воздействии поверхностного источника с оптимальной формой пятна нагрева подтверждается экспериментально (рис. 56). Эксперимент проводился на термически чистой трубе без сварного шва. Сравнительная оценка распределения температур по толщине при воздействии объёмного источника и поверхностного с оптимальной формой пятна нафева до-

до пускает использование схемы обь-сеарнои поз ёмного источника энергии для моде-

лирования •теплового процесса термической или термоциклической обработай, что не приводит к увеличению размерности задачи и повышению трудоемкости моделирования.

Верификация численных значений температур, полученных в результате математического моделирования, выполнялась сравнением расчетных значений температур с результатами инструментальных замеров, выполненных с помощью термопар, зачска-пенпых на оси сварного шва и на расстоянии 0.5 см от него. Результаты моделирования и измерений темпера-

ft 4 4CW í д, 6 i i y.cw

Ц Ъ

т =500'С т'-йоос \ / Z.CM

i'uc. 5. Распределение температуры по толщине стенки трубы (а) и макроструктура зоны oó/xi-ботки (б) поверхностным источником с оптимальной формой пятна нагрева

тур позволяют судить об ошибке математического моделирования тепловых процессов, которая не превышает 15%, что является допустимым и подтверждает адекватность расчетов при оптимальном источнике энергии.

Завершающим этапом определения параметров режима комбинированного процесса формирования кольцевых соединений является построение последовательности термических циклов в заданной неподвижной точке цилиндрической оболочки. Необходимость построения данной зависимости обусловлена окончательным выбором законов управления мощностью и скоростью источника энергии. 11остроение термического никла комбинированного процесса сварки предусматривает использование всех начальных и граничных условий в уравнении теплопроводности, что позволяет учесть энергетические вложения, выполненные на этапе сварки и наплавки, при расчете температурных полей операции ЭЛТЦО, и тем самым минимизировать энергетические затраты, время на охлаждение и предварительный подогрев обрабатываемого изделия, то есть улучшить качество продукции при минимизации его конечной стоимости. Обеспечение заданной формы последовательности термических циклов выполнено с помощью шаговых решений прямой задачи теплопроводности как наиболее простого решения задачи при описанных выше ограничениях. Заданный термический цикл построен с учетом определенных ранее заданных распределений температур для каждой технологической операции. Формы заданной последовательности термических циклов, расчетная последовательность и соответствующие ей временные диаграммы эффективной мощности и линейной скорости источника прнаедены на рис. 6

АТ-рдС

867 600

120 180 240 300 360 420 480

Л1г

Д^-цикл сварки цикл наллзаш, Мз- омдащеиие после сварки и нагагазки циклы ЭЛТЦО

а

Рист эфф кВт п об/мин

60 120 180 240 300 360 420 480

Рис 6 Заданная последовательность термических циклов комбинированного процесса сварки (а), расчетная последовательность (б) и временная диаграмма управления эффективной мощностью Р„фф и угловой скоростью вращения изделия (б)

В четвертой главе сформулированы требования к системе управления комбинированным технологическим процессом формирования кольцевого сварного соединения, предложена ее структурная схема (рис 7), выбраны технические средства для ее реализации и приведены основные алгоритмы работы

Аппаратно система управления состоит из следующих конструктивно и функционально законченных блоков блока управления током (БУТ), блока управления разверткой (БУР), управляющей ЭВМ (УВМ) с программой - задатчиком оптимального управляющего воздействия, стандартными программами обработки тепловизион-ных изображений, программным обеспечением для наведения луча на стык, тепловизора, датчиков давления, то-

Рис 7 Структурная схема системы управления комбинированным

технологическим процессом ка, контроллера вакуумной системы, вращателя и устройства для подачи проволоки и линий связи Преимуществами локальной реализации блоков БУР и БУТ является возможность работы каждого блока в ручном режиме независимо от других модулей системы

Система управления реализует выполнение следующих функций автоматическое наведение луча на стык, стабилизация тока электронного луча, прямое программное

управление, реализующего расчетный оптимальный режим обработки, поддержание заданного распределения температуры в областях сварки и термообработки В качестве контролируемых параметров технологического процесса выбраны ток электронного луча и температурное поле В работе обосновано применение тепловизионной аппаратуры вместо пирометра, так как измерение температуры только в одной точке изделия не дает полной информации о текущем состоянии процесса.

Ток электронного луча является непрерывным параметром, поэтому для управления им в БУТ реализован дискретный ПИД - регулятор, обеспечивающий заданные показатели качества быстродействие и максимальное перерегулирование С помощью тепловизора реализован оперативный контроль распределенного параметра - температуры Для реализации управления по температуре в реальном времени объем вычислительных операций системы управления существенно снижен благодаря применению свертки температурного поля в скалярный параметр — термографическую информационную функцию (ТИФ)

п т

(11)

7=1 к-1

где К(х, у) - коэффициент передачи оптико—электронного тракта, е(х,у) - излучательная способность тела,

F(XJ>Уk>t,) - значение выходного электрического сигнала тепловизора в точке температурного поля в момент времени (:„ п, ш -разрешающая способность тепловизора ТИФ выполняет свертку температурного поля в скалярную величину, полностью характеризующую тепловое состояние объекта, и позволяет управлять БУТ на основании разницы значений ТИФ фактического и заданного полей

Алгоритм работы модуля совмещения пятна нагрева со стыком свариваемых заготовок при сварке и сварным швом при наплавке и ЭЛТЦО основан на повышенном тепловом сопротивлении стыка, которое обеспечивает максимальный градиент температур при нагреве заготовки расфокусированным источником, несимметричным относительно оси стыка либо шва В четвертой главе приведен также метод определения геометрического центра пятна нагрева при использовании развертки в виде двух полос, расходящихся к хвостовой части

В пятой главе приведено подробное описание технологии комбинированного процесса формирования кольцевого сварного соединения технологического канала реактора РБМК 088x4мм, указаны технологические параметры оптимального комбинированного режима обработки, выбранные для реального технологического оборудования с учетом внешних факторов, конечного КПД электронного луча и реальных тепловложе-ний в изделие в течение всего технологического процесса, включая предварительные проходы расфокусированного луча с целью определения координат стыка и подогрева кромок деталей В пятой главе перечислены также марки технологического оборудования, применяемого в комбинированном технологическом процессе формирования кольцевого соединения, описана методика проведения эксперимента

Для поиска оптимального набора технологических операций, подтверждения преимуществ предлагаемого комбинированного процесса предложен и обоснован набор технологических вариантов обработки образцов для проведения натурного эксперимента (табл 3)

Табл 3

Технологические варианты обработки кольцевых сварных соединений

№ эксперимента ЭЛС ЭЛТЦО (оптимальная форма развертки) Вакуумный отжиг

выполнение форма развертки выполнение количество циклов ... 1 выполнение _ J длительность, часов

1 V штатная V 3 цикла

2 V оптимальная V 3 цикла

3 V штатная V 7 циклов

4 V оптимальная V 7 циклов

5 V штатная V 5 часов

6 V оптимальная V 7 циклов V 5 часов

В шестой главе выполнен анализ свойств кольцевых сварных соединений технологических каналов, выполненных комбинированным процессом сварки Основными факторами, определяющими эксплуатационные свойства сварного соединения, являются свойства конструкционного материала, заданного априори, и режимы обработки материала. Наиболее критичными по эксплуатационным характеристикам являются две области изделия - зона сварного шва, то есть область металла, подвергавшаяся расплавлению в процессе сварки и наплавки, и зона термического влияния, расположенная по обе стороны от зоны сварного шва, ширина которой прямо зависит от выбора температурного режима обработки В работе обоснован выбор заданных распределений температур для каждой технологической операции электронно - лучевой обработки, направленный на минимизацию ширины зоны термического влияния и, как следствие, обеспечение заданных металлографических, метрологических, механических и коррозионных характеристик изделия

Результаты метрологических исследований показывают, что при сварке и наплавке оптимальным источником уменьшается ширина зон сварного шва и термического влияния, а глубина провисания корня шва уменьшается и принимает форму внутреннего усиления

Анализ структурного состояния зон сварного шва и термического влияния показывает, что в исходном состоянии даже после сварки оптимальным источником сохраняются крупные зерна с игольчатой структурой внутри и отсутствуют следы распада мартенситных игл (рис 8а) После семи циклов ЭЛТЦО с последующим отжигом при температуре 580°С в течении 5 часов в металле околошовной зоны границы зерен и мар-тенситные иглы не просматриваются, а по всему полю шлифа наблюдаются мелкие выделения стабильной фазы [3-ниобия, что подтверждается металлографическим анализом (рис 86) При отказе от печного отжига или уменьшении числа циклов ЭЛТЦО полный распад мартенситных игл как в зоне сварного шва, так и в ЗТВ не наблюдается

Результаты исследований механических свойств (микротвердости, предела прочности на растяжение, угла загиба) кольцевых сварных соединений, полученных по различным технологическим вариантам, показали, что предел прочности и угол загиба образцов, полученных ЭЛС оптимальным источником, подвергнутых ЭЛТЦО за семь циклов и вакуумному отжигу в течение 5 часов, полностью соответствуют аналогичным параметрам образцов, полученным по штатной технологии

Коррозионные испытания образцов кольцевых сварных соединений выполнялись в автоклаве в условиях, приближенных к реальным условиям работы технологических каналов реакторов РБМК В результате экспертной оценки опытных образцов установ-

лено, что образцы, полученные с помощью комбинированного процесса с оптимальными технологическими параметрами, существенно превосходят по коррозионным свойствам образцы, изготовленные но штатной технологии, но количество циклов ЭЛТЦО комбинированного процесса не должно быть менее семи.

Рис. 8. Структурное состояние зоны термического влияния после сварки по иопатной технологии (а) и носче сварки оптимстъным источником, 7 циклов ЭЛТЦО и вакуумного отжига в течение 5 часов при температуре 580 Т Щ

Применение комбинированного технологического процесса не позволяет полностью исключить операамю вакуумного отжига так как ухудшаются результаты металлографических исследований, механические и коррозионные свойства, но позволяет сократить его длительность в два рай при сохранении всех эксплуатационных, характеристик- Применение ЭЛТЦО позволило исключить операцию обкатки роликами и сократить длительность печной обработки, что увеличивает производительность изготовления технологических каналов и снижает энергетические затраты

Диссертационная работа содержит также заключение, содержащее основные научные и практические результаты.

Основные научные результаты: !. Выполнен шип из существующей технологии формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС, исследованы пути совершенствования технологии и улучшения эксплуатационных свойств данных изделий ответственного применения. Установлено. что качество сварных соединений можно повысить применением оптимальных тепловых режимов обработки и повышением эффективности отдельных технологических операций комбинированного процесса формирования сварного соединения.

2. Разработаны и обоснованы математические модели оптимальных тепловых процессов технологических операций электронно-лучевой сварки, наплавки и ЭЛТЦО кольцевых сварных соединений технологических каналов. Показано, что в режиме ЭЛТЦО с достаточной точностью может быть применена математическая модель объемного источника энергии.

3. Па основании метода решения обратной задачи теплопроводности и теории оптимального управления системами с распределенными параметрами поставлена и решена задача оптимизации пространственно-временной структуры источника энергии, которая позволяет гю заданным свойствам сварного соединения определить режим его обработки.

4. Ддя обеспечения заданной микрокристаллической структуры построен сложный термический цикл комбинированного процесса обработки, получены заданные распределения температуры для каждой технологической операции и предложен численный метод получения оптимальней параметров режима обработки.

5. Разработана и реализована схема системы управления комбинированным технологическим процессом формирования кольцевых сварных соединений, выполняющая

поддержание оптимального температурного режима обработки для всех технологических операций и автоматическое наведения пятна нагрева на стык или сварной шов Обеспечение заданных параметров качества управления в системе достигается за счет предварительной оптимизации управляющего воздействия и оперативного тепловизи-онного контроля области обработки

6 Установлено, что требуемые эксплуатационные характеристики изделия, обусловленные микрокристаллической структурой металла сварного шва и зоны термического влияния, могут быть получены применением электронно - лучевой локальной термоциклической обработки вместо операции механической обработки (обкатки роликами) при уменьшении в 2 раза длительности штатной печной обработки - вакуумного отжига. Основные практические результаты:

1 Разработана методика комбинированного технологического процесса формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС, исключающая операции механической обработки - обкатки роликами и в несколько раз сокращающая длительность вакуумного отжига в печи

2 Получены численные значения технологических параметров (пространственно-временной структуры, интенсивности источника энергии, скорости обработки) обеспечивающие оптимальный тепловой режим в кольцевых сварных соединениях и позволяющие улучшить эксплуатационные характеристики изделий

3 Внедрение предложенного комбинированного процесса сварки вместо штатной технологии позволяет в 2 раза увеличить производительность труда, в 2-3 раза сократить энергоёмкость производства, отказаться от использования оборудования для механической обработки и снизить требования к квалификации операторов электронно - лучевых установок

4 Автоматизация управления комбинированным процессом формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС с помощью системы управления, использующей результаты предварительной оптимизации режимов обработки и оперативный тепловизионный контроль позволила стабилизировать качество готовой продукции и повысить эффективность производства

5 Результаты металлографических, коррозионных и метрологических исследований показывают, что после ЭЛС и наплавки оптимальным источником, семи циклов ЭЛТЦО и вакуумного отжига в течении 5 часов при температуре 580°С в кольцевых сварных соединениях технологических каналов АЭС микрокристаллическая структура зон сварного шва и термического влияния приближается к структуре основного металла изделия, метрологические параметры и механические характеристики изделий полностью соответствуют изделиям, выполненным по штатной технологии или превосходят ее, а коррозионные свойства изделий существенно улучшаются

6 Полученные теоретические и практические результаты могут быть использованы для дальнейшего развития технологий обработки материалов концентрированными потоками энергии при производстве изделий ответственного назначения с повышенными требованиями к качеству сварных соединений

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Мелюков, В В Управление тепловым режимом комбинированного процесса сварки кольцевых соединений [Текст] / В В Мелюков, АГКорепанов, М И Плышевский, Д А Репкин//Сварочное производство -2007 -№9 -с 6-10

2 Repkrn, D A Modelmg of Temperature Fields and Optimization of Control Action in EB Treatment of Circumferential Weld Joints [Text] / DARepkin, VVMelyulov, A G Korepanov // 16th Int Conf on Computer Technology in Welding and Manufactonng & 3rd Int Conf of Mathematical Modelling and Information Technologies in Weldmg and

Related Processes Program and Abstract of Papers for the Joint Conference - Kiev E О Patón Electric Welding Institute, NAS of Ukraine -2006 -p 105-106

3 Мелюков, В В Оптимизация теплового режима и управление процессом электроннолучевой термоциклической обработки кольцевых сварных соединений [Текст] / В В Мелюков, АГКорепанов, ДАРепкин // Proceeding of the Fifth International Conference "Beam Technologies and Laser Application" - Saint-Peterburg Publishing House SPbSPU, 2006 -pp 255-262

4 Репкин, ДА Определение коэффициента полной поверхностной теплоотдачи изделия при термообработке [Текст] /ДА Репкин// Всероссийская НТК «Наука - производство - технология-экология» сб мат вбт-Киров изд ВятГУ,2005-Том 1 ФАВТ,ФПМТ-с 108-109

5 Репкин, Д А Моделирование тепловых процессов при термоциклической обработке материалов [Текст] /ДА Репкин, А Г Корепанов // Известия ТулГТУ Серия «Компьютерные технологии в соединении материалов» Вып 3 Труды Первой Международной научно - технической интернет - конференции "Компьютерные технологии в соединении материалов" 2004-2005 Под ред д-ра. техн наук, проф Судника В А - Тула Тул-ГУ, 2005 - с 181-185

6 Репкин, Д А Сравнительный анализ моделей при электронно - лучевой обработке материалов [Текст] /ДА Репкин, А Г Корепанов // Всероссийская НТК «Наука - производство-технология-экология» сб мат в5т —Киров изд ВятГУ,2004 -Том2-с 88

7 Репкин, Д А Моделирование температурного режима при электронно - лучевой термоциклической обработке изделий [Текст] /ДА Репкин, А Г Корепанов, В В Мелюков // Вестник Вятского научного центра ВВО АТН РФ «Проблемы обработки информации

- №1(4) -2003 -Киров [б и],2003 -с 154-158

8 Репкин, Д А Система управления электронно-лучевой термоциклической обработкой сварных стыков труб [Текст]/ Д А Репкин // Всероссийская НТК «Наука - производство

- технология - экология» сб мат в 6 т - Киров изд ВятГУ, 2005 - Том 1 ФАВТ, ФПМТ -с 110-111

9 Репкин, Д А Моделирование температурных полей и термических циклов при электронно - лучевой обработке кольцевых сварных соединений [Текст] / ДАРепкин, В В Мелюков, А Г Корепанов, В M Шишкин // Вестник Вятского научного центра ВВО АТН РФ «Проблемы обработки информации 2005 -№1(6)-Киров [б и ], 2005-с 82-86

10 Репкин, Д А Оценка области применения модели объемного источника нагрева при термообработке [Текст] / ДАРепкин, В В Мелюков, АГКорепанов // Всероссийская НТК «Наука - производство — технология - экология» сб мат в 6 т - Киров изд ВятГУ, 2007 -Том5 ФАМ,ФСА -с 110-111

11 Репкин, Д А Оптимизация алгоритмов расчета температурных полей в пакете MathCAD [Текст] /Д А Репкин //Всероссийская НТК «Наука-производство-технология-экология» сб мат в6т -Киров изд ВятГУ,2007-Том 1 ФАВТ, ФПМТ - с 238-241

12 Репкин, ДА Разработка АСУТП, работающей на основе данных объективного теплови-зионного контроля /ДА Репкин // Всероссийская НТК «Наука - производство - технология -экология» сб мат вбт -Киров изд ВятГУ, 2007 -Том 9 Программа УМНИК.-с 8-12

13 Репкин, Д А Сварка и локальная термоциклическая обработка кольцевых соединений технологических каналов [Текст] / ДАРепкин, В В Мелюков, АГКорепанов // Сварка традиции и тенденции сб докладов научно-технической конференции - Екатеринбург ГОУ ВПОУПУ-УПИ,2007 -с 44-45

14 Репкин, ДА Поиск оптимального управляющего воздействия при термоциклической обработке сварных соединений [Текст] /ДА Репкин, А Г Корепанов, В В Мелюков // Всероссийская НТК «Наука — производство—технология — экология» сб мат в 8т -Киров изд ВятГУ,2006 -Том5 ФАМ,ИСФ - с 82-83

Репкин Дмитрий Александрович

Управление тепловым режимом комбинированного процесса сварки кольцевых соединений технологических каналов

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного автором

610000, Киров, ул Московская, 36 Редакционно-издательский отдел

©ДА Репкин, 2007

© Вятский государственный университет, 2007

Автореферат

Подписано в печать 24 09 07 Бумага писчая Тираж 100 экз

Услпечл 1,0 Зак №847

Формат 60x84 1/16 Уч-издл 1,0 Бесплатно

ВВЕДЕНИЕ.

1. УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ЭЛЕКТРОННО - ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ.

1.1. Особенности применения электронно-лучевой технологии для сварки кольцевых соединений.;.

1.2. Пути совершенствования технологий и улучшения эксплуатационных свойств сварных соединений технологических каналов АЭС.

1.3. Оптимизация теплового режима как способ повышения качества кольцевых сварных соединений. „.

1.4. Автоматизация управления технологическим процессом электронно-лучевой сварки кольцевых соединений технологических каналов.

1.5. Выводы по главе 1.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА В КОЛЬЦЕВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНЯХ.

2.1. Допущения при моделировании теплового процесса в кольцевом сварном соединении.

2.2. Построение математической модели сварки кольцевого соединения .г.

2.3. Постановка задачи оптимального управления комбинированным процессом сварки.

2.4. Построение заданного распределения температуры процесса сварки и термообработки.

2.5. Решение задач оптимального управления тепловым процессом

2.6. Выводы по главе 2.

3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА КОМБИНИРОВАННОГО ПРОЦЕССА СВАРКИ.

3.1. Обоснование и выбор исходных данных для численного моделирования.

3.2. Оптимизация пространственно - временной структуры источника энергии при сварке и наплавке.

3.3. Оптимизация теплового режима термоциклической обработки кольцевых сварных соединений.

3.3.1. Допущения при моделировании теплового процесса термоциклической обработки.

3.3.2. Решение задачи оптимизации пространственно-временной структуры объёмного источника энергии при термоциклической обработке.

3.3.3. Проверка адекватности математической модели объёмного источника применительно к технологической операции термоциклической обработки.

3.4. Определение мощности источника и построение термических циклов комбинированного режима обработки кольцевых сварных соединений.

3.5. Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫМ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ.

4.1. Структурная схема системы управления комбинированным процессом сварки кольцевых сварных соединений.

4.2. Техническая реализация системы управления комбинированным процессом формирования кольцевых сварных соединений.

4.3. Описание работы регуляторов системы управления.

4.3.1. Расчет стабилизатора тока электронного луча.

4.3.2. Обеспечение наведения луча на стык с помощью тепловизион-ного контроля.

4.3.3. Управление током и формой пятна нагрева на основании анализа тепловизионного изображения.

4.4. Выводы по главе 4.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОЦЕССА СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ.

5.1. Разработка технологии комбинированного процесса сварки кольцевых соединений технологических каналов.

5.2. Технологические параметры оптимального комбинированного режима обработки.

5.3. Методика проведения эксперимента формирования кольцевого сварного соединения.

5.4. Экспериментальные исследования оптимального режима комбинированного процесса обработки.

5.5. Выводы по главе 5.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЬЦЕВЫХ

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КАНАЛОВ

6.1. Анализ свойств кольцевого сварного соединения, выполненного комбинированным процессом сварки.

6.2. Метрологические исследования и металлографические испытания кольцевого сварного соединения.

6.3. Механические и коррозионные испытания кольцевого сварного соединения.

6.4. Выводы по главе

Основной задачей современного производства является повышение конкурентоспособности производимой продукции. Важнейшими составляющими конкурентоспособности являются качество продукции и её себестоимость. Для ряда изделий ответственного применения качество продукции является преобладающим критерием и на настоящем этапе развития определяется в меньшей степени рациональным выбором конструкционного материала, но в большей степени - технологией его обработки.

Изделия и оборудование, применяемое в атомной промышленности, в частности, в конструкциях атомных реакторов, относится к изделиям ответственного применения, поэтому для его обработки используются высокотехнологичные методы обработки, гарантирующие заданное качество выпускаемой продукции. Так, для сварки изделий из сплавов химически активных металлов (цирконий, титан, ниобий) в атомной промышленности используется электронно - лучевая сварка (ЭЛС) [1-7].

Возможности технологического применения электронно - лучевого нагрева изучались с начала XX века, и к 1940 году уже было создано лабораторное оборудование для электронно - лучевой плавки и сверления, с середины XX века (1957 г.) начинается активное исследование и внедрение метода электронно - лучевой сварки. Развитие технологии было вызвано бурным развитием ядерной энергетики и космической техники [3]. Электронный луч как технологический инструмент позволяет осуществить нагрев, сварку, наплавку, испарение, размерную обработку и ряд других технологических операций. Такая универсальность электронного луча дает возможность использовать одно и то же оборудование сразу для нескольких операций единого технологического процесса производства продукции, то есть применять комбинированный технологический процесс электронно - лучевой обработки [3, 8-16, 30].

Современной альтернативой электронно - лучевой технологии является лазерная обработка материалов. Её достоинствами являются высокая плотность мощности в пятне нагрева, однако в стандартном исполнении лазерная технология не имеет вакуумной защиты зоны обработки, а также более сложную управляемость геометрическими параметрами луча ввиду наличия оптико-механических фокусирующих систем с ограниченной надежностью и быстродействием, низкий КПД.

Электронно - лучевые технологические процессы протекают в вакууме, поэтому они экологически чисты и технически безопасны. Высокая концентрация энергии в электронном пучке, локальность нагрева, минимальные деформации изделия, вакуумная защита зоны обработки, простая управляемость энергетическими характеристиками пучка электронов и высокий КПД определили дальнейшее развитие электронно - лучевых технологий [1-3,8,9].

Однако электронно - лучевая сварка имеет ряд недостатков, к которым относятся необходимость точной подготовки свариваемых изделий, дороговизна и сложность применяемого оборудования, длительность подготовительных технологических операций ввиду необходимости вакуумирова-ния, трудность правильного выбора режима сварки, слежения за технологическим процессом и достоверного контроля его параметров, необходимость защиты от рентгеновского излучения. Поэтому технологическая и экономическая эффективность электронно - лучевых технологий, для которых характерны значительные капитальные и малые эксплуатационные затраты, высокая наукоёмкость производства и хорошие условия труда персонала, наиболее высока при соединении тугоплавких, химически активных металлов и сварке толстостенных конструкций [2,3, 8,9].

Современное электронно - лучевое оборудование отличается улучшенными значениями таких важнейших параметров, как выходная мощность

2 5 | луча, высокая степень вакуумной защиты (давление в камерах 10" .10" Па, хотя полная защита от окисления достигается при давлении 1.33Па), прецизионное координатное оборудование, увеличенный срок службы [1, 3, 31]. В то же время существует трудность внедрения этого оборудования, так как системы управления обеспечивают лишь узкий спектр функций, в основном ограниченный прямым программным управлением без обратной связи, а также отсутствием универсальных методов расчета управляющего воздействия для технологических операций.

Тепловой процесс в реальном изделии описывается системой с распределёнными параметрами, важнейшим из которых является температура, поэтому решение поставленных проблем может быть достигнуто разработкой универсальной комплексной системы управления, которая реализует методы управления системами с распределёнными параметрами и обеспечивает полное управление технологическим процессом с контролем всех важнейших параметров [17-19]. Совершенствование технологии производства и выбор режимов обработки является трудоёмкой задачей, так как требует проведения большого количества экспериментов. Оптимальное управление - программа или параметры режима обработки - могут быть наиболее точно, рационально и сравнительно дёшево получены лишь путем математического моделирования технологического процесса с обязательной многокритериальной оптимизацией режимов. Это позволяет формализовать и ускорить решение задачи за счет использования высокопроизводительной вычислительной техники и сокращения затрат на выполнение натурных экспериментов.

Однако при электронно-лучевой сварке конструкций из сплавов циркония даже на оптимальных режимах не удается достичь требуемых эксплуатационных свойств сварного соединения, в первую очередь механической прочности и необходимой коррозионной стойкости. Поэтому для обеспечения комплекса необходимых свойств сварных соединений, к которым предъявляются повышенные требования по качеству, после ЭЛС проводят длительный отжиг или ступенчатую термообработку, или применяется более сложная термомеханическая обработка, включающая циклы холодной пластической деформации металла в зоне сварного соединения (обкатка роликами) и последующий отжиг в печи. Для проведения таких видов термической и термомеханической обработки сварного соединения в печах требуется специальное энергоёмкое крупногабаритное оборудование, а технологический процесс изготовления технологических каналов реакторов является трудоемким и продолжительным. В настоящее время существуют способы улучшения механических и коррозионных свойств металлов и сплавов с помощью термоциклической обработки, заключающейся в периодическом нагреве и охлаждении металла [21, 22]. Термоциклическая обработка является менее энергоёмкой и длительной операцией по сравнению с отжигом, кроме того, в использование термоциклической обработки позволяет отказаться от холодной пластической деформации и в несколько раз уменьшить время традиционной печной обработки [21, 22, 32]. Решающим преимуществом, определяющим применение предложенной операции, является то, что термоциклическую обработку можно эффективно выполнять на том же оборудовании, что и ЭЛС, причем за более короткое время, чем печное вакуумное термоциклирование. Известно, что после нескольких циклов термообработки, заключающихся в нагреве и охлаждении изделий до заданных температур, микрокристаллическая структура шва и ЗТВ не уступает, а в некоторых случаях превосходит структуру, полученную при печной термообработке [21-23].

Таким образом, в работе предложено применить для производства кольцевых сварных соединений технологических каналов атомных электрических станций (АЭС) комбинированный технологический процесс, включающий ЭЛС и локальную электронно - лучевую термоциклическую обработку (ЭЛТЦО).

Целью данной работы является повышение эффективности и сокращение энергоёмкости производства технологических каналов реакторов АЭС путём применения методов оптимизации систем с распределёнными параметрами и совершенствования технологии формирования сварных соединений.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи:

1. Систематизация технологических операций и методов обработки материалов концентрированными потоками энергии (излучение лазера, пучок электронов), обеспечивающих повышение качества кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС.

2. Разработка и обоснование математической модели формирования кольцевых сварных соединений при воздействии концентрированного подвижного источника энергии в технологических операциях сварки, направки и локальной электронно - лучевой термоциклической обработки.

3. Реализация методов оптимизации теплового режима обработки кольцевых сварных соединений электронным пучком для операций электронно - лучевой сварки, наплавки и локальной термической обработки.

4. Расчет оптимальных параметров и выбор режима оптимального управления комбинированным процессом формирования кольцевого сварного соединения.

5. Разработка структуры и алгоритмов работы системы управления комбинированным процессом сварки и локальной термоциклической обработки кольцевых сварных соединений с обратной связью по температуре.

6. Исследование механических, коррозионных свойств кольцевых сварных соединений, выполненных по комбинированной технологии сварки, и металлографические исследования структуры металла сварного шва и зоны термического влияния.

Для решения поставленных задач используются методы теории теплопроводности, математического и численного моделирования, методы оптимального управления системами с распределёнными параметрами, методы идентификации объектов и систем управления, металлографические методы, методы неразрушающего и разрушающего контроля.

Научная новизна работы

1. Проведённая систематизация методов обработки и технологических операций обосновывает необходимость применения операции ЭЛТЦО, что позволяет исключить трудоёмкую механическую обработку - обкатку роликами, и сократить длительность вакуумного отжига в печах при формировании кольцевых сварных соединений изделий ответственного применения.

2. Доказано эффективное влияние оптимального теплового режима обработки на микрокристаллическую структуру металла сварного шва и зоны термического влияния, и, как следствие, на эксплуатационные свойства изделий.

3. Построенная математическая модель теплового процесса позволила сформулировать и решить задачу оптимизации теплового режима каждой технологической операции комбинированного процесса сварки кольцевых соединений каналов АЭС.

4. На основании предложенной методики комбинированного процесса составлен сложный термический цикл формирования кольцевого сварного соединения, построено заданное распределение температуры и предложен метод численного моделирования оптимальных параметров режима технологических операций комбинированного технологического процесса.

5. Разработанные алгоритмы оптимального управления комбинированным технологическим процессом сварки обеспечивают непрерывный контроль во время формирования кольцевого сварного соединения и управление температурным режимом обработки.

Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Предложена технология комбинированного процесса формирования кольцевого сварного соединения, позволяющая по сравнению со штатной технологией улучшить эксплуатационные (коррозионные и механические) свойства технологических каналов АЭС, повысить производительность труда, снизить энергоёмкость и себестоимость выпускаемой продукции, уменьшить влияние квалификации персонала на качество изделий.

2. На основе метода решения обратной задачи теплопроводности получен метод оптимизации параметров режима сварки, наплавки и термоциклической обработки применение которого увеличивает точность получения технологических параметров процесса формирования кольцевых сварных соединений и уменьшает количество экспериментов для отработки режимов.

3. Благодаря применению оптимальных режимов обработки сокращена длительность и уменьшена энергоёмкость процесса, за счет отказа от механической обработки - обкатки роликами - уменьшена номенклатура используемого оборудования, улучшены эксплуатационные характеристики продукции.

4. Автоматизация процесса управления последовательностью технологических операций в вакуумной камере позволяет повысить производительность труда оператора электронно - лучевой установки. Замкнутость системы управления по температуре обеспечивает повторяемость технологических параметров режима обработки.

5. Предложен способ построения систем управления с обратной связью по температуре и предварительной оптимизацией температурного режима обработки, применимый для построения систем управления любыми тепловыми процессами.

6. Повышена достоверность расчета режимов комбинированной технологии сварки и локальной термической обработки кольцевых сварных соединений труб 088x4 из сплава Э125, применяемых в технологических каналах реакторов РБМК.

Результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

1. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2003 г.

2. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2004 г.

3. Международная научно-техническая интернет - конференция «Компьютерные технологии в соединении материалов», г. Тула, 2004 - 2005 гг.

4. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2005 г.

5. Международная конференция «Математическое моделирование и информационные технологии в сварке и родственных процессах», международная конференция «Компьютерные технологии в сварке и производстве», г. Киев, 2006 г.

6. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2006 г.

7. Международной конференции «Лучевые технологии и применение лазеров», г. С. Петербург, 2006 г.

8. Конференция с международным участием «Сварка Урала - 2006», г. Екатеринбург, 2006 г.

9. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2007 г.

Диссертация состоит из шести глав.

В первой главе рассматриваются особенности применения электронно - лучевой технологии для производства и обработки кольцевых сварных соединений, пути повышения качества выпускаемой продукции с помощью изменения технологии обработки и оптимизации температурного режима, а также описываются способы автоматизированного управления процессом электронно - лучевой обработки.

Вторая глава посвящена построению математической модели сварки и локальной термоциклической обработки кольцевого сварного соединения, здесь же рассмотрен алгоритм поиска оптимального управления тепловым процессом на базе предложенной математической модели.

В третьей главе приводятся заданные технологические параметры режимов сварки, наплавки и термической обработки кольцевых сварных соединений, выбираются заданные распределения температуры для данных операций и выполняется численный расчет параметров режима.

Четвертая глава посвящена определению структуры, описанию работы и исследованию параметров системы управления комбинированным процессом сварки кольцевых сварных соединений с обратной связью по температуре.

В пятой главе изложена предлагаемая комбинированная технология формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС, приведены параметры режимов обработки, указано необходимое технологическое оборудование, описан алгоритм проведения эксперимента.

Шестая глава посвящена описанию методики и анализу результатов исследования металлографических, коррозионных и механических свойств кольцевых сварных соединений, полученных с помощью комбинированного режима сварки, и их сравнение с результатами испытаний образцов, полученных по штатной технологии.

6.4. Выводы по главе 6

Для экспериментального подтверждения высоких эксплуатационных параметров и характеристик кольцевых сварных соединений, была выполнена серия натурных экспериментов, результаты которых следующие:

1. Метрологические исследования всех образцов, полученных как по штатной, так и предложенной комбинированной технологии, практически аналогичны и соответствуют всем требованиям нормативно-технической документации к изделиям ответственного применения.

2. Результаты металлографических испытаний показали, что применение ЭЛС и наплавки с оптимальной формой источника энергии и ЭЛТЦО позволяют получить микрокристаллическую структуру сварного шва и термического влияния, максимально близкую к структуре основного метала, т.е. существенно приблизить эксплуатационные характеристики сварного шва и околошовной зоны к характеристикам основного металла изделия.

3. Применение комбинированного технологического процесса не позволяет полностью исключить операцию вакуумного отжига, так как ухудшаются результаты металлографических исследований, механические и коррозионные свойства, но позволяет сократить его длительность в два раза при сохранении всех эксплуатационных характеристик.

4. Наилучшие механические, коррозионные характеристики и результаты металлографических исследований показал технологический вариант обработки, включающий ЭЛС и наплавку оптимальным источником, ЭЛТЦО за семь циклов и вакуумный отжиг в течение 5 часов при температуре 580°С.

5. Уменьшение количества циклов ЭЛТЦО в комбинированном технологическом процессе относительно семи существенно ухудшает эксплуатационные свойства кольцевых сварных соединений.

6. Применение ЭЛТЦО позволило исключить операцию обкатки роликами и сократить длительность печной обработки, что увеличивает производительность изготовления технологических каналов и снижает энергетические затраты.

125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы разработан подход к обеспечению заданного качества кольцевых сварных соединений, в том числе их микрокристаллической структуры, с помощью решения задачи оптимального управления тепловым режимом обработки как системой с распределёнными параметрами. Основным итогом диссертации является решение научно-технической задачи разработки комбинированного технологического процесса сварки кольцевых сварных соединений, применяемых в изделиях ответственного назначение, и обоснование технологических параметров режимов обработки.

Основные научные результаты:

1. Выполнен анализ существующей технологии формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС, исследованы пути совершенствования технологии и улучшения эксплуатационных свойств данных изделий ответственного применения. Установлено, что качество сварных соединений можно повысить применением оптимальных тепловых режимов обработки и повышением эффективности отдельных технологических операций комбинированного процесса формирования сварного соединения.

2. Разработаны и обоснованы математические модели оптимальных тепловых процессов технологических операций электронно-лучевой сварки, наплавки и ЭЛТЦО кольцевых сварных соединений технологических каналов. Показано, что в режиме ЭЛТЦО с достаточной точностью может быть применена математическая модель объемного источника энергии.

3. На основании метода решения обратной задачи теплопроводности и теории оптимального управления системами с распределёнными параметрами поставлена и решена задача оптимизации пространственно-временной структуры источника энергии, которая позволяет по заданным свойствам сварного соединения определить режим его обработки.

4. Для обеспечения заданной микрокристаллической структуры построен сложный термический цикл комбинированного процесса обработки, получены заданные распределения температуры для каждой технологической операции и предложен численный метод получения оптимальных параметров режима обработки.

5. Разработана и реализована схема системы управления комбинированным технологическим процессом формирования кольцевых сварных соединений, выполняющая поддержание оптимального температурного режима обработки для всех технологических операций и автоматическое наведения пятна нагрева на стык или сварной шов. Обеспечение заданных параметров качества управления в системе достигается за счет предварительной оптимизации управляющего воздействия и оперативного тепловизионного контроля области обработки.

6. Установлено, что требуемые эксплуатационные характеристики изделия, обусловленные микрокристаллической структурой металла сварного шва и зоны термического влияния, могут быть получены применением электронно - лучевой локальной термоциклической обработки вместо операции механической обработки (обкатки роликами) при уменьшении в 2 раза длительности штатной печной обработки - вакуумного отжига.

Практические результаты работы:

1. Разработана методика комбинированного технологического процесса формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС, исключающая операции механической обработки - обкатки роликами и в 2 раза сокращающая длительность вакуумного отжига в печи.

2. Получены численные значения технологических параметров (пространственно-временной структуры, интенсивности источника энергии, скорости обработки) обеспечивающие оптимальный тепловой режим в кольцевых сварных соединениях и позволяющие улучшить эксплуатационные характеристики изделий.

3. Внедрение предложенного комбинированного процесса сварки вместо штатной технологии позволяет в 2 раза увеличить производительность труда, в 2-3 раза сократить энергоёмкость производства, отказаться от использования оборудования для механической обработки и снизить требования к квалификации операторов электронно - лучевых установок.

4. Автоматизация управления комбинированным процессом формирования кольцевых сварных соединений технологических каналов АЭС с помощью системы управления, использующей результаты предварительной оптимизации режимов обработки и оперативный тепловизионный контроль, позволила стабилизировать качество готовой продукции и повысить эффективность производства.

5. Результаты металлографических, коррозионных и метрологических исследований показывают, что после ЭЛС и наплавки оптимальным источником, семи циклов ЭЛТЦО и вакуумного отжига в течении 5 часов при температуре 580°С в кольцевых сварных соединениях технологических каналов АЭС микрокристаллическая структура зон сварного шва и термического влияния приближается к структуре основного металла изделия, метрологические параметры и механические характеристики изделий полностью соответствуют изделиям, выполненным по штатной технологии или превосходят её, а коррозионные свойства изделий существенно улучшаются.

6. Полученные теоретические и практические результаты могут быть использованы для дальнейшего развития технологий обработки материалов концентрированными потоками энергии при производстве изделий ответственного назначения с повышенными требованиями к качеству сварных соединений.

1. Ластовиря, В.Н. Оборудование для обработки материалов электронным пучком Текст. : учеб. пособие / В.Н.Ластовиря; под ред. Зуева И.В. М.: издание МЭИ, 1997. -129 с.

2. Рыкалин, Н.Н. Основы электронно лучевой обработки материалов Текст. / Н.Н.Рыкалин, И.В.Зуев, А.А.Углов. -М.: Машиностроение, 1978. -178 с.

3. Кайдалов, А.А. Электронно лучевая сварка и смежные технологии Текст. / А.А.Кайдалов. - 2-е изд., перераб и доп. - Киев: Экотехнология, 2004. - 260с.

4. Займовский, А.С. Циркониевые сплавы в атомной энергетике Текст. / А.С.Займовский, А.В.Никулина, Н.Г.Решетников. М.: Энергоиздат, 1982. -232 с.

5. Корольков, П.М. Термическая обработка сварных соединений Текст. / П.М.Корольков. 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Экотехнология, 2003. -124 с.

6. Дуглас, Д. Металловедение циркония Текст. / Д.Дуглас. М.: Атомиз-дат, 1975.-360с.

7. Назаренко, O.K. Электронно лучевая сварка Текст. / О.К.Назаренко, А.А.Кайдалов, С.Е.Ковбасенко [и др.]; под ред. Б.Е.Патона. - Киев: Наукова думка, 1987.-256 с.

8. Кайдалов, А.А. Технологические приемы электронно лучевой сварки Электронный ресурс. / А.А.Кайдалов // Сварщик. - 2002. - №4. -www.et.ua/welder/archive/.

9. Лаптенок, В.Д. Управление электронно лучевой сваркой Текст. / В.Д.Лаптенок, А.В.Мурыгин, Ю.Н.Серегин, ВЛ.Браверман; под. ред. В.Д.Лаптенка. - Красноярск: Сибирская аэрокосмическая академия, 2000. -234 с.

10. Ерофеев, В.А. Прогнозирование качества электронно лучевой и лазерной сварки на основе компьютерного моделирования Текст. / В.А.Ерофеев. - Тула: изд. ТулГУ, 2002 - 140с.

11. Пат. №2259906 Российская Федерация МПК В 23 К 15/04//В 23 К 101:06. Способ электронно лучевой сварки труб Текст. / В.Н.Тюрин, А.Н.Семенов, М.И.Плышевский, Г.Н.Шевелев, В.В.Мелюков,

12. A.Г.Корепанов, В.Б.Филиппов, Г.С.Черемных, А.М.Блинов. 4 с.

13. Пат. №2259264 Российская Федерация МПК В 23 К 15/04//В 23 К 101:06 Способ электронно лучевой сварки Текст. / В.Н.Тюрин, А.Н.Семенов, М.И.Плышевский, Г.Н.Шевелев, В.В.Мелюков, А.Г.Корепанов,

14. B.Б.Филиппов, Г.С.Черемных, А.М.Блинов. 4 с.

15. Мамутов, Е.Л. Электронно лучевая сварка деталей большой толщины. Инженерный поиск. Текст. / Е.Л.Мамутов. - М.: Машиностроение, 1992. -232 с.

16. Рыкалин, H.H. Лазерная и электронно лучевая обработка материалов Текст.: справочник / Н.Н.Рыкалин, А.А.Углов, ИВ.Зуев, А.Н.Кокора. -М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

17. Бутковский, А.Г. Теория оптимального управления системами с распределёнными параметрами Текст. / А.Г.Бутковский. М.: Наука, 1965. - 474 с.

18. Бутковский, А.Г. Теория подвижного управления системами с распределёнными параметрами Текст. / А.Г.Бутковский, Л.М.Пустыльников. М.: Наука, 1980.-384 с.

19. Чубаров, Е.П. Управление системами с подвижным источником воздействия Текст. /Е.П.Чубаров. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 288 с.

20. Понтрягин, Л.С. Математическая теория оптимальных процессов Текст. / Л.С. Понтрягин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе [и др.]. М.: Наука, 1976.-392 с.

21. Федюкин, В.К. Метод термоциклической обработки металлов Текст. / В.К.Федюкин. Л.: изд. ЛГУ, 1984. - 192 с.

22. Земзин, В.Н. Термическая обработка и свойства сварных соединений Текст. / В.Н.Земзин, Р.З.Шрон. Л.: Машиностроение, 1978. - 367 с.

23. Дорощук, В.Е. Ядерные реакторы на электростанциях Текст. / В.Е.Дорощук. М.: Атомиздат, 1977. - 377с.

24. Зуев, И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии Текст. / И.В.Зуев. -М.: издание МЭИ, 1998 162 с.

25. Гуляев, А.П. Металловедение Текст. : учебник. / А.П.Гуляев. 5-е изд., перераб и доп. -М.: Металлургия, 1978. - 646 с.

26. Королев, Н.В. Расчеты тепловых процессов при сварке, наплавке, термической резке Текст. : учебное пособие / Н.В.Королев. Свердловск: издание УГТУ, 1996.- 155 с.

27. Коздоба, Л.А. Методы решения обратных задач теплопереноса Текст. / Л.А.Коздоба, П.Г.Круковский. Киев: Наукова думка, 1982. - 369 с.

28. Алифанов, O.A. Обратные задачи теплообмена Текст. / О.А.Алифанов. -М.: Машиностроение, 1988. 280 с.

29. Гейкин, В.А. Особенности технологии электронно лучевой сварки роторов газотурбинных двигателей Текст. / В.А.Гейкин, Н.И.Шаронова, В.А.Поклад // Сварочное производство. - 2005. - №62. - с. 38-41.

30. Системы управления комплексом электронно-лучевой сварки SeoTECH-60/х.х и программное обеспечение к нему Электронный ресурс. / ООО «СЭО», г. Москва. www.seo.ru.

31. Мелюков, В.В. Управление тепловым режимом комбинированного процесса сварки кольцевых соединений Текст. / В.В .Мелюков, А.Г.Корепанов, М.И.Плышевский, Д.А.Репкин // Сварочное производство. 2007. - №9. - с. 6-10.

32. Маргулова, Т.Х. Атомные электрические станции Текст. / Т.Х.Маргулова. М.: ИздАТ, 1994. - 654с.

33. Лысенко Э.В. Проектирование автоматизированных систем управления технологическими процессами Текст. / Э.В.Лысенко. М.: Радио и связь, 1987.-412 с.

34. Пат. 1832614 СССР, МПК AI СССР 6 В 23 К 15/00. Способ управления процессом электронно лучевой сварки и устройство для его осуществления Текст. / Анашкин A.A., Фридберг А.Э., Рубцов В.П., Ичанский П.Ю. - 4 с.

35. Башенко, В.В. Технологии электронно лучевой сварки Электронный ресурс. / В.В .Башенко. - www.rossvarka.ru.

36. Швалев, H.A. Методы направления электронного луча по стыку свариваемых кромок Текст.: обзор / Н.А.Швалев, Семенов Э.И // Сварочное производство. 2004. - №2. - с. 25-32.

37. Бочаров, А.Н. Контроль распределения плотности тока электронного пучка в процессе электронно лучевой сварки Текст. / А.Н.Бочаров,

38. В.Д.Лаптенок, А.В.Мурыгин // Сварочное производство. 2006. - №7. - с. 8-14.

39. Мурыгин, A.B. Автоматизированная система контроля плотности распределения энергии электронного пучка по его сечению при ЭЛС Текст. /

40. A.В.Мурыгин, А.Н.Бочаров // Сварочное производство. 2003. - №8. - с. 1519.

41. Пат. 2056244 Российская Федерация, МПК С1 РФ6 В 23 К 15/00. Устройство наведения электронного луча на стык при электронно лучевой сварке Текст. / Шиянов А.И., Чудинов В.П., Иванов A.B., Сергеев A.A. - 4 с.

42. Пат. 527045 СССР, МПК AI 6 В 23 К 15/00. Способ контроля процесса электронно лучевой сварки по потоку частиц Текст. / Кудрявцев М.А., Лямина С.А., Фомин В.В., Шевлягина М.М. - 4 с.

43. Язовских, В.М. Механизм вторично-эмиссионных процессов при электронно лучевой сварке с модуляцией электронного пучка Текст. /

44. B.МЛзовских, Д.Н.Трушников, ВЛ.Беленький, Л.Н.Кротов // Сварочное производство. 2004. - №4. - с. 21-27.

45. Гладков, Э.А. Цифровая система слежения за стыком на ПЗС линейке при дуговой сварке Текст. / Э.А.Гладков, Р.А.Перковский [и др.] // Сварочное производство. 2006. - №5. - с. 7-12.

46. Винокуров, В.А. Теория сварочных деформаций и напряжений Текст. / В.А.Винокуров, А.Г. Григорьянц. М.: Машиностроение, 1984. - 279 с.

47. Рыкалин, H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке Текст. : учеб. пособие. /Н.Н.Рыкалин. -М.: Машгиз, 1951.-296 с.

48. Котов, O.K. Поверхностное упрочнение деталей машин химико-термическими методами Текст. /О.К.Котов. М.: Машиностроение, 1969. -334 с.

49. Лаптев, В.В. Повышение эффективности процесса изготовления сварных соединений технологических каналов АЭС Текст.: дис. канд. техн. наук. : 050306 / Вятский государственный университет / Лаптев Владислав Васильевич Киров: 2000. - 140 с.

50. Бадьянов, Б.М. Компьютерное управление процессами сварки Текст. / Б.М.Бадьянов // Сварочное производство. 2002. - №1. - с. 19 - 23.

51. Тихонов, А.Н. Методы решения некорректных задач Текст. / А.Н.Тихонов, В.Я.Арсенин. М.: Наука, 1988. - 288 с.

52. Подола, Н.В. Искусственные нейронные сети и нечеткая логика в системах автоматического контроля и управления сварочными процессами Электронный ресурс. / Н.В .Подола, В.С.Гавриш, П.М.Руденко // Сварщик.2002. №6. - www.et.ua/welder/archive/.

53. Репкин, Д.А. Сварка и локальная термоциклическая обработка кольцевых соединений технологических каналов Текст. / Д.А.Репкин,

54. B.В.Мелюков, А.Г.Корепанов. // Сварка: традиции и тенденции: сборник докладов научно-технической конференции. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГ-ТУ-УПИ, 2007.-с. 44-45.

55. Shinskey, F.G. Process Control Systems. Application Design Adjustment Text. / F.G. Shinskey. New York: McGreyHill Book Company, 1967. - 367 p.

56. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования Текст. / В.А.Бесекерский, Е.П.Попов. 4-е изд., перераб и доп. - М.: Изд-во «Профессия», 2003. - 748с.

57. Пузырев, В.А. Самонастраивающиеся микропроцессорные регуляторы Текст. / В.А.Пузырев. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 216 с.

58. Воднокин, В.В. Анализ и синтез САУ на ЭВМ Текст. / В.В.Воднокин, П.И.Чинаев [и др.]. М.: Радио и связь, 1990. - 248 с.

59. Эпштейн, М.И. Измерение оптических излучений Текст. / М.И.Эпштейн. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 198 с.

60. Демченко, В.Ф. Банк данных режимов автоматической и механизированной сварки. Электронный ресурс. / В. Ф. Демченко,

61. C. С. Козлитина // Сварщик. 2004. - №2. - www.et.ua/welder/archive/.

62. Бабкин, A.C. САПР технологии сварки и наплавки, интегрированная в АСУ предприятия Текст. / А.С.Бабкин, А.А.Костин // Сварочное производство. 2002. - №10. - стр. 27-31.

63. Пат. 1540163 СССР, МПК AI 6 В 23 К 15/00. Устройство для контроля процесса электронно лучевой сварки Текст. / Гудков B.C., Лифшиц М.Л. -4 с.

64. Иоффе, Ю.Е. Новые разработки ЗАО «Электрик МИКС» о области контроля и управления сварочными процессами Текст. / Ю.Е.Иоффе, В.В.Жданов, A.B.Котов [и др]. // Сварочное производство. -2002. - №4. -стр. 39-43.

65. Худолей, А.Л. Система адаптивного управления процессом электроконтактной сварки Текст. / А.Л.Худолей, О.О.Кузнечик // Сварочное производство. -2002. №12. - стр. 17-21.

66. Гладков, Э.А. Автоматизированный комплекс для исследования процессов лазерной сварки Текст. / Э.А.Гладков, А.В.Малолетков, Р.А.Перковский // Сварочное производство. -2003. №1. - стр. 15-22.

67. Куцевич, H.A. SCADA-системы, или муки выбора Текст. / Н.А.Куцевич // Мир компьютерной автоматизации. 1999. - №1. - стр. 72 - 78.

68. Система управления процессом электронно-лучевой сварки на базе персональной ЭВМ Электронный ресурс.: информационный листок №24-167-02. Челябинск: Челябинский ЦНТИ, 1995. - 4 с. - www.isr.scti.ru.

69. Кудляк, В.М. Система цифрового управления процессом сварки неповоротных стыков труб Текст. / В.М.Кудляк, И.О.Свачков, И.В.Абрамов, В.Д.Коломиец // Автоматическая сварка. 1989. - №1. - с.53-56.

70. Попцов, А.Г. Система бесконтактного контроля температурного поля в процессе сварки и локальной термической обработки труб из сплавов циркония Текст. / А.Г.Попцов, В.В.Мелюков // Сварочное производство. -2000.-№10.-с. 18-21.

71. Лыков, A.B. Теория теплопроводности Текст. / А.В.Лыков. М.: Высшая школа, 1967. - 600 с.

72. Карслоу У. Теплопроводность твердых тел Текст. / У. Карслоу, Д. Егер. -Пер. с англ. М.: Наука, 1964. -487 с.

73. Попков, A.M. Выбор расчетной схемы распространения теплоты при сварке массивных изделий Текст. / А.М.Попков // Сварочное производство. -2002.-№11.-с.З-5.

74. Киселев, С.Н. Температурное поле при сварке цилиндрических оболочек из разнородных материалов Текст. / С.Н.Киселев // Сварочное производство. 1985. - №12. - с. 8-11.

75. Сайфиев, Р.З. Расчет температурных полей и регулирование тепловло-жения при сварке цилиндрических оболочек Текст. / Р.З.Сайфиев, И.Ш.Вольман // Сварочное производство. 1979. - №9. - с. 11-15.

76. Корн, Г. Справочник по математике (для научных сотрудников и инженеров) Текст.: 4-е изд.: [Пер. с англ.] / Г.Корн, Т.Корн. М.: Наука, 1978. -832 с.

77. Березин, И.С. Методы вычислений Текст. : в 2 т., том 2 / И.С.Березин, Н.П.Жидков. М.: Физматгиз, 1962. - 640 с.

78. Углов, A.A. О численном решении некоторых задач оптимального управления тепловыми процессами при сварке плавлением Текст. / А.А.Углов, В.В.Мелюков // Физика и химия обработки материалов. 1977. - №1. - с. 130-134.

79. Данилина, Н.И. Численные методы Текст. : учебник / Н.И.Данилина, Н.С.Дубровская [и др.]. М.: Высшая школа, 1976. - 368 с.

80. Мелюков, В.В. Влияние оптимального теплового режима сварки на остаточные деформации и напряжения сварных соединений сплава Zr-2.5%Nb Текст. / В.В.Мелюков // Сварочное производство. 1997 - №2. - с. 2 - 4.

81. Скороход, К.Е. Микропроцессорные системы управления сварочным оборудованием Электронный ресурс. / К.Е.Скороход, А.М.Семернев // Сварщик. 2003. - № 1. - www.et.ua/welder/archive/.

82. Корепанов, А.Г. Тепловизионный контроль при электронно лучевой обработке материалов Текст. / А.Г.Корепанов, В.В.Мелюков // Всероссийская НТК «Наука - производство - технология - экология»: сборник материалов. - Киров: изд. ВятГУ, 2003. - с. 115 -119.

83. Орлов, И.Я. Дифракционная погрешность диафрагмированного оптического датчика для Ж пирометрии Текст. / И.Я.Орлов, А.Е.Хрулев // Датчики и системы. - 2002. - №3. - с. 8-11.

84. Гордов, А.Н. Основы температурных измерений Текст. / А.Н.Гордов, О.В.Жагулло, А.Г.Иванова. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 206 с.

85. Свет, Д.Я. Объективные методы высокотемпературной пирометрии Текст. / Д.Я.Свет. -М.: Машиностроение, 1987. 179 с.

86. Геращенко, O.A. Температурные измерения Текст.: справочник. / O.A. Геращенко [и др.]. Киев: Наукова Думка, 1989.-314 с.

87. Куртев, Н.Д. О принципах построения систем обработки и распознавания диагностической информации тепловых изображений Текст. / Н.Д.Куртев, С.С.Анцыферов // Тепловидение: сборник научных трудов. М.: МИРЭА, 1998.-с. 59-69.

88. Григорьев, Г.Э. Цифровая система обработки тепловизионных сигналов Текст. / Г.Э.Григорьев, А.Г.Жуков, М.М.Олевский // Тепловидение: сборник научных трудов. М.: МИРЭА, 1998. с. 50 - 52.

89. Общие принципы бесконтактного измерения температуры Электронный ресурс.: в 6 частях / [н.д.]. gsp.lsk.kz/gsp/.

90. Куртев, Н.Д. Статистические методы цифровой обработки тепловизионных изображений Текст. / Н.Д.Куртев, В.И.Нефедов // Тепловидение: сборник научных трудов. М.: МИРЭА, 1998, с. 72 - 74.

91. Поскачей, А.А. Оптико-электрические системы измерения температуры Текст. / А.А.Поскачей, Е.П.Чубаров. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 217 с.

92. Сравнительный анализ отечественных и зарубежных теплосканирую-щих приборов Электронный ресурс. / Фирма АСК-Энергия. www.stic-eett.ru/ask/srawn.htm# 1.

93. Промышленные компьютеры Электронный ресурс. : краткий каталог продукции ПРОСОФТ 2006/2007 (12) / Фирма ПРОСОФТ, Москва. -www.prosoft.ru\.\prosoftl2-ch01.pdf. -35 с.

94. Интерфейс RS-485 (TIA/EIA-485-A) Электронный ресурс. 7 Журнал «Кабель инжиниринг». http://www.icc-cable.ru/protokoly-i-interfeisy/eia-tia-rs-485.html

95. И 4. Локотков, А. Устройства связи с объектом. Модули фирмы AD VAN-TECH Текст. /А.Локотков. // СТА. 1997. - №2. - с. 32-44.

96. Кархин, В.А Решение обратной задачи теплопроводности с учетом теплоты плавления и кристаллизации Текст. / В.А.Кархин, А.С.Ильин, В.В.Плошихин// Сварочное производство. -2003. -№7.-с. 18-22.

97. Юдина, Е.В. Полетика Т.М., ГнюсовС.Ф., ЗуевЛ.Б. Исследование структурного состояния сварных соединений циркониевых элементов ядерных реакторов Текст. / Е.В.Юдина, Т.М.Полетика, С.Ф.Гнюсов, Л.Б.Зуев // Сварочное производство. 2006. - №6. - с. 8-12.

98. Хомяков, Д.В. Моделирование режима охлаждения при термоциклической обработке кольцевых соединений швов из сплавов циркония Текст. /

99. Д.В.Хомяков, В.В.Мелюков, A.B.Частиков // Компьютерные технологии в соединении металлов: сборник научных трудов 3-й Всероссийской научно -технической конференции. Тула: изд. ТулГТУ, 2001, с. 152 - 155.

100. Драгунов, В.К. Особенности технологического процесса изготовления сварных комбинированных роторов из разнородных сталей и сплавов Тескт. / В.К.Драгунов // Сварочное производство. 2003. - №5. - с. 15-20.

101. Ольшанский, А.Н. Оценка влияния повышенного давления защитного газа на снижение пористости сварных соединений из алюминиевых сплавов Текст. / А.Н.Ольшанский, Б.П.Морозов // Сварочное производство. 2003. -№11.-с. 8-11.

102. Васильев, K.B. Новая плазменная технология фигурного перфорирования Текст. / К.В.Васильев, А.М.Комиссаров, И.Н.Матюнин, О.К.Пик // Сварочное производство. 2004. - №3. - с. 9-16.

103. Мартышин, Г.В. Сравнительное исследование прочностных характеристик сварных и паяных соединений узлов газотурбинных установок Текст. / Г.В.Мартышин, Н.И.Шаронова, В.А.Гейкин, В.А.Поклад // Сварочное производство. 2005. - №6. - с. 6-10.

104. Драгунов, В.К. Моделирование магнитных полей термоэлектрических токов в канале проплавления при ЭЛС ферро- и парамагнитных сталей Текст. / В.К.Драгунов, Ю.В.Мякишев, А.Л.Гончаров, А.П.Слива // Сварочное производство. 2006. - №5. - с. 18-23.

105. Углов, A.A. Об оптимальном управлении тепловым процессом сварки при квазистационарном его состоянии Текст. / А.А.Углов, В.В.Мелюков // Физика и химия обработки материалов. 1977. - №3. - с. 39-41.

106. Иванов, Г.А. Компьютерные программы для решения задач проектирования технологических процессов сварки Текст. / Г.А.Иванов, В.Н Прони-чева // Сварочное производство. 2004. - №6. - с. 46-49:

107. Попков, A.M. Методика определения скоростей нагрева и охлаждения металла при сварке и времени его нахождения выше заданной температуры Текст./ А.М.Попков // Сварочное производство. 2004. - №6. - с. 11-14.