РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Велиев Давид Элманович

• Велиев Давид Элманович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Велиев Давид Элманович

Принятые обозначения

Введение

Глава 1. Управление параметрами лазерного технологического комплекса сварки металлов

1.1. Патентно-информационный обзор по лазерной сварке металлов и системе управления лазерным технологическим комплексом

1.2. Особенности технологического процесса лазерной сварки

1.3. Физика процесса лазерной сварки

1.4. Технология процесса лазерной сварки

Глава 2. Методика анализа процесса генерации акустического сигнала при взаимодействии лазерного излучения с поглощающими конденсированными средами

2.1. Оценка амплитуды1 акустических колебаний при лазерной термообработке

2.1.1. Экспериментальная установка

2.1.2. Анализ полученных данных

2.2. Методика обработки акустического сигнала лазерного импульса

2.2.1. Подготовка сравнительных параметров сигнала

Глава 3. Анализ акустического сигнала из зоны взаимодействия лазерного излучение с металлом

3.1. Обработка и анализ полученных данных

3.2. Сварка разнородных металлов

3.2.1. Анализ зон термического воздействия лазерного излучения

3.2.2. Математический расчет геометрии стыкового соединения

3.2.3. Контроль температуры легкоплавкого металла

3.3. Методика количественной оценки зависимости частоты ультразвуковых колебаний от глубины обработки лазерным излучением

3.3.1. Экспериментальные данные обработки импульсным лазерным излучением

3.3.2. Расчёт температурного поля

3.3.3. Количественная оценка глубины обработки

Глава 4. Методика управления лазерным технологическим комплексом

4.1. Структура акустических колебаний из зоны термического влияния

4.2. Энергетические процессы в зоне взаимодействия ЛИ с металлом

4.2.1. Уравнение энергетического баланса при воздействии ЛИ на металл

4.2.2. Математическая модель температурного поля в зоне взаимодействия

4.3. Управление положением фокуса лазерного излучения при сварке

4.3.1. Оптимизация структуры системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом

4.3.2. Расчет канала лазерной подсветки

4.3.3. Расчет канала фотоприемника

4.3.4. Энергетическая оценка эффективности

4.4. Синтез лазерного технологического комплекса

4.4.1. Алгоритм работы системы автоматического управления

4.4.2. Структурная и микропроцессорная схемы лазерного технологического комплекса

4.4.3. Схема включения датчика

Основные результаты работы

Список использованной литературы

Приложение А. Техническое задание на выполнение научно-исследовательских

работ

Приложение Б. Исходный код для анализа сигнала

Приложение В. Патент «Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов»

Принятые обозначения

ЛИ — лазерное излучение

ЛТК — лазерный технологический комплекс

ТП — технологический процесс

ОКГ - оптический квантовый генератор

ЗТВ - зона термического влияния

МПС — микропроцессорная система

САУ — система автоматического управления

АЦП — аналого-цифровой преобразователь

ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь

УЗК — ультразвуковые колебания

ФП — фотоприёмник

ВУ — высокочастотный усилитель

ПЧ — промежуточная частота

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ»

Введение.

Автоматизация технологических процессов лазерной термообработки обеспечивает стабилизацию и требуемые значения их параметров, что позволяет получать заданные показатели качества деталей. Обеспечение требуемых показателей качества при лазерной термообработке металлов определяется в первую очередь такими параметрами лазерных технологических комплексов, как плотность мощности лазерного излучения, температура зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом, скорость перемещения лазерного луча, физико-химические свойства металла, фокусное расстояние. Для проектирования технологического процесса и выбора режимов обработки металлов необходимо знание основных закономерностей и взаимосвязи параметров, определяющих процесс сварки. Этого можно достичь с помощью анализа звуковых колебаний из зоны взаимодействия импульсного лазерного излучения с металлом.

В текущих условиях актуальными является оптимизация структуры системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом для данного технологического процесса. Для этого необходимо произвести выбор звеньев системы управления лазерным технологическим комплексом с требуемыми параметрами, обеспечивающими заданные показатели качества деталей.

Известны разные способы управления качеством лазерной сварки с обеспечением стабильности положения фокуса излучения относительно поверхности детали. Это осуществляется с помощью механической опоры, которая перемещается по поверхности детали. В этом случае погрешность емкостного датчика меньше общей погрешности системы.

Другим подходом является регистрация сигналов пороговых значений определяющих отклонение луча от стыка. Данный подход требует проектирования многоуровневой системы датчиков.

Использование лазера как эффективного технологического инструмента ограничено неудовлетворительными точностными характеристиками систем

управления ЛТК, что обусловлено, в первую очередь, низкой информативностью параметров, измеряемых в реальном времени ТП и характеризующих физико-химические процессы в зоне обработки металла.

Для решения этих задач был рассмотрен способ получения временных, частотных и энергетических параметров акустического сигнала из зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом. Полученные данные используются в отрицательной обратной связи с целью стабилизации параметров технологического процесса. Стабилизация и контроль параметров технологического процесса для получения качества сварного шва является актуальной задачей.

Объект исследования — процесс лазерной сварки металлов.

Предметом исследования является лазерный технологический комплекс сварки металлов с исследованиями и анализом новых информативных параметров, определяющих качество сварного шва и измеряемых в реальном времени.

Цель диссертационной работы - повышение эффективности технологического процесса сварки металлов за счет внедрения автоматизированной системы управления технологическим комплексом.

Для достижения поставленной цели была определена научная задача -разработать методику и способ управления лазерным технологическим комплексом сварки металлов с использованием новых информативных параметров из зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом, определяющих качество сварного шва, позволяющих повысить эффективность процесса сварки металлов.

Для достижения поставленной цели и решения поставленной задачи в работе необходимо решить следующие вопросы:

1. Обзор текущего состояния и развития лазерных технологических комплексов сварки, выявление особенностей технологического процесса лазерной сварки, оценка влияния параметров технологического комплекса на качество сварки металлов.

2. Выявить новые информативные параметры из зоны взаимодействия лазерного излучения с металлами, влияющие на качество сварного шва, и измеряемые в реальном времени.

3. Разработать методику анализа зависимостей показателей качества сварки от параметров технологического процесса на основе измеряемых акустических сигналов из зоны взаимодействия лазерного излучения с металлами.

4. Разработать метод контроля процесса лазерной сварки разнородных металлов на основе анализа их особенностей.

5. Исследовать зависимости характеристик акустических колебаний из зоны обработки от параметров технологического процесса обработки лазерным излучением металлов.

6. Исследовать структуру металлов зоны термического воздействия лазерного излучения и акустические колебания.

7. Разработать метод управления положением фокуса лазерного излучения, на основе расчета параметров движущегося источника энергии и канала лазерной подсветки стыка свариваемых изделий.

8. Провести анализ и синтез системы управления лазерного технологического комплекса на основе предложенного алгоритма работы, структурной и микропроцессорной схем.

Методы исследования. Для решения поставленной задачи использованы методы спектрального анализа дискретных сигналов, математического моделирования, теории автоматического управления, системного анализа. Экспериментальные исследования по взаимодействию лазерного излучения с металлами проводились на лазерных технологических комплексах LRS-150A и ЛС-2, с последующей программной обработкой акустического сигнала и использованием методов металлографического анализа микрошлифов образцов. Результаты исследований обрабатывались с применением пакетов прикладных программ МаШСАО и программного обеспечения по статистической обработке.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается полнотой и обстоятельностью анализа современного состояния исследований в

области разработки лазерного технологического комплекса; корректностью выбора исходных допущений и ограничений при решении оптимизационной задачи; строгостью использования современного математического аппарата при формализации исследуемой задачи и ее решения; корректным применением, в качестве базовых, широко применяемых и хорошо апробированных практикой и экспериментом методов технологии машиностроения, системного анализа; удовлетворительным совпадением экспериментальных с расчетными данными; публикацией и апробацией основных положений работы на международном, всероссийском и отраслевом уровнях.

Научная новизна:

1. Методика обработки акустического сигнала из зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом с выявлением его временных, частотных и энергетических характеристик.

2. Методика анализа зависимостей показателей качества сварного шва от параметров измеряемых акустических сигналов для стабилизации характеристик технологического процесса.

3. Способ лазерной сварки разнородных металлов, учитывающий теплофизические характеристики свариваемых деталей и обеспечивающий заданное отклонение фокуса излучения относительно наклонной стыковой поверхности.

4. Метод контроля процесса сварки разнородных металлов на основе анализа акустических колебаний из зоны взаимодействия, позволяющий обеспечить сварку тугоплавкого и легкоплавкого металлов с повышением её качества и эффективности.

5. Метод управления положением фокуса лазерного излучения относительно сварного шва с учетом его геометрии для стабилизации его отклонения от криволинейного стыка деталей и повышения эффективности лазерной обработки.

Общетеоретическая значимость и практическая ценность.

Проведенное диссертационное исследование по разработке методики анализа и повышения эффективности управления лазерным технологическим комплексом сварки металлов было в значительной мере мотивировано и поддержано выполнением НИР «Разработка и исследование лазерно-плазменной установки и гибридной технологии обработки», ГК №14.740.11.0823 от 01.12.2010 г., Акт №1, от 10.12.20110г, Акт №2 от 24.06.2011 г., Акт №3 от 29.11.2011 г., Акт №4 от 29.06.2012 г., Акт №5 от 29.11.2012 г.

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы в ООО «Камский завод строительных металлоконструкций» г. Набережные Челны, в АО «Центр прототипирования и внедрения отечественной робототехники» г. Набережные Челны и в учебном процессе Набережночелнинского института (филиала) Казанского (Приволжского) федерального университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика обработки зависимости временных, частотных и энергетических характеристик акустического сигнала от нестабильности параметров автоматизированного технологического комплекса.

2. Анализ зависимостей качества технологического процесса сварки от характеристик акустических колебаний из зоны обработки лазерным излучением.

3. Математическая модель функциональной зависимости распределения теплового поля в зоне воздействия лазерного излучения от параметров лазерного технологического комплекса с учетом теплофизических свойств металлов, позволяющая прогнозировать качество сварки.

4. Способ лазерной сварки разнородных металлов, обеспечивающий качество сварного шва.

5. Решение задачи контроля процесса сварки разнородных металлов, учитывающее теплофизические характеристики обрабатываемых металлов и обеспечивающее отсутствие испарения легкоплавкого металла, призванное обеспечить стабилизацию рабочих режимов лазерной сварки.

6. Методика оценки глубины обработки лазерным излучением на основе анализа характеристики акустических колебаний из зоны сварки.

7. Блок стабилизации отклонения фокуса лазерного излучения от криволинейного стыка деталей для выполнения качественного сварного шва.

8. Структурная и микропроцессорная схемы системы автоматического управления лазерным комплексом для процесса сварки на основе функциональных связей между показателями качества свариваемых деталей и технологическими параметрами.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

В соответствии с паспортом научной специальности 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (машиностроение)» в диссертационной работе рассмотрена методика расчета оптимальных параметров режима технологического процесса на основе математического моделирования распределения теплового поля в зоне воздействия лазерного излучения, позволяющая обеспечить заданные показатели качества на основе анализа акустических колебаний и представлены структурная и микропроцессорная схемы системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом на основе этой методики в соответствии с пунктом 1 специальности. В работе представлен способ лазерной сварки разнородных металлов, учитывающий теплофизические характеристики свариваемых металлов и заданное отклонение фокуса излучения относительно наклонной стыковой поверхности свариваемых деталей и алгоритм контроля процесса сварки разнородных металлов на основе анализа акустических колебаний из зоны взаимодействия, соответствующие пункту 5 паспорта специальности.

Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в выборе и обосновании методики выполнения теоретических и экспериментальных исследований, анализе полученных данных, синтезе, расчете параметров и обобщении полученных данных.

Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в работе, опубликованы в научных статьях, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Высокоэнергетические процессы и агрегаты», а также международных научных и научно-практических конференциях: IX Международный Симпозиум «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 2008); Межвузовский научный сборник «Проектирование и исследование технических систем» (Набережные Челны, 2009); Международная научно-техническая и образовательная конференция «ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА - ПРОИЗВОДСТВУ» (Набережные Челны, 2010); XVII международная научно-техническая конференция «Машиностроение и техносфера XXI века» (Донецк, Украина, 2010); Вестник Чувашского университета (Чебоксары, 2013); VIII международная заочная научно-практическая конференция «Научная дискуссия: вопросы технических наук» (Москва, 2013); Вестник Чувашского университета (Чебоксары, 2014); II международная научно-практическая конференция «Фундаментальная наука и технологии — перспективные разработки» (North Charleston, SC, USA, 2014); BEAM TECHNOLOGIES & LASER APPLICATION, Proceedings of the International scientific and technical Conference (Санкт-Петербург, 2016); «Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация» (Набережные Челны, 2016).

Публикации. Содержащиеся в диссертации материалы нашли отражение в 11 научных трудах, в том числе в одном патенте и двух статьях в журналах, рекомендованных ВАК.

Глава 1. Управление параметрами лазерного технологического комплекса сварки металлов

Использование лазерного излучения в таком технологическом процессе как сварка металлов в настоящее время находит достаточно частое применение ввиду широких возможностей современных лазерных технологических комплексов, которые позволяют обеспечить заданные показатели качества.

Показатели качества при лазерной термообработке металлов определяются такими параметрами лазерных технологических комплексов, как плотность мощности лазерного излучения, температура зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом, скорость перемещения лазерного луча, физико-химические свойства металла, фокусное расстояние. Проектирование технологического процесса и выбор режимов обработки металла требуют знания основных закономерностей и взаимосвязи параметров, определяющих процесс сварки.

На сегодняшний день использование лазера в качестве эффективного технологического инструмента ограничено неудовлетворительными точностными характеристиками систем управления ЛТК ввиду низкой информативности параметров, измеряемых в реальном времени ТП и характеризующих физико-химические процессы в зоне обработки металла.

1.1. Патентно-информационный обзор по лазерной сварке металлов и системе управления лазерным технологическим комплексом

Управление процессом лазерной сварки при решении задачи многопараметрического контроля технологического процесса является основной задачей при проектировании эффективного ЛТК. Одним из решений данной проблемы является регистрирование сигналов пороговых или предпороговых уровней недопустимых превышений кромок, отклонений от стыка, величины зазора для корректировок сварочного процесса или остановки процесса при длительном нарушении оптимального процесса сварки и формирование сигналов автоматического управления путем адаптивного

изменения амплитуды, длительности накачки лазера, скорости сварки, частоты импульсов и фокусировки лазерного излучения [24], однако данный подход требует проектирования многоуровневой системы датчиков.

Другим подходом является обеспечение неизменности положения фокуса излучения относительно поверхности образца с помощью механической опоры, которая перемещается по поверхности листа [25, 29], однако в этом случае погрешность емкостного датчика меньше общей погрешности системы.

Ещё одно решение это повышение выходной мощности излучения без значительной аберрации фокусирующей линзы [33] таким образом, чтобы выходной пучок имел эллиптическое сечение, что приводит к повышению качества технологического процесса, однако вызывает повышенное энергопотребление.

Известен способ управления качеством лазерных сварочных процессов, основанный на сравнении опорного сигнала с реальным сигналом системы во время технологического процесса с целью точного распознавания основных дефектов в производстве [34]. Способ содержит следующие этапы: обеспечение одного или более опорных сигналов для промышленного процесса; получение одного или более реальных сигналов, показывающих качество упомянутого промышленного процесса; сравнение опорных сигналов с соответствующими реальными для определения дефекта в процессе. Способ также содержит операции преобразования опорного и реального сигнала с целью сравнения рассчитанных энергий. Однако этот способ не раскрывает природы сравниваемых сигналов и их роль в обеспечении стабилизации параметров лазерного излучения и не предназначен для обработки данных в реальном времени.

Для управления лазерным излучением [35] в систему включают последовательно расположенные лазер и поляризационный светоделительный блок. После поляризационного блока в каждом канале последовательно установлены две анизотропные акустооптические ячейки, развернутые друг относительно друга под прямым углом и две призмы с парой оптических

клиньев. Также последовательно установлены призма-сумматор и светоделительная призма. Система содержит телескоп, измерительный канал, включающий поляризационный светоделительный блок, две пары оптических клиньев, телескопическую систему и позиционно-чувствительный фотоприемник. В измерительном канале используется второй позиционно-чувствительный фотоприемник, также позиционно-чувствительные фотоприемники электрически связаны через компьютер, который в свою очередь соединён с блоками управления акустооптическими ячейками. Данный подход не позволяет учесть теплофизические характеристики обрабатываемого металла.

1.2. Особенности технологического процесса лазерной сварки

Особенность лазерной сварки заключается в широком диапазоне варьирования режимов, обеспечивающих как возможность сварки различных материалов толщиной до десятков миллиметров, так и осуществление различных механизмов проплавления.

Энергетические признаки технологического процесса лазерной сварки характеризуются в первую очередь мощностью Е, Вт/см2, и длительность воздействия излучения т, с. Процесс сварки может быть осуществлен только при плотности мощности в диапазоне 105-107 Вт/см2. Нижний предел обусловлен эффективностью и экономичностью сравнительно с другими видами сварки, такими как газовое пламя или дуга. При плотности мощности выше 107 Вт/см2 развивается интенсивное испарение и происходит выброс металла. Осуществить лазерную сварку возможно только при определенном сочетании плотности мощности с длительностью воздействия. Выделяют три группы сочетаний, в которые входит весь реальный диапазон режимов лазерной сварки.

В первую группу относятся режимы обработки с длительностью воздействия т > 10-2 с и плотностью мощности Е = 105-106 Вт/см2. При таких

условиях сварка осуществляется непрерывным лазерным излучением с различными длинами волн.

Во вторую группу входят режим обработки с плотностью мощности Е = 106-107 Вт/см2 и длительностью т < 10-3 с. Здесь в основном используется импульсно-периодическое лазерное излучение.

Третья группа — длительность воздействия 10-3 <= т <= 10-2 с и плотность мощности Е = 105-106 Вт/см2.

Наиболее близкими методами сварки, которые могут эффективно заменить технологический процесс лазерной сварки, являются электронно-лучевой способ, дуговая сварка с неплавящимся электродом, контактная сварка. Сравнительно с дуговой сваркой лазерная сварка отличается в выгодную сторону по следующим признакам — высокая концентрация энергии с малой площадью пятна и как следствие малый объем сварочной ванны; отсутствие электрода, расположенного близко к поверхности сварочной ванны и как следствие отсутствие инородных материалов; возможность сварки в труднодоступных местах ввиду точной фокусировке процесса; существенно меньшая зона термического влияния; высокие скорости сварки (до 9...11 м/мин); возможность передачи энергии по световоду.

Электронно-лучевая сварки также уступает лазерной по многим пунктам: при лазерной сварке не требуется наличия вакуумных камер; трудности сварки электронным лучом широко распространенных сталей перлитного и мартенситного класса толщиной от 30 мм из-за отклонение луча; сложности с роботизацией электронно-лучевой сварки.

Преимущества лазерной сварки перед контактной заключаются в том, что размер сварной точки от лазера намного меньше, отсутствует механическое давление, на порядки выше скорость получения одной точки, возможность сварки через прозрачные среды, возможность сварки материалов с различным электрическим сопротивлением.

Также лазерная сварка эффективна для соединения разнородных материалов и композиционных материалов на металлической основе.

К минусам использования технологического процесса лазерной сварки относятся высокая стоимость лазерного оборудования и оснастки, низкая энергетическая эффективность (КПД часто ниже 10%), повышенная сложность устройства лазерного оборудования.

1.3. Физика процесса лазерной сварки

Сварка материалов с толщиной менее 1 мм преимущественно выполняется в импульсном режиме. Процесс воздействия излучения на твердое тело делится на следующие этапы: поглощение излучения и передача энергии колебаниям кристаллической решетки, нагревание металла без разрушения, плавление и разрушение материала в результате испарения, остывание после окончания импульса. На поверхности материала излучение частично поглощается верхним пограничными слоем, частично отражается. Проникновение излучения в металл описывается экспоненциальным законом Бугера-Ламберта. После начала нагрева металла растёт роль теплопроводности в передаче энергии. При повышении температуры материала меняются его теплофизические и оптические свойства, происходят фазовые переходы первого рода. С ростом температуры повышается поглощательная способность материала.

При плавлении твёрдого тела и переходе в жидкое состояние нарушаются дальние связи в кристаллической решетке. Большинство металлов в этом случае характеризуются значительным уменьшением электропроводности и, как следствие, изменением теплопроводности и отражательной способности.

Во время действия лазерного излучения плавление материала зависит от распространения теплового потока, которое в свою очередь определяется теплопроводностью. Но тепловой поток определяется не только теплопроводностью, так как изменение температуры также зависит от удельной теплоемкости вещества. Скорость нагрева обратно пропорциональна удельной теплоемкости.

После достижения поверхностью материала температуры плавления часть тепловой энергии уходит на испарение. В случае низкой плотности потока

скорость тепловой волны намного выше скорости волны испарения. По мере роста плотности потока скорость испарения постепенно приближается к скорости нагрева. Процесс испарения сопровождается выбросом большой части объема жидкой фазы давлением пара из кратера и преждевременной кристаллизацией расплава.

Отсутствие механического воздействия на расплавленную ванну при сварке металлов малых толщин исключает провисание шва, прожоги, подрез. Это связано с тем, что поток фотонов практически не оказывает давления на поверхность расплава.

Лазерная сварка материалов толщиной более 1 мм сопровождается существенно большими тратами энергии. Особенность сварки лазером заключается в получении «кинжального» проплавления, которое характеризуется высокими значениями коэффициента к, равного отношению глубины проплавления Н к ширине шва В [4]. В случае глубокого проплавления этот коэффициент больше 1 и может достигать значений более 10.

После попадания излучения на поверхность металла происходит его нагрев со скоростью, существенно превышающей скорость отвода теплоты вследствие теплопроводности, конвекции и обратного излучения. Начинается локальное испарение, на поверхности формируется лунка, развивающаяся в глубь материала и образующая канал, заполненный парами материала. Закрытию канала препятствует взаимодействие гидростатических сил окружающего жидкого металла, давления паров материала и сил поверхностного натяжения. При определенном значении скорость перемещения луча относительно обрабатываемого участка канал приобретает динамическую устойчивость, затем распространятся далее в глубь. Материал плавится на передней стенке канала и переносится по боковым стенкам на заднюю, затем затвердевает. Таким образом лазерное излучение проникает на некоторую глубину и образуется шов.

1.4. Технология процесса лазерной сварки

Для сварки материалов малых толщин наиболее распространено использования импульсного излучения. Основными параметрами такой сварки являются энергия импульса, диаметр сфокусированного луча, длительность импульса, положение фокального пятна относительно поверхности материала, скорость сварки. К критериям качества сварных соединений относятся размеры литой зоны (или геометрия сварного шва), технологическая прочность, механические свойства соединений, отсутствие внутренних и внешних дефектов, структура шва, химический состав.

Энергия импульса влияет на количество теплоты, поступающее в зону обработки, на длительность импульса, его расходимость и структуру). Длительность импульса показывает время взаимодействия излучения с материалом. В зависимости от толщины свариваемого материала можно подобрать свой оптимальный диапазон длительностей импульса и получить соединение без лишнего выброса материала. При сокращении длительности импульса растет мощность и достигается большая глубина обработки, однако возрастает также и количество испарившегося вещества, что ограничивает область значений длительности импульса. Чаще используют длительность со значением ближе к верхнему пределу, что позволяет улучшить качество соединения и уменьшить пористость после застывания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Велиев Давид Элманович, 2017 год

Список использованной литературы

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

2. Кузнецов Ю.В., Баев А.Б. Спектральный и временной анализ импульсных и периодических сигналов: Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 2007. -95.: ил.

3. Исследования акустических колебаний при воздействии импульсного лазерного излучения / Шангараев И.Р., Велиев Д.Э., Галанина Н.А., Звездин В.В., Саубанов Р.Р. // Вестник Чувашского университета. 2014. № 2. — Чебоксары: Изд. «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова», 2014г. - С. 131-135.

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

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

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

7. Фотоакустический эффект при плавлении и испарении вещества под действием лазерного импульса / В.И. Мажукин, Н.М. Никифорова, А.А. Самохин. Труды института общей физики им. А.М. Прохорова, том 60, 2004.

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

9. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т 1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г.А. Абильситов, B.C. Голубев, В.Г. Гонтарь и др.; Под общ. ред. Г.А. Абильситова. — М.: Машиностроение, 1991.

10.Управление процессом термообработки поверхности деталей на основе оптико-физических методов / В.В. Звездин, Р. Р. Саубанов, И.Х. Исрафилов, Р. Р. Рахимов // Машиностроении и техносфера XXI века//Сборник трудов XVIII международной научно практической конференции в г. Севастополе 12-17 сентября 2011г. В 4-х томах. -Донецк: ДонНТУ, 2011. Т.З.-82-85.

11. Способ управления процессом лазерной прошивки отверстий в сталях на основе анализа ультразвуковых колебаний / Шангараев И.Р., Велиев Д.Э., Галанина Н.А., Звездин В.В. // Вестник Чувашского университета. 2013. № 3. — Чебоксары: Изд. «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова», 2013г. - с. 302-306.

12.Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т 1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г.А. Абильситов, B.C. Голубев, В.Г. Гонтарь и др.; Под общ. ред. Г.А. Абильситова. — М.: Машиностроение, 1991.

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

14.Стабилизация энергетических параметров в зоне взаимодействия лазерного излучения с металлом на основе измерения скорости вылета частиц / Звездин В.В., Загиров Р.Г., Шангараев И.Р., Велиев Д.Э. // Сборник трудов IX Международного Симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» часть 2, Казань: Изд-во «АтрПечатьСервис», 2008. - С. 364-368.

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

16.Анализ акустических колебаний при лазерной термообработке / Велиев Д.Э., Исрафилов И.Х., Звездин В.В. // BEAM TECHNOLOGIES & LASER

APPLICATION, Proceedings of the International scientific and technical Conference. Санкт-Петербург, 2016. С. 256-261.

17.Исследование процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами на основе анализа ультразвуковых колебаний / Велиев Д.Э., Исрафилов И.Х., Звездин В.В., Кузнецов И.Н. // Межвузовский научный cборник «Проектирование и исследование технических систем», вып№14 - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2009 - С. 51-55.

18.Повышение энергоэффективности автоматической лазерной резки металлов на основе анализа частоты ультразвуковых колебаний из зоны обработки / Исрафилов И.Х., Звездин В.В., Мавлин Р.Ф., Велиев Д.Э. // Сборник трудов Международной научно-технической и образовательной конференции «ОБРАЗОВАНИЕ И НАУКА - ПРОИЗВОДСТВУ», Набережные Челны: Изд-во ИНЭКА, 2010 г. - С. 63-65.

19.Оптимизации мощности лазерного излучения при газолазерной обработке металлов / Исрафилов И.Х., Звездин В.В., Портнов С.М., Велиев Д.Э. // Сборник трудов XVII международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века», Донецк: ДонНТУ, 2010. Т. 1 -С. 312-314.

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

21.Сравнительный анализ экспериментальных данных акустических колебаний при лазерной термообработке материалов / Велиев Д.Э., Звездин В.В., Галанина Н.А. // Сборник трудов VIII международной заочной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук». (04 апреля 2013 г.) — Москва: Изд. «Международный центр науки и образования», 2013 — С. 20-30.

22.Регрессионный анализ экспериментальных данных акустических колебаний при лазерной термообработке металлов / Велиев Д.Э., Исрафилов И.Х., Звездин В.В., Шангараев И.Р. // Сборник трудов II

международной научно-практической конференции «Фундаментальная наука и технологии — перспективные разработки», том 1. North Charleston, SC, USA, 2014. - С. 138-141.

23.Пат. 2415739, Россия, МПК В23К26/40 В23К9/23 В23К33/00. Способ лазерной сварки деталей из разнородных металлов / Звездин В.В., Исрафилов И.Х., Велиев Д.Э. — 2009122958/02; Заявлено 16.06.2009; Опубл. 27.12.2010.

24.Пат. 2258589, Россия, МПК B 23 K 26/20, 26/42. Способ и устройство диагностики и управления качеством лазерной сварки / Керемжанов А.Ф., Гайрабеков А.М., Демин Е.А., Журко В.В., Пак В.Л., Силиванов С.Н. (Россия). — 2004138818/02; Заявлено 30.12.2004; Опубл. 20.08.2005 Бюл. № 23.

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

26.Пат. 2193168, Россия, МПК G01J 4/00. Способ измерения степени поляризации / В. В. Звездин, Р. Р. Зиятдинов, А. Ф. Гумеров, И. С. Сабиров (Россия). — 2000118517/28; Заявлено 11.07.2000; Опубл. 20.11.02. Бюл. 32 стр. 294. Приоритет 1.07.2000 (Россия). - С.2.

27.Пат. 2256887, Россия, МПК G01J4/04. Способ измерения степени поляризации / В. В. Звездин, Р. Б. Каримов, В. В. Заморский, И. В. Кутуева (Россия). — 2003130610/28; Заявлено 15.10.03; Опубл. 20.07.05. Бюл. 20 -С.1.

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

29.В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, И. Н. Кузнецов, Р. А. Кисаев. Исследование процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами на основе измерения поляризации теплового излучения //

«Образование и наука Закамья Татарстана»: электронное периодическое издание. Вып. 11, 2008. http: / /kama.openet.ru:3128/site/new.

30.Исследование спектрального состава акустического сигнала при импульсном воздействии лазерного излучения на металл / Велиев Д.Э. // Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация, выпуск № 2 (69) - Набережные Челны, 2016. - С. 63-69.

31.В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. С. Файрузов, И. Х. Исрафилов, С. М. Портнов. Энергосбережение при проведении научно-исследовательских работ методом моделирования на примере высокоэнергетических процессов // Ресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI Международного симпозиума. — Казань, 2007. — С.54-55.

32.В. В. Звездин, Д. И. Исрафилов, А. В. Хамадеев. Влияние модового состава лазерного излучения на показатели качества процесса закалки // Межвузовский научный сборник. «Проектирование и исследование технических систем» - г. Наб. Челны, 2007. — №10. - С. 112 - 115.

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

34.Пат. 2368931, Россия, МПК G05B1/00. Способ для управления качеством промышленных процессов, в частности лазерных сварочных процессов / Д'АНДЖЕЛО Джузеппе (IT), ПАСКУЭТТАЦ Джорджио (IT), ТЕРРЕНО Андреа (IT). — 2005100707/09; Заявлено 12.01.2005; Опубл. 27.09.2009.

35.Пат. 2428777 Россия. МПК H01S3/10 G02F1/11. Система управления лазерным излучением (варианты) / Головков Олег Леонидович, Хилов Сергей Иванович — 2010112613/28; Заявлено 01.04.2010; Опубл. 10.09.2011.

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

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

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

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

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

41.Волчкевич Л. Автоматизация производственных процессов / Л. Волчкевич. - М.: Машиностроение, 2007. — 380 с.

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

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

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

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

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

47.В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, С. М. Портнов, Д. А. Башмаков. Зависимость показателей качества сварки от параметров лазерного

технологического комплекса // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2008. — № 4. — http://kampi.ru/sеts.

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

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

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

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

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

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

54.Портнов С. М. Исследование процесса влияния мощности лазерного излучения на изменение структуры стали 30Х13 / В.В. Звездин, С.М. Портнов // I Межрегиональной научно-практической конференции «Камские чтения», 2009. - С. 123-125.

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

56.Филачев А.М., Таубкин И.И., Тришенков М.А. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. — М.: Физматкнига, 2005. — 384 с.

57.Алев Р.М., Иванов В.П., Овсянников В.А. Несканирующие тепловизионные приборы. Основы теории и расчета. — Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2004. — 228 с.

58.А.С.1610706 приоритет от 06.03.90. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом / Звездин В.В., Асанов А.З.

59.А.С.1059996 приоритет от 09.07.81. Фотоэлектрический датчик углового положения вращающихся объектов / Звездин В.В., Алев Р.М., Мухамедяров Р.Д. Кусюмов А.Н., Суторин А.М., Юлин С.Н., Ямановский Б.М.

60.Никольский А.А.Точные двухканальные следящие электроприводы с пьезокомпенсаторами., 1988г., Энергоатомиздат, Москва.

Приложение А. Техническое задание на выполнение научно-исследовательских работ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на выполнение научно-исследозатсльских работ по теме:

«Разработка и исследование лазерно-плазменной установки и гибридной

технологии обработки»

Шифр заявки «2010-1,1-400-150-027»

Основание дли проведения научно-исследовательской работы (НИР)

Решение Конкурсной комиссии по направлению 1 (состан-04) (протокол протокол от 19 ноября 2010г. № 100).

Начало работ: с даты заключения государственного контракта Окончание работ: «15» ноября 2012 г,

2. Исполнитель НИР:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Камская государственная инженерно-экономическая академик», г. Набереясные Челны.

3. Цель выполнения НИР

Разработка комплексного подхода проектирования гибридной лазерно-плэзменнон установки, обеспечивающей повышение эффективности воздействия концентрированных потоков энергии на материал и снижение энергозатрат технологического процесса, в результате объединения лазерного излучения с плазмой, а также разработку новых методов обработки информативных параметров из зоны взаимодействия высокоэнергетических потоков с материалом, позволяющем повысить качество технологического процесса термообработки деталей.

Выполнение НИР должно обеспечивать достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных в жизнеспособных научных коллективов.

4. Основные требования к выполнению НИР

4.1, Состав разрабатываемой научной и/или научно-технической продукции:

Экспериментальная установка лазерно-шшменного технологического комплекса обработки материалов;

Приложение № 1 к государственному контракту

Методика экспериментальных исследований;

Эскизная конструкторская документация дня изготовления экспериментальной установки;

Программа внедрения результатов исследований в образовательный процесс;

Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследовании» а также описание полученных результатов.

4,2. Требования по ваэиачешно научной и/нлн научно-технической продукции

Область применения результата НИР: машиностроительное производство и производство военной техники.

Результаты НИР могут быть востребованы на машиностроительных предприятиях и в высокотехнологичных секторах экономики, а также научными коллективами для дальнейших исследований. Результаты НИР должны быть внедрены в образовательный процесс.

Форма ¡внедрения Тип внедрения Место внедрения

М ПИтИИт^ -'^ ГРтДИГН|Нгт1г^:''1 "•гЭДиИ!

1. 4 курс, образовательная программа, епедаалнот «Мишины к технология высокоэффектннлых процессов обработки материалов», лиоопинна «Теоретические остовы обработок концентрированными потопами энергии^ использование в лекционных н практически* ЗДНДГИЯХ. Изменение существуют«! о курса, дополнение практических задвгнЯ. Лекции: Гибридная лаэерио-ияяэменнвк 1сх1гл*оги1 обработка ыатериапо и (4 часа) Прахтнчесэтк занятия: Расчет тепловых кыиК при комбинированной лазерни-плазмеиной обработке <4 часа) Государственное образовательное учреждение высшего 1ф0ф№СИ«ил)Ь№Г0 образовали* Камская государственная инженерио-экономическая академия, Автомеханический факуяьтег, кафедра Бысоказнергетнческия и □иинвая чнвееиерля-

2. 4 курс, образовательна* программа, спецннтпггет: ^Мишины и технологий пкомзффшнишх процессов обработки материалом», днещтлкна «Проектирование специального оборудования и оепетжи дня обработки вонцрнтрнровалнымн потоками анергии» исгюгижзоваиие в лекционных, лабораторных л практнчееунх эаняпих. Изменение существующего курса, дополнение практических Н лабораторный заютий. Лекции: Комбинированные лаэерно-плпменные установки (2 часа); Методы расчета юонбитфованных лаэерэд-плаэменных установок (4 часа) Практические занятия: Тепловой и размерный расчСт лнзернл-плааменных установок (4 часа) Лабораторные шит»: Исследование лазер^о-плазменной усгаюисн (2 часа) Гисударс таенное образовательно« учреждение высшего профессионального образовали* Камская государственная инженерно» экономически академия, Автомехмпеский факультет, кафедра йисокоэиерпялчсскал н пищевая инженерия.

э. 5 Курс. образовательная программа, спецналитет: Изменение существующего хурса, дополнение практических н Государственное образовательное учреждение

«Менеджмент высоких технологий)», дисциплина «Проектирование спсцоборудовални Л оснастки ДЛЯ обработки Нйнцрпрцювщ Ши11 логиками энергнн» использование в лешдаонниу, лабораторных н практических Замятин . лабораторных занятий. Лекции: Комбинированные лазерно-ллазмекные уешякн (2 час«}; Методы расчёта комбинированных лаэерыо-наазменных установок (2 часа) Практические занятия: Твидовой расчет пазерно-плазменных установок (2 часа) Лабораторные занятия: Исследование яазерно-плазменной уталоми (2 часа) выспит профессионального образования Камская государственная янженерно-энономинвена академия. Антпмгхиннческнй факультет, кафедра Высодэиерглическая и пищевая инженерия.

4,. 4 курс. образовательная программа, снсцниитет: чМсииджмсог высоких тпшштогнЙи, дисциплина «Оборудппание высоких технологии» использование л лекционных занятиях. Пшене и не существуюп^го курса. Лекции: Комбинированные лазерт-тазыеннме установки (1 час); Государственное образовательное учреждение высшею профессионалы»гг> Образования Каысгая государстве ним инжетрно-экочомтсская академик, Автомеханический факультет, кафедра Высокоэнергпическая и пищемр инженерия.

1 4 курс, образовательная ироГрамма, специалнтст: «Менеджмент высоких -технолог ий»», дисциплина «Теоретические основы обработан концентрированными потоками энергиям нслильзоианне 1 лекционных, и практически* кннпих, Изменение существующего курса, дополнение ГРШГТНЧССКНХ ННЯТНЙ. Лекции: Гнбумдиая лаоерно-плазменная тсхнщни™ обработки материал он (2 часа) Практические занятии: Расчвт теплопыд полей 1фн комбинированной лазер но-[шэзмвинпй обработке (2 часа) Государственное образовательное учреждение высшего тфофесснонального образования Камская государственная ннженерио-зкономнческая академик. Автомеханический факульгет. кафедра Высоинисрлетичесм* и пищевая инженерия.

2 курс, образовательная программ*. магистратура: иЭлектратехщска, электрон ехдннп н лтегрраоехнологшш, дисциплина «КонсгруярОвэ чне оборудования для обработки материалов, концентрировал ними потоками энергии» использование в лекционных, лабораторных и практических нмшмх, Изменен не существующего курса, дополнение дотпескик и лабораторных занятий. Лекции: Комбинированные лаэерночтазменнце установки <3 часа); Методы расчета коибницрошшшх ядерно-плазменных установок (5 часа) Практические занятия; Тешойой и размерной расч&т лазер но-плазменных установок чаи) Лабораторные шлии; Исследование адзери о-шиз ценной установки (4 часа) Государстве иное образовательное учреждение высшего профессионального образования Камская государственная ннжеаерно-экономнчесряя академия, А&тоыехзшпескнР факультет, кафедра Высиксяпергетнческаз и пищевая инженерия.

7. 1 КУРС, образо нательная программа, магистратура: «Электротехника, электромеханика к элекфйгехиалогнт», дисциплина «Теоретические Изменение существующего курса, дополнение практичен на* занятий. Лнцки: Гибридная лаяерно-глазмеинфт технология обработки материалов (5 чьл>е) Государственное образоаатмынК учре^шерве кыевкго профессионального образования Камская государственная ннженерно-зконймпческая академия.

ос всей обработки концентрированными потоками энергия» использование в лекционных и практических заняли*. Првктнчнкме эаютня: Расчет тешгоаых попей при комбинировав ной лахрно-ллазиенноИ обработке (5 часов) Автоисхалнчмкай факультет, кафедра Високоэнергстнческая я пнщевак мявнерш.

i 1 курс, образовательная программ«, мюястратура: ¿Электротехника, эяепромехапдо н элепротехнолотп!». днеадшшня «Системы обработки тсхцслогичес*™« комплексами обработки материалов ВОНЦ£НТрНр0РйННЫМН потоками энергии» 1*: пользование в лекционных занятиях. Изменение существующего курса. Лекции: Управление гибридными лаоерно-шазменнымн технологиями [5 часов) Государственное образовательное учренденж высшего профессионального образования Камскак государственная инженерно* зкономичихия академия, Апомсланичесянй факультет, кафедра Высокпэнергстиче; кал и лнтевая инженерия.

43. Основные характеристики НИР

- Сходимость результатов математического и физического моделирования с имеющимися или получаемыми собственными экспериментальными данными должна составлять не менее 90%;

- Результаты должны быть апробированы на предприятиях Республики Татарстан н в образовательном процессе вуза;

- Результаты должны быть опубликованы в высокорейтинговых изданиях;

- По результатам работ должна быть подготовлена монография;

НИР должна выполняться с использованием современных материально-технической базы и методик и обеспечивать получение актуальных результатов.

В ходе выполнения НИР должна быть разработана и изготовлена экспериментальная установка в количестве 1 пгт.

4.4. Требования к предоставлению информации

Исполнитель обязан предоставлять Заказчику или уполномоченной им организации информацию о ходе и результатах реализации НИР, достигнутых значениях заданных мониторинговых индикаторов и показателей за отчетный период, выполнять требования по осуществлению ввода отчетных данных в информационную компьютеризированную систему Заказчика.

5. Индикаторы ■ показатели

В процессе выполнения НИР следует учитывать следующие значения программных индикаторов н показателей

Jft Нам йен« ванне и пдиь'йЮри ЕЛ. камер. ЗОЮ г. 1И!г ' ■ 1 2011г.

И.1Л.1 Количество кандидатов наук - исполнителей НИР, представивших докторские |циссбртацци £ диссертационный совет (нарастающим итогом^ чел. 0 0 1

и.1.и Количество аспирантов - исполнителей НИР, представивших кандЕцатсхне диссертации в дяс^ергациокный «чет (нарастающим нгошн) чел. 0 1 3

Количество студентов, аспирантов, докторантов и молодых исследователей, закрепленных в сфере науки, ебронваНйи в вышин технологий (зачисленных а аспирантуру или принятых на работу в учреждения высшего профессионального образования, научные оргонюют, предпрмктвх оборонно-провшшпе иного реомплекса, энергетической» шнацианно-посмнтаскай, лгокной отраслей и мал приоритетных д ля Российской Федерации отраслей промышленности) в период выполнения НИР (нарастающим нтоген! чел. 0 5 II

Количество исследователя - исполнителей НИР, результаты работы которых в рамках НИР опубликованы в высокорейтинговых российских н зарубежны* журналах чел. - г 1

И Л ,1,5 Наличие лику ментов, подтверждающих внедрение результатов работ в обрвзоваггельный процесс ДАЛШТ ДА ДА ДА

Наименование показателя

П. 1.1.1 Количество логгорсв иаук-испояннгелей КИР, работающих в научной или образовательной организации на полную Ставку, принявших участие в работах л течение всего сро*в реализации НИР чел 2 2 2

П.М.2 Количество молодых кандидатов наук -исполнителей НИР, работающих а научной или образовательной организации на полную ставку, принявших участие в работах в течение всего срока реализации НИР (как правило, соискателей ученой степени доктора наук) чел. 3 Э

1Ш„3 Количество аспирантов, принявших участие л работах в течение леего срока реализации НИР чел. 3 3

ПЛ.1.4 Количество стуленто н, принявших участие а работах а течение всего срока реннзютг НИР чел. 4 4 4

П-1 Доля привлеченных на реалюацмо НИР внебюджетных средств от объема средств федерального бюджета % 6 30 26

ПЛЛ.б Дом фонда оплаты трудя молодых участников НИР (нгшпдых кандидатов наук, аспирантов н студентов) в общем объеме фонда оплаты труда по НИР % 50 50 50

6. требования к патентной чистоте и патентоспособности

- Способ лазерно-плазменной обработки материалов.

- Лазерно - плазме н ная установка для обработки материалов.

- Технология лазерно-плазменной обработки материалов.

Патентные исследования должны быть проведены в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96,

7. Перечень этапов и содержание основных работ по этапам

Наименование этапов,, содержание выполняемых работ, перечень документов* разрабатываемых на этапах выполнения работы, сроки исполнения и контрактная цена приводятся в Календарном плане (приложение 2 к государственному контракту).

8. Порядок сдачи-приемки результатов НИР

3.1 Сдача н приемка выполненных работ (этапов работ) осуществляется в

порядке, установленном актами Минобриауки России.

8.2. Порядок сдачи-приемки результатов работы должен соответствовать:

- при приемке этапа НИР - требованиям подраздела 5Л ГОСТ 15.101 -98;

- при приемке НИР в целом - требованиям пунктов 5.8.1 - 5.8.6 того же стандарта*

8.3 Перечень отчетной документации, подлежащей оформлению и сдаче Исполнителем Заказчику на этапах выполнения работ, определяется актами Минобриауки России.

8.4 Отчетная научно-техническая документация должна представлять собой промежуточные и заключительный отчеты о НИР, оформленные в соответствии с ГОСТ 7 32-2001 «Система стандартов до информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления».

8.5 Отчетная документация представляется Заказчику или уполномоченной им организации на бумажном носителе в одном экземпляре и в электронном виде на оптическом носителе в одном экземпляре.

Исполнитель Заказчик

Ректор ИНЭКА Директор Департамента федеральных

целевых программ и проектов Минобриауки России

Приложение Б. Исходный код для анализа сигнала

Вспомогательные методы для работы с коллекциями в среде Mathcad.

ne:xtword(stfg, delim) :=

k <r- s earch( strg, delim, 0) return (strg "" ) if k < 0 hd substi(strg,0 ,k)

tl -i— sub sti( strg, k + sMen( delim) , strlen(strg)) (hd tl)

str2mat( strg, delim) :=

ste2mat£strg) := str2mat(strg,"") 'delim«- "," if delim =""

delim с one at( delim, delim) if strlen( delim) = 1

rowdelim sub sti( delim, 1,1)

с oldelim sub sti( delim, 0,1)

if IsString(strg)

r <r- 0

while strlen(strg)

(word strg) <r- nextword(strg,rowdelim)

r , , <r- word rows(r)

r strg otherwise

for ie0..1ast(r) j

strg <r- tiimLeadingir-i

while strlen(strg)

(word strg) nextword(strg, coldelim) A^ j <r- word on error str <r- str2num(word)

j + 1

s):= s strreplace(s,"[" ,"")

mat2stî(M)

return num2sti(M) if rows(M) = 0 s "["

for i e 0.. rows(M) - 1 for j e 0.. cols(M) - 1 s «— concati s,num2striM. ^ |," " i

s <r- concat(tiimLeadin@(s) ,",") if i < rows(lvl) - 1 concat(trimLeading(s), "]" )

put(matrix,key,value) :=

keys submatm(matiix,0,rows(matiix) - 1,0,Q) index«— on errormatch(key,keys)g

i flHHHa(keys) matrix- q «— key

matrix. , , «— value index,1

return matrix

getM axAb s cis s V alue( ordinate s,abscisses)

maxValue «— getMaxValue( ordinate s)

maxOrdinate «— get(maxValue," maxValue")

index«— get(maxValue," index")

maxAbsciss «— abscisses. , index

result«- (0)

result«— put(re suit, "maxOrdinate" ,maxOrdinate) result«— put(re suit, "maxAbsciss" ,maxAbsciss) result«— put(re suit, "index" ,index) return result

«■ , ( vector

normalize( vector) :=--100

^max(vector)

findN e are stV alue!ndexAfter( ve ctor, value, startlndex) :=

for ie startlndex.. last(vector)

return i if vector- = value l

if vector- < value < vector-+j v vector- > value > vector-+^ if l + 1 < last(vector)

return i if vector. - value < value - vector. , | l || l+l |

return i + 1 minValue min( vector)

return findNearestVdueIndexAfter( minValue,vector,startlndex) if value < minValue maxValue max(vector)

return findNearestValueIndexAfter(maxValue,vector, startlndex) if value > maxValue return -1

findN e are stValue!ndex( vector, value) := findNearestValuelndexAftetfVector,value ,0[)

findN e are stV aluelndexB efore(ve ctor, value, lastlndex) :=

for i e lastlndex.. 0

return l if vector- = value l

if vector. , < value < vector, v vector. , > value > vector, if i - 1 > 0 l-l l l-l l

return i - 1 if vector. , - value < value - vector.

| l-l || i|

return i minValue min(vector)

return findN e are stV aluelndexB efore(minV alue, vector, lastlndex) if value < minValue maxValue max(vector)

return findN e are stV aluelndexB efore(maxV alue, vector, lastlndex) if value > maxValue return -1

Исходный код для анализа данных осциллографа.

readWave(file ,firstRow,lastRow) :=

waveData READFILE

file," delimited"

1 + firstRowY 1 + lastRow }_

times submatm(w,aveData,0,row,s(w,aveData) - 1,0,0) values <r- submatfix(waveData,0,rows(VaveData) - 1,1,1) result (0)

results— put(re suit, "times" ,times) results— put(re suit, "values" ,values) return result

c onvertFromF ourieflTourierV e ctor, originalV e ctor) :=

notEnougli i— flnnHa(fourierVector) - flimHa( originalV e ctor)

( notEnough^ startLength floorl - I

results— submatri^fourierV e ctor, startLengtli,flnma( originalV e ctor) + startLength- 1,0,0) return result

frequencyFilter(vector, samplingFrequency, startFrequency, endFrequency) :•

prepared«— с onvertToFouriei( vector)

fourierTransformed fft(prepared)

for к e 0.. last^fouiierTransformed)

, samplingFrequency

frequency к--

длина! 'prepared)

filtered^ fouherTiansfomied^ if staitFrequency < frequency < endFrequency v startFrequency > frequency > endFrequency

filteied^^— 0 otherwise

fourierlnversed ifft(filtere(^

re suitс onvertFrornF ouiier(fouiierInvers e d, ve ctor)

return result

getiinergyDistribution( amplitude,frequency) :=

maxFrequencylndex <r- match(ttiax( amplitude) , amplitude) g

effectiveBound i— max(maxF re quencylndex,last( amplitude) - maiFrequencylndex) equalisedBound rnin(maxFrequencyIndex,last( amplitude) - maxFrequencylndex) for i e 0.. effectiveBound

index«— |i if i< equalize dBound

I equalize dBound + (i - equalize dBouncÇ -2 otherwise lowBound *r- тах(0, maxFrequencylndex - index) highEound min(last( amplitude) , maxFrequencylndex + index) continue if lowEound i 0 л highEound > last( amplitude)

traced"i={0}, equalizedBound={l}, effectiveEound={2}, highBound= {3}, lowBound = {4}? index={5}"

frequmcyBmd i- [fisquîncy^^ - fisqusncy^^

highBound

i amplitudej j

, e qualise dB ound, effe ctiveB ound, highB ound, lowB ound, index)

y

j = lowBound

D if highBound = lowBound - otherwise

energy <r

f energy \

\flHHHa( energy) ) result(0)

result put(resuit," energy" , energy)

result put(result,"frequencyBand" ,frequencyBand)

return result

getDurationIndexes(wave ,noiseLevel)

maxValue getMaxValue(wave) maximum get^maxValue, "maxValue") maxValuelndex i— get(maxValue," index") noise <r- noiseLevel-maximum

startlndexPositive findNearestValuelndexAfteitVave ,noise,0) startlndexNegative findNearestValuelndexAfteitVave ,-noise,0) startlndex min(startIndexPositive,startJndexNegative) endlndexPositive i— findNearestValueIndexBefore(Vave , noise, last( wave)) endlndexNegative findNearestValuelndexBefore(wave ,-noise,lastiVave)) endlndex max(endlndexPositive,endlndexNegative) result (0)

results— put(result,"startlndex" ,startlndex) results— put(result,"endlndex" ,endlndex) return result

analyseWave|filePath,fs ,amplitudeNoiseLevel,waveNoiseLevel ,ftrstRow,lastRow,startRow, endRowi :=

allWaveByTime «- readWave(fHePath,ftrstRow,lastRow)

allTime «— get( allWaveByTime /'times")

allWave «- get( allWaveByTime,11 value s11)

waveByTime «— readWave(fiLePath,startRow,endRow)

time «— get(waveByTime/times")

wave «— get(waveByTime/values")

waveDuration «— |max(time) - min(time) |

fr «— getFrequencyResponsel wave ,fgl

amplitude «— get(fr," spectrum")

frequency «— get(fr, "frequencies")

maxV alue «— getM axAb s cis sV alue( amplitude, fre quency)

maxAmplitude «— get(maxValue /maxOrdinate")

maxAmplFre q «— get(maxV alue," maxAb s cis s")

maxAmplIndex «— get(maxValue, "index")

cleanSignal «— maxAmplitude-amplitudeNoiseLevel

lowlndex «— frndN e are stValueIndexBefore( amplitude, cleanSignal ,maxAmplIndex) highlndex «— frndN e are stValue!ndexAftei( amplitude, cleanSignal ,maxAmplIndex)

- frequency, T ,

1 J lowlndex

- frequency,.

2 ^ "^""'"JliigMiidex spectrumWidth «— |max(fre quency) - min(fre quency) | ed «— getEnergyDistribution^ amplitude, fre quency) energy «— normalize(get(ed,11 energy")) fre quencyB and «— get( e d," fre quencyB and") filtere dFre quency «— - fj |

filtere dFre quencylndex «— findN e are stV aluelndex(fr e quencyB and, filtere dFre quency)

filtere dEnergy«— energy-,. 1T, T ,

^ ^fmeredFiequencylndex

filtered «— fre quencyFilteri wave ,fg,f^

maxFilteredAmplitude «— max( |max(filtered) |, |min(filtered) |)

filteredDuration «- getDurationIndexes(filtered,waveNoiseLevel)

startTime «— ^mege^f5i^eiie(jp-ura^ion jiis^artin(£ex11 j

endTime «— ^meget(f5lteIedDllrationJ,,eIui[ndex,,) effectiveDuration «— endTime - startTime result «- (0)

result «— put(result," allTime" , allTime)

result«— put(result," allWave" , allWave)

results— put(re suit, "time" ,time)

result«— put(resuit,"wave" ,wave)

result«— put(re suit, "frequency" , fre quency)

result«- put(result,"amplitude" ,amplitude)

result«— put!result, "fl" ,fj I

result«- put(result/f2"

result«— put(re suit, "cleanSignal" ,cleanSignal)

result«— put(re suit,11 fre quencyB and" , fre quencyB and)

result«— put(re suit, "energy" ,energy)

result«- put(re suit,11 filtere dFre quency11 , filtere dFre quency)

result«— put(re suit, "filtere dEnergy" , filtere dEnergy)

result«- put(resuit,"filtered" ,filtered)

result«— put(result,"maxFilteredAmplitude" ,maxFilteredAmplitude) result«- put(re suit/startTime" , startTime) result«— put(resuit,"endTime" ,endTime) result«— put(result,"maxAmplFreq" ,maxAmplFreq) result«— put(re suit, "spectrumWidth" ,spectrumWidth) result«— put(re suit, "waveDuration" , waveDuration) result«— put(re suit, "effectiveDuration" ,effectiveDuration) return result

Исходный код анализа сигнала от лазерного импульса с мощностью накачки 414 В и диаметром излучения 0.5 мм.

10

amplitudeNoiseLevel := 0.5

waveNoiseLevel := 0.2

analyse := analyse Wave' "диаметр 0.5 мм\414вольт.tat" ,fs,amplitudeNoiseLevel,waveNoiseLevel,l,1000,450,650'

allTime := get( analyse, "allTime")

allWave := get(analyse,"allWave")

1ш1ел:= get( analyse, "time")

wave^^ get( analyse, "wave")

frequency := get(analyse,"frequency")

amplitude := get( analyse, "amplitude")

fl := get(analyse,"fl")

f2 := get(analyse,"f2")

cleanSignal := get(analyse,"cleanSignal")

frequencyBand := get( analyse," fie quencyB and")

energy := get( analyse, "energy")

filteredFrequency := get( analyse, "filteredFrequency" )

maxFilteredAmplitude := get(andyse,"maxFilteredAmplitude")

filteredEnergy := get( analy s e," filteredEnergy")

filtered := get(analyse,"filtered")

startTime := get(analyse,"startTime")

endTime := get(analyse,"endTime")

maxAmplFreq := get(analyse,"maxAmplFreq")

spectrum Width := get( analyse, " spectrum Width" )

waveDuration := get( analyse, "waveDuration")

effectiveDuration := get(analyse, " effectiveDuration" )

filtere dFrequencyP ere ent :=

filtere dFre quency

■ 100 = 3.906

spectrum Width

effe ctiveDuration

effectiveDurationPercent :=

■ 100 = 54

waveDuration

Весь исходный снгнал

100

к

и, н

О

аЮТаге 0

100

■200

аПТтие Время, мкс

10

10

ц атрШисЬ £ -

к

ч к Е

с

{1 ; <2 1

|

1 -------(Аеагй^м!'

иУ /V

1x10

2x10 ЗхЮ

й^шепсу

Частота, Гц

4x10

5x10

0х-

Зависимость части энергии сигнала от ширины интервала частот

80

60

Я И

и епегр-

Ш

к 40

О

20

1x10

у

|

1 !

2x10 ЗхЮ

й^иепсуВаш!

Интервал частот, Гц

4x10

5x10

Параметры для сравнения:

Частотные параметры: amplit.udeNoiseL.evel = 0.5

7

тахАтр1Рге^= 1.016 х 10 7

spectrumWidth =5x10

1Шеге<Яр1^иеп.су = 1.953 х 10^ 1Шеге<И?1^иеп.суРе1,сегЛ = 3.906 тахРШегесЗАтрШг^е = 54.602

Энергетические параметры:

1Шеге<ЗЕпег£у = 63.137

Временные параметры: = 0.2 м^еБигайоп = 2 ейес^еБигайоп = 1.08

ейес^еБигайопРегсегЛ = 54

ширина спектра эффективная ширина спектра

длительность сигнала, мкс

эффективная длительность сигнала

Исходный код регрессионого анализа данных эксперимента.

а,

О.Зшт ■

{ 9 > { 8^

3.15 10 7.87 10

5.22 ю9 1.30 ю9

7.67 ю9 От гъгдг. 1.92 ю9

М

9.92 10 2.48 ю9