Система управления процессами лазерной термообработки деталей машиностроения на основе стабилизации рабочих режимов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Портнов, Сергей Михайлович

• Портнов, Сергей Михайлович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Портнов, Сергей Михайлович

Введение

Глава 1. Анализ влияния параметров лазерного технологического комплекса

на стабильность показателей качества термообработки

1.1. Патентно-информационный обзор по лазерной термообработке

металлов и элементам системы управления лазерных технологических

комплексов

1.2. Общие вопросы технологических процессов лазерной

термообработки

1.2.1. Свойства лазерного излучения

1.2.2. Механизмы лазерной термообработки металлов

1.3. Микроструктурные исследования обработанных заготовок

Глава 2. Методы исследования процесса лазерной термообработки металлов27

2.1. Параметры лазерного технологического комплекса, влияющие на

показатели качества лазерной термообработки

2.2. Исследование качества реза металлов

2.3. Расчет температурного поля в зоне взаимодействия лазерного

излучения с металлом

2.4. Оптимизация способа измерения степени поляризации теплового

излучения

2.4.1. Решение оптимизационной задачи по обеспечению требуемых

параметров системы измерения поляризационных характеристик

2.4.2. Измерение степени поляризации по двум замерам

41

интенсивности излучения

2.5. Сравнительная оценка расчетных и экспериментальных значений

43

параметров процесса лазерной закалки

2.5.1. Связь между показателями качества технологического

процесса и параметрами лазерного технологического комплекса

2.6. Последовательность расчета распределенного управления

1

2.6.1. Определение параметров перемещающегося лазерного

48

излучения - источника нагрева

2.7. Зависимость показателей качества сварки от параметров лазерного

технологического комплекса

2.7.1. Этапы расчета параметров технологического процесса

2.7.2. Расчет температуры зоны взаимодействия лазерного

излучения с металлами

2.8. Уравнение энергетического баланса лазерной резки в среде

кислорода

Глава 3. Анализ и синтез системы управления лазерного технологического

/Г

комплекса термообработки металлов

3.1. Разработка модели и исследование процесса лазерной резки

3.2. Формализованное описание процесса лазерной резки

3.2.1. Математическое описание подвижных источников

воздействия

3.2.2. Математическая модель теплового потока, наведенного

лазерным излучением. Особенности описания (моделирования) теплофизических процессов при резке металла лазерным излучением

3.2.3. Моделирование теплового поля на основе численной модели..

3.3. Разработка и исследование системы автоматического управления

72

лазерным технологическим комплексом

3.4. Расчет показателей качества каналов регулирования

3.4.1. Расчет показателей качества канала грубой настройки

3.4.2. Расчет показателей качества канала средней настройки

3.4.3. Расчет показателей качества канала точной настройки

3.4.4. Расчет показателей качества каналов системы

98

автоматического управления

3.4.5. Расчет устойчивости и запасов устойчивости

2

3.4.6. Определение качества регулирования

Глава 4. Анализ полученных результатов и разработка принципиально новых звеньев лазерного технологического комплекса

4.1. Элементы системы автоматического управления

4.1.1. Анализ и исследование процесса позиционирования лазерного

излучения относительно сварного шва

4.2. Разработка схемы измерения температуры зоне обработки

4.2.1. Метод выбранных точек

4.2.2. Метод средних

4.2.3. Метод наименьших квадратов

4.3. Металлографические исследования лазерного реза различных металлов

4.4. Расчет экономической эффективности технологического процесса резки металлов в среде кислорода

4.5. Система управления газолазерной резки металлов

Основные результаты работы

Список использованной литературы

Принятые обозначения

АЦП — аналого-цифровой преобразователь

ЛИ— лазерное излучение

ЛТК — лазерный технологический комплекс

МПС — микропроцессорная система

САУ — система автоматического управления

ТП — технологический процесс

ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь

ГЛР - газолазерная резка

ОКГ - оптический квантовый генератор

ЗТВ - зона термического влияния

ТО - технологическая операция

ООС - отрицательная обратная связь

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система управления процессами лазерной термообработки деталей машиностроения на основе стабилизации рабочих режимов»

Введение

На современном этапе развития машиностроительного производства повышение эффективности и качества выпускаемых изделий возможно только при комплексном внедрении прогрессивных технологий и автоматизации технологических процессов. К ним относятся и лазерная технология.

В настоящее время промышленностью выпускаются лазерные установки, направленные на выполнение различных технологических процессов. Современные требования производства по использованию лазерных технологических комплексов приводят к необходимости их специализации. Специализация комплекса зависит от типа машиностроительного производства. Для единичного и мелкосерийного производства деталей машиностроения требуется универсальный лазерный технологический комплекс, способный выполнять различные операции. К ним относятся закалка, сварка, резка и т.д. Как показывают проведенные исследования, для каждого из этих видов технологического процесса свойственна своя группа показателей качества деталей, влияние параметров лазерного технологического комплекса на данные параметры разнообразно.

Использование лазерного излучения для достижения заданных показателей качества обработки различных технологических процессов изготовления деталей требует многогранности подходов к разработке систем управления лазерным технологическим комплексом, так как вид технологического процесса определяет показатели качества обработки деталей. Для закалки показателями качества являются: глубина упрочненной зоны, микротвердость, шероховатость поверхности. Для сварки это требуемая прочность, устойчивость к нагрузкам, отсутствие непроваров, прожигов и др. Для резки требуется обеспечить минимальную шероховатость поверхности детали, ее геометрию и максимальную экономическую эффективность технологического процесса в машиностроении.

Одним из важнейших преимуществ лазерного излучения как высокоэффективного инструмента обработки металлов является возможность варьирования его параметрами в широких пределах, что определяет высокую эффективность лазерной технологии с возможностью автоматизации процесса при высокой производительности в машиностроительном производстве.

Показатели качества обработки деталей зависят как от параметров лазерного технологического комплекса, к которым относятся плотность мощности излучения, скорость перемещения лазерного луча, температура зоны обработки, так и от физико-химических свойств металлов и окружающей среды зоны взаимодействия. Обеспечение стабильности свойств обработки требует применения в технологических процессах с лазерным инструментом систем автоматического управления.

Исследованиям в области лазерной термообработки металлов и автоматизации лазерных технологических комплексов в машиностроении посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Абильсиитов Г.А., Андрияхин В.М., ВеденовА.А., Велихов Е.П., Григорьянц А.Г., ГладушГ.Г., Голубев B.C., Зуев И.В., Ильин Г.И., Кожевников Ю. В., Польский Ю.Е., Реди Дж., Рыкалин Н. Н. и др.

Проведенный анализ показывает, что создание обобщенных данных взаимосвязи показателей качества, свойств материалов, параметров лазерного технологического процесса на основе математической модели технологических процессов обработки материалов позволяет решить поставленную задачу. Для этого необходимо разработать алгоритмы управления на основе математических моделей процессов, информационно-управляющую систему для анализа динамики и расчета управляющих воздействий лазерного технологического комплекса.

Эмпирически полученные зависимости показателей качества технологических процессов от параметров лазерного технологического комплекса приближенно соответствуют практическим. Существующие

6

аналитические модели либо весьма упрощены, либо сложны и решаются с применением численных методов. Упрощение приводит к определенной погрешности в задачах формирования управляющих воздействий на исполнительные устройства. Поэтому теоретический анализ и экспериментальные исследования влияния элементов и устройств систем управления лазерным технологическим комплексом на стабильность рабочих режимов весьма актуальны.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» по теме «Разработка и исследование лазерно-плазменной установки и гибридной технологии обработки» ГК № 14.740.11.0823 от 01 декабря 2010 года.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности технологических процессов лазерной термообработки путем стабилизации рабочих режимов для получения заданных показателей качества деталей с разработкой системы автоматического управления универсальным лазерным технологическим комплексом за счет оптимизации мощности лазерного излучения.

Научная задача диссертационной работы заключается в разработке новых подходов совершенствования технологического процесса лазерной термообработки и принципов построения эффективной системы автоматического управления на основе экспериментальных и теоретических исследований влияния мощности лазерного излучения на изменение рабочих режимов.

Для достижения поставленной цели и решения научной задачи сформулированы следующие основные вопросы диссертационного исследования:

- анализ математической модели процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами на основе энергетического баланса при различных

7

параметрах технологических процессов в машиностроительном производстве;

разработка способов измерения информативных параметров из зоны термообработки и структуры системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом для повышения точности управления;

исследование эффективности предложенных алгоритмов работы системы автоматического управления технологическими процессами на базе универсального лазерного технологического комплекса и оптимизации структуры, основанной на измерении в реальном времени информативных параметров из зоны обработки для стабилизации рабочих режимов.

- анализ схемотехнического построения лазерных технологических комплексов в машиностроении;

- определение факторов, вносящих основной вклад в получение заданных показателей качества лазерной резки, сварки и закалки;

Методы исследования. Для решения поставленной задачи использованы методы математического и имитационного моделирования, теории автоматического управления, системного анализа. Экспериментальные исследования по взаимодействию лазерного излучения с металлами проводились на лазерном технологическом комплексе «Хебр 1500» с использованием методов металлографического анализа образцов. Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением пакетов прикладных программ MathCAD 14 и Excel.

Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке системы управления технологического процесса лазерной термообработки универсальным лазерным комплексом для стабилизации параметров рабочих режимов лазерной резки, сварки и закалки за счет оптимизации мощности лазерного излучения. Новыми научными результатами, выносимыми на защиту, являются:

- способ контроля технологических процессов лазерной сварки и закалки в зоне обработки на основе интерполяции полученных значений

8

температуры вне зоны обработки, что исключает влияние плазменного факела на погрешность измерения в зоне обработки и повышает воспроизводимость заданных показателей качества (05.13.06);

- метод управления технологическим процессом лазерной резки на основе измерения косвенного параметра - величины вылета плазменного факела из зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом в реальном времени, позволяющий учитывать все виды энергий зоны лазерной термообработки металлов, что повышает экономическую эффективность производства (05.13.06);

совершенствование звеньев системы автоматического управления универсальным лазерным технологическим комплексом для реализации заданного технологического процесса с формированием управляющего воздействия со стабилизацией параметров рабочих режимов, отличающаяся контуром регулирования мощностью лазерного излучения на основе измерения величины вылета плазменного факела и контуром интерполяции трех измеренных значений температуры в зоне обработки (05.13.05).

Практическая ценность работы заключается в разработке новых подходов совершенствования технологического процесса лазерной термообработки и схемотехнических основ построения лазерных технологических комплексов. Это подтверждается:

- методами измерения информативных параметров из зоны термообработки (температуры и величины вылета плазменного факела) и системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом;

- функциональными схемами систем управления лазерными комплексами для реализации заданной модели технологического процесса в условиях гибкой производственной системы машиностроительного производства;

экспериментальными данными влияния изменения мощности лазерного излучения на показатели качества лазерной термообработки

9

металлов.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты работы использованы на предприятиях ООО «ПФ Стиль-А» (г. Набережные Челны), ЗАО «НПО «Оптоойл» (г. Казань), в учебном процессе ИНЭКА и КНИТУ им. А. Н. Туполева, о чем свидетельствуют акты об использовании результатов работы.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается полнотой и обстоятельностью анализа современного состояния исследований в области разработок лазерных технологических комплексов; корректностью выбора исходных допущений и ограничений при решении оптимизационных задач; строгостью использования современного математического аппарата при формализации исследуемой задачи и ее решения; корректным применением широко применяемых и хорошо апробированных практикой и экспериментом методов технологии машиностроения; удовлетворительным совпадением экспериментальных и расчетных данных; публикацией и апробацией основных положений работы на международном, всероссийском и отраслевом уровнях.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях и симпозиумах: «Ресурсоэффективность и энергосбережение» (г. Казань 2007 г.), «Образование и наука производству» (ИНЭКА -г. Набережные Челны, 2010 г.), «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня» (г. Санкт-Петербург, 2011); всесоюзных, всероссийских конференциях и симпозиумах: «Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса» (СВГУ - г. Магадан, 2011), «Современные проблемы и перспективные направления развития авиационных комплексов и систем военного назначения, форм и способов их боевого применения» (г.Воронеж, 2011); межрегиональных научно-практических конференциях: «Студенческая наука в России на современном

10

этапе» (ИНЭКА - г. Набережные Челны, 2008 г.), «Камские чтения» (ИНЭКА -г. Набережные Челны, 2009 г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 21 научном труде, из них 3 в рецензируемых научных журналах и изданиях.

Личный вклад автора в диссертационную работу состоит в выборе и обосновании методики моделирования, разработке системы автоматического управления и проведении экспериментальных исследований, анализе, синтезе, расчете параметров и обобщении полученных данных.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и списка литературы. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 28 таблиц, список литературы включает 105 наименований.

В первой главе проведен патентно-информационный обзор по применению лазерных технологических комплексов для лазерной термообработки металлов с выявлением их особенностей и недостатков, изложены предпосылки и необходимость исследований поставленной задачи.

Во второй главе изложены основные параметры, влияющие на показатели качества технологических процессов, рассмотрены основы расчета математической модели распределения теплового поля для различных технологических процессов. Предложен метод стабилизации мощности лазерного излучения в зоне обработки за счет контроля вылета факела металла при газолазерной резке.

Третья глава посвящена разработке и исследованию системы автоматического управления для стабилизации рабочих режимов в процессе лазерной термообработки.

В четвертой главе разработаны способ измерения длины факела из зоны резки и способ контроля лазерной сварки и закалки на основе экстраполяции измеренных значений температуры в трех точках, представлены результаты лазерной термообработки металлов.

В заключении работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам диссертационной работы. Поставленная цель - разработка универсального лазерного технологического комплекса с высокой эффективностью технологических процессов термообработки и получением заданных показателей качества - достигнута за счет оптимизации мощности лазерного излучения со стабилизацией рабочих режимов и внедрения разработанной структурной схемы САУ универсального ЛТК с оптимизацией показателей качества термообработки.

пава 1. Анализ влияния параметров лазерного технологического комплекса на стабильность показателей качества термообработки

В настоящее время промышленностью выпускаются лазерные установки, направленные на выполнение различных технологических процессов (ТП). Однако современные требования производства по использованию лазерных технологических комплексов (ЛТК) приводят к их специализации. Специализация ЛТК зависит от типа производства. Для единичного и мелкосерийного производств требуется универсальный ЛТК, способный выполнять различные ТП. К ним относятся закалка, сварка, резка и т.д. Для крупносерийного производства состав звеньев ЛТК направлен на выполнение единственного ТП. Это объясняется тем, что для каждого ТП существуют свои показатели качества, за которые ответственны различные параметры ЛТК. Проведенные исследования по взаимодействию лазерного излучения (ЛИ) с металлами показали, что изменение плотности мощности излучения влияет на характер физико-химических процессов происходящих в зоне взаимодействия. При выполнении закалки без оплавления основным критерием оценки качества системы автоматического управления (САУ) ЛТК является значение и стабильность плотности мощности излучения. Поэтому при разработке САУ ЛТК основным параметром подлежащим стабилизации является температура зоны взаимодействия. Процесс измерения температуры зоны является достаточно сложным и требует применение пирометров со спектрально поляризационной фильтрацией теплового излучения из зоны взаимодействия. Как известно, основными показателями качества ТП закалки является микротвердость, глубина, шероховатость, химический состав и однородность микроструктуры [1]. В зависимости от условий работы детали основным показателем качества может выступать как микротвердость, так и глубина или шероховатость. В случае работы детали на истирание основным показателем

качества является микротвердость. Микротвердость закаленного слоя зависит от скорости нагрева, времени выдержки при температуре закалки для растворения углерода в структуре железа, температуры зоны обработки и скорости охлаждения. Скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения в основном зависят от мощности ЛИ и габаритно-весовых характеристик детали, которые заданы, а стабилизация мощности ЛИ осуществляется за счет введения местной отрицательной обратной связи. Следовательно, основной задачей является разработка структурной схемы САУ ЛТК с отрицательной обратной связью по информативным параметрам зоны лазерной термообработки. Для этого необходимо разработать способ измерения температуры зоны обработки со спектральной поляризационной фильтрацией теплового излучения из зоны взаимодействия ЛИ с металлом.

Для сварки показателями качества являются точность позиционирования ЛИ относительно стыка, отсутствие непроваров, раковин, прожигов, ширина сварного шва и его шероховатость [2].

Для резки металлов показателями качества являются ширина реза, оптимальность перемещения ЛИ по заготовке, мощность ЛИ, которые определяют экономическую эффективность производства [3]. Оптимальность раскроя обеспечивается программно, а оптимальное значение мощности ЛИ можно определить за счет измерения длины вылета факела из зоны реза. Для этого требуется оптико-электронное устройство, определяющее данный параметр.

Все вышесказанное приводит к необходимости учета условий эксплуатации ЛТК. Отсюда следует, что для построения САУ ЛТК, удовлетворяющей всем поставленным требованиям, необходимыми аппаратными звеньями являются оптический квантовый генератор (ОКГ), который выбирается исходя из необходимой мощности ЛИ, длинны волны, а также активной среды. По характеристикам выбранного ОКГ выбирают источник энергии для накачки активной среды и разрабатывают систему

управления по определенному информативному параметру. Для передачи и фокусировки ЛИ в зоне обработки необходима оптическая система с приводом ^ подачи. Координатный стол, на котором крепится обрабатываемая деталь, имеет два привода перемещения с датчиками обратной связи. Для управления служит контроллер на базе микропроцессорной системы. Перечисленный выше набор звеньев является универсальным для всех ТП лазерной обработки [4]. 1.1. Патентно-информационный обзор по лазерной термообработке металлов и элементам системы управления * лазерных технологических комплексов

При разработке специализированных ЛТК для лазерной термообработки основной задачей является обеспечение высококачественной обработки заготовок. Один из способов [5] включает устройство для контроля лазерных технологических процессов, которое содержит лазер со сканирующей и фокусирующей системой, узкополосный диодный лазер, двухканальный 4 оптический пирометр, работающий в области от 1,1 до 2,5 мкм, и две видеокамеры. Одна видеокамера регистрирует изображение области обработки в спектральной области длин волн от 400 до 950 нм. Дополнительная видеокамера регистрирует изображение области обработки либо на длине волны лазера, либо на длине волны узкополосного диодного лазера. В результате достигается расширение функциональных возможностей. 4 Известен способ [6] отслеживания кромок перед лазерной сваркой и/или

контроля кромок и соответственно контроля сварного шва после сварки при сварном соединении листов вдоль общей кромки, причем свет проецируют на листы в форме нескольких линий (отличающиеся друг от друга световой интенсивностью), проходящих поперек через кромку, и оценивают изображение линий, зарегистрированное камерой.

В работе [7] рассматривается устройство для контактной лазерной обработки, которое содержит оптическую лазерную головку, щуп, датчик смещения. Датчик выполнен в виде источника цифровых сигналов, имеющего

две подпружиненные относительно друг друга дискретные пластины. Щуп имеет регулируемый по высоте шток, посредством которого он связан с одной из пластин. Одна пластина подпружинена установленными на штоке пружинами обратного действия, а другая пластина подпружинена установленным на головке ходовым винтом. Конструкция устройства позволяет достигнуть повышения точности и производительности обработки заготовки за счет непрерывного измерения расстояния между фокусной точкой оптической головки лазера и обрабатываемой поверхностью, а также преобразование формы сигнала из аналоговой в цифровую.

Для формирования требуемой поверхности обрабатываемого материала используют способ [8] лазерной технологической обработки материалов заготовки, заключающийся в том, что направленный пучок лазерного излучения, который фокусируют внутри объема материала на расстоянии, обеспечивающем приповерхностное разрушение заготовки со стороны ее задней поверхности, и перемещают фокус пучка лазерного излучения внутри объема заготовки по направлению к ее передней стенке

Обнаружение дефектов сварного шва за счет контроля высоты сварного шва осуществляют регистрацией дефектов сварного стыкового соединения при глубокой сварке лазерным лучем. Высоту сварного шва считывают механической шпилькой, или оптическим дальномером, или акустическим дальномером. Расположенное над сварным швом считывающее устройство оснащено средством для непрерывного перемещения вдоль шва и оборудовано как дистанционное средство для измерения расстояния до поверхности сварного шва [9].

При лазерной закалке материала используют устройство [10] управления, содержащее источник лазерного излучения, приемник инфракрасного излучения с светофильтром на входе и усилителем электрических сигналов на выходе, связанный с микропроцессором, контроллер исполнительных механизмов, первый выход которого подключен к блоку питания, связанному с

источником лазерного излучения, а вход - к первому выходу микропроцессора, и панель управления оператора, связанную первой двухсторонней связью с контроллером исполнительных механизмов, отличающееся тем, что приемник инфракрасного излучения выполнен в виде многоэлементного линейного фотоприемника для измерения поверхностного распределения температуры по линии визирования, расположенной на поверхности материала за точкой воздействия лазерного луча по направлению перемещения и перпендикулярно траектории обработки, и установлен на оптической головке, оптически связанной с источником лазерного излучения, с возможностью линейного перемещения вдоль траектории обработки материала при помощи привода линейного перемещения, вход которого связан через фильтр высоких частот с вторым выходом микропроцессора, причем устройство дополнительно снабжено приводом продольного перемещения материала, вход которого подключен к второму выходу контроллера исполнительных механизмов, при этом панель управления оператора связана второй двухсторонней связью с микропроцессором.

Сварка, резка и другие виды термической обработки может быть осуществлено устройством [11], содержащим источник лазерного излучения и источник предварительного подогрева. В излучающем фокусе эллипсоидного отражателя установлены электроды. Световод соединен одним концом с источником лазерного излучения, а другим - с фокусирующей оптической системой. Отражатель может иметь кольцевую вставку с входным отверстием для прохождения лазерного луча. Фокусирующая оптическая система может быть размещена в отверстии вставки. Вставка может быть с эллипсоидной или параболоидной отражающей поверхностью. Фокусирующая оптическая система может быть расположена у торца отражателя за апертурным углом.

1.2. Общие вопросы технологических процессов лазерной термообработки

Мощные ЛТК все чаще применяются для различных ТО, таких как закалка, сварка, резка и т.д. материала, где необходимо получать изделия сложных конфигураций.

Суммируя преимущества лазерных методов термообработки, можно указать следующие [12]:

1) Высокая производительность процессов лазерной термообработки.

2) Обеспечение заданных качеств обработанных заготовок.

3) Программное управление процессами термообработки.

4) Высокая степень фокусировки луча, обеспечивающая локальность нагрева и минимальную зону термического влияния.

5) Автоматизация процесса на высоком уровне.

6) Возможность обработки по сложному контуру в двух или даже трех измерениях.

7) Многопозиционная обработка.

В то же время применение ЛИ для обработки материалов нельзя считать универсальным средством. В частности большие энергетические затраты при ТП лазерной термообработки [13].

1.2.1. Свойства лазерного излучения

Энергетические характеристики лазерного излучения. Основной энергетической характеристикой лазерного излучения является его мощность Р [14]. Для лазеров, работающих в импульсном и импульсно-периодическом режимах генерации, к таким характеристикам относятся энергия лазерного импульса Жи, его длительность ти, частота следования этих импульсов /я, а также средняя Рср и импульсная мощности излучения, определяемые как:

Рср=^и/и, (1.1)

Ри=^и/ти. (1.2)

Технологические процессы часто характеризуют плотностью мощности или плотностью энергии, т. е. мощностью или энергией, приходящейся на единицу поверхности в пятне нагрева,

Е = Р/Р, (1.3)

ЕИ=ЖИ/Р. (1.4)

Важной энергетической характеристикой также является КПД лазера. Общий энергетический КПД лазера определяют как отношение мощности или энергии излучения (в случае импульсного режима работы) к потребляемой для генерации электрической мощности (или энергии).

Монохроматичность лазерного излучения. Она характеризует свойство лазеров излучать в узком диапазоне длин волн. Ширина спектра излучения лазера зависит от числа линий, на которых происходит генерация.

При проведении технологических процессов монохроматичность лазерного излучения имеет важное значение. Так, отсутствие хроматических аббераций при фокусировке позволяет получить малый диаметр пятна излучения в зоне обработки. Кроме того, важное значение это свойство имеет при использовании технологий, основанных на селективности воздействия лазерного излучения на определенные компоненты обрабатываемого материала.

Когерентность лазерного излучения. Очень важным свойством излучения квантового генератора является его когерентность. Под когерентностью понимают согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. При этом волны имеют одинаковый период и неизменный сдвиг фаз колебаний в каждой точке. В случае когда излучение лазера когерентно, связанные с ним колебания электромагнитного поля имеют постоянный во времени сдвиг фазы для двух произвольных точек. Необходимо разделять временную и пространственную когерентность. Первая имеет место при наличии разности оптического пути лазерных лучей,

а вторая — при рассмотрении фазовых свойств излучения из разных, разнесенных точек поперечного сечения пучка.

Поскольку лазерное излучение генерируется вследствие согласованного вынужденного излучения света во всем объеме активной среды, пространственная когерентность света на выходе из резонатора лазера сохраняется в пределах всего поперечного сечения пучка.

В результате пространственно-временной когерентности лазерные источники имеют низкую расходимость, что позволяет не только передавать энергию излучения на значительные расстояния с минимальным рассеянием, но и фокусировать луч в пятно малого диаметра, что имеет большое значение при проведении технологического процесса. Кроме того, взаимодействие когерентного лазерного излучения с поверхностью может сопровождаться образованием поверхностных электромагнитных волн, которые можно использовать для создания периодических поверхностных структур. Это свойство также используют при создании многолучевых или многоканальных лазерных систем, представляющих собой набор большого числа пространственно-разнесенных лазеров, параллельные пучки которых с помощью фокусирующей системы собираются на обрабатываемом изделии в одно пятно. Если излучение на выходе всех лазеров когерентно и относительный сдвиг фаз равен нулю, то при сведении пучков вместе можно получить максимальную интенсивность, а следовательно, достичь высоких технологических показателей работы лазера.

Поляризация лазерного излучения. Она характеризует ориентацию вектора электрического поля в электромагнитной волне [15]. Если в каждой точке светового пучка вектор электрического поля Е колеблется вдоль одной линии в плоскости,

Рисунок 1.1. Линейная (а) и круговая (б) поляризация световой волны перпендикулярной направлению распространения волны, то имеет место линейная (плоская) поляризация (рисунок 1.1, а). При сложении двух пучков линейно-поляризованного света с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации в случае фиксированного сдвига фаз возникает свет с эллиптической поляризацией. Если амплитуды обеих поляризационных составляющих равны, а разность фаз составляет ж¡2 или Зя72, поляризация называется круговой (рисунок 1.1, б). Другими словами, в случае круговой или эллиптической поляризации концы векторов Е и Н описывают окружности или эллипсы в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны,

и и гп

с частотой, равной частоте электромагнитного поля. Если свет не поляризован,

то вектор мгновенного электрического поля в любой фиксированной точке

может хаотически принимать любую ориентацию в плоскости,

перпендикулярной направлению распространения волны.

Поляризация лазерного излучения может оказывать существенное

влияние на эффективность проведения технологических процессов. От нее

зависит коэффициент поглощения обрабатываемой поверхности. Лазерные

пучки с различными направлениями поляризации имеют различные

коэффициенты поглощения в широком диапазоне углов падения излучения.

Поляризацию излучения необходимо выбирать с учетом особенностей

конкретной технологии. Например, при лазерной резке толстых металлических

материалов излучение попадает в глубь прорезаемого образца после

многократного отражения излучения от боковой поверхности щели. Излучение

21

с ориентацией электрического поля вдоль направления реза при отражении от боковой поверхности щели поглощается в меньшей степени и достигает дна с меньшими потерями, что приводит к увеличению предельной глубины реза. Однако такая поляризация будет оптимальной только в случае выполнения резки в заданном направлении. При вырезании сложных фигур излучение должно иметь круговую поляризацию, так как именно это позволит обеспечить одинаковую ширину и глубину реза в разных направлениях.

1.2.2. Механизмы лазерной термообработки металлов

Механизмы лазерной термообработки основаны на закономерностях протекания таких процессов и явлений, как поглощение излучения поверхностью, нагрев, плавление, эрозия, образование зон термического влияния, изменение напряженно-деформированного состояния, диффузия в условиях тепловых воздействий на материал и т. п. [16].

При описании процесса воздействия лазерного излучения на металлы целесообразно выделять четыре стадии (рисунок 1.2):

I. Нагревание без изменения фазового состояния;

II. Плавление и испарение. Эта стадия характеризуется объемным расширением зоны взаимодействия, вследствие достижения температуры плавления, а также равенством сил поверхностного натяжения силам внутреннего давления нагреваемого объема [17].

III. Ионизация испаряемого вещества и образование плазмы, на этой стадии происходит выброс части металла из зоны взаимодействия за счет того, что силы внутреннего давления превышают силы поверхностного натяжения.

IV. Удаление расплавленного металла за счет давления вспомогательного газа.

I II III IV

Рисунок 1.2. Процесс лазерной термообработки металла лазерным

излучением

При начальном взаимодействии ЛИ с поверхностью металла эффективность полезного использования энергии лазерного луча зависит от соотношения отраженного и поглощенного излучения. Отраженная часть, как правило, безвозвратно теряется, другая часть практически полностью

/г 7

поглощается электронами в приповерхностном слое толщиной 10 -НО м. Вследствие этого электронная температура Те резко повышается, а температура кристаллической решетки Ткрр остается незначительной. Со временем интенсивность передачи энергии свободных электронов кристаллической решетки повышается. Начиная со времени релаксации (тр =10"9 -ПО-11 с)

разность температур {Те -Ткрр) становится минимальной и тепловые процессы в металле можно охарактеризовать общей температурой. Дальнейший нагрев металла протекает по физическим закономерностям, присущим традиционным способам теплового воздействия на металлы. Это дает основание рассматривать распространение теплоты в металлах при лазерной термообработке с использованием теории теплопроводности. Процессы распространения теплоты зависят от интенсивности теплового воздействия и в значительной степени от теплофизических свойств материала. Комплексной характеристикой теплофизических свойств металла является коэффициент температуропроводности, который в целом характеризует скорость выравнивания температуры при нестационарной теплопроводности. Этот

коэффициент определяет, с какой скоростью в металле происходит передача энергии [21].

На участке воздействия ЛИ металл нагревается до первоначальной температуры разрушения - плавления. При дальнейшем поглощении ЛИ металл расплавляется, и от участка воздействия излучения в объем материала начинает перемещаться фазовая граница плавления. Наряду с этим под энергетическим воздействием ЛИ происходит последующее повышение температуры, приводящее к кипению материала, когда имеет место интенсивное испарение. При этом зависимость скорости испарения от температуры имеет экспоненциальный характер; максимального значения она достигает при стационарной температуре испарения, когда скорости фазовых границ плавления и испарения одинаковы.

Значительное влияние на интенсивность процессов нагрева и разрушения оказывает поглощательная способность металлов, зависящая от температуры поверхности, длины волны, поляризации и угла падения излучения на обрабатываемую поверхность. Поглощенная энергия ЛИ зависит от параметров

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Портнов, Сергей Михайлович

Основные результаты работы

Основным результатом диссертационной работы является решение научной задачи, имеющей важное хозяйственное значение, которая заключается в разработке подходов формирования технологического процесса лазерной термообработки и принципов построения эффективной системы автоматического управления универсальным ЛТК на основе экспериментальных и теоретических исследований влияния мощности лазерного излучения на изменение режимов термообработки.

При проведении исследований по тематике диссертации получены следующие научные и практические результаты:

1. Проведен анализ современного состояния ТП лазерной термообработки, основ построения ЛТК и разработана методика определения факторов, вносящих основной вклад в получение заданных показателей качества различных ТП, выявлены зависимости ПК ТП от параметров звеньев ЛТК в машиностроении.

2. Разработаны алгоритмы оптимизации выбора параметров звеньев ЛТК для выполнения заданного ТП с требуемыми ПК и управления мощностью ЛИ на основе энергетического баланса при различных параметрах комплекса в машиностроительном производстве, что позволяет повысить качество САУ ЛТК.

3. Разработан способ стабилизации и измерения величины факела при резке из зоны воздействия ЛИ на металл с формированием управляющего воздействия по мощности ЛИ. Экспериментальные и расчетные данные по лазерной кислородной резке металлов со снижением мощности лазерного излучения в процессе газолазерной резки приводит к повышению экономической эффективности порядка 30% без изменения глубины реза и незначительного повышения шероховатости поверхности среза.

4. Способ контроля ТП лазерной сварки и закалки в зоне обработки, разработанный на основе интерполяции полученных значений температуры вне

132 зоны обработки, исключает влияние плазменного факела на погрешность измерения в зоне обработки и повышает воспроизводимость требуемых показателей качества изделий машиностроения.

5. Разработана и исследована структурная схема САУ универсальным ЛТК для резки, сварки и закалки для реализации заданной модели ТП и формированием управляющего воздействия за счет введения обратных связей по параметрам, измеряемым в реальном времени, в условиях гибкой производственной системы машиностроительного производства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Портнов, Сергей Михайлович, 2012 год

Список использованной литературы

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

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

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

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

5. Пат. 2371704 РФ, (КИЪШ/бЗ, В23К26/02. Устройство для контроля лазерных технологических процессов.

6. Пат. 97112635 РФ, В23К9/127, ООШ21/86, В23К26/02. Способ для отслеживания кромок перед сваркой и контроля кромок (варианты) и аппарат для его осуществления (варианты).

7. Пат. 2266802 РФ, В23К26/02. Устройство для контактной лазерной обработки.

8. Пат. 97109218 РФ, В23К26/02, В23К26/18. Способ лазерной технологической обработки материалов.

9. Пат. 2194601 РФ, В23К26/02. Способ контроля сварного шва.

Ю.Пат. 110669 РФ, В23К26/02. Устройство управления процессом лазерной закалки материала.

11.Пат. 2135338 РФ, В23К26/02, В23К28/02. Устройство для лазерной обработки материалов.

12.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.

13.Андрияхин В.М. Процессы лазерной сварки и термообработки. — М.:

134

Наука, 1988.

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

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

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

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

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

19.Ерофеев A.A. Теория автоматического управления. СПб.: Политехника, 2001.

20. Бабаков H.A., Воронов A.A., Воронова A.A. и др.; Под ред. А.А.Воронова. «Теория автоматического управления»: Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». В 2-хч. /. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Высш. шк., 1986. - 367 е., ил.

21. Лазерная и элекгро-лучевая обработка материалов: Справочник./НН. Рыкалин, A.A. Углов, ИВ. Зуев, А.Н. Кокора -М.: Машиностроение, 1985.496 с.

22. Завестовская И.Н., Игошин В.И., Шишковский И.В. «Расчет характеристик упрочненного слоя в модели лазерной закалки сталей» // Квантовая электроника, №16, №8,1989, с.1636-1642.

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

24.Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т 1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г.А. Абильситов, B.C. Голубев, В.Г.

135

Гонтарь и др.; Под общ. ред. Г.А. Абильситова. — М.: Машиностроение, 1991.

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

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

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

28.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.

29.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.

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

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

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

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

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

35. Суровцев А. П., Яровой В. В., Суханов В. Е. К вопросу о кинетики превращения в низкоуглеродистых сталях. // МиТОМ. 1986. №2. С. 20-22.

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

37. 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.

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

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

40. A.c. 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)

41. 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.

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

43. 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.

44. Капустин Н. М. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении. М., Машиностроение, 1985

45. Пеньковский А.И. Изменения поляризационных характеристик света при отражении от границы двух изотропных сред. Оптико-механическая промышленность, 1986, №5.

46. Порьфирьев Л.Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем: Учебное пособие для приборостроительных вузов. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1980.-272 е., ил.

47. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000.

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

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

50. Самарский A.A. Введение в численные методы. М.: Наука, 1982. -

272с.

51. Фарлоу С. Уравнение с частными производными для научных работников и инженеров. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. - 384 е., ил.

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

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

54. В. В. Звездин, А. В. Хамадеев, Р. С. Файрузов, И. X. Исрафилов, С. М. Портнов. Энергосбережение при проведении научно-исследовательских работ

138

методом моделирования на примере высокоэнергетических процессов // Ресурсоэффективность и энергосбережение. Труды VI Международного симпозиума. — Казань, 2007. — С.54-55.

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

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

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

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

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

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

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

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

63. Сом А. И. Лазер + плазма: поиск новых возможностей в наплавке/ А. И. Сом, И. В. Кривцун // Автоматическая сварка, 2000.— № 12. — С. 36-41.

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

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

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

67. A.c. 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)

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

69. 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.

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

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

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

73.Соколов С.Н., Клепиков Н.П. Геометрический прием оптимального размещения измерений. - «Теория вероятностей ее применения», 1963, т.8, вып. 2.

74.Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М., «Наука», 1971.

75.Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

Уб.Лубочкин В.А., Сурков Г.А., Яшкевич Г.М., Яковлев Г.М. «Определение временно-энергетических параметров термообработки сталей лучом непрерывного лазера» // Изв. АН СССР. Сер.физическая 1983, т.47, №8, с.1468-1478.

77.Андрияхин В.М., Майоров B.C., Якунин В.П. Расчет поверхностной закалки железоуглеродистых сплавов с помощью технологических лазеров непрерывного действия.-Поверхность, 1983,№6, с. 140-147.

78.Козлова Е.Е. Численное моделирование тепловых процессов при лазерной закалке деталей / АН БССР. Ин-т математики. - Минск, 1990.

79.3енкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. Пер. с нем. М.: Мир, 1986.-318 е., ил.

80.Бутковский А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами (справочное пособие). - М.: Наука, 1979. - 224 с.

81.Половко A.M., Бутусов П.Н.. Интерполяция. Методы и компьютерные технологии их реализации. - СПб.: БХВ-Петербург. 2004. - 320 е.: ил.

82.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.

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

84.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.

85.Портнов С.М. Поляризация теплового излучения как информативный параметр процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами /

B.B. Звездин, A.B. Хамадеев, C.M. Портнов, Р.Ф. Зарипов // Вестник КГТУ им. Туполева, 2008. - № 3. - С.88-91.

86.Портнов С.М. Исследование процесса влияния изменения мощности при газолазерной резке металлов / В.А. Песошин, В.В. Звездин, С.М. Портнов, P.A. Кисаев, И.Н. Кузнецов // Вестник КГТУ им. Туполева, 2010. - № 2. - С.43-46.

87.Портнов С.М. Система управление процессом термообработки концентрированными потоками энергии поверхности деталей / Портнов С.М., Р.Р. Саубанов, P.A. Кисаев, И.Н. Кузнецов, И.Х Исрафилов, В.В. Звездин,

A.И. Нугуманова // Глобальный научный потенциал - научно-практический журнал №8. -СПБ, 2011. - С.95-100.

88.Портнов С.М. Анализ и исследование процесса позиционирования лазерного излучения относительно сварного шва/ В.В. Звездин, A.B. Хамадеев,

C.М. Портнов, Г.С. Сафонов, Р.Г. Загиров // Образование и наука Закамья Татарстана: электронное периодическое издание. Вып. 11. - Наб. Челны: ИНЭКА, 2008. - (www.nauctat.ru).

89.Портнов С.М. Исследование процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами на основе поляризации теплового излучения /

B.В. Звездин, A.B. Хамадеев, С.М. Портнов, И.Н. Кузнецов, P.A. Кисаев // Образование и наука Закамья Татарстана: электронное периодическое издание. Вып. 11. - Наб. Челны: ИНЭКА, 2008. - (www.nauctat.ru).

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

91.Портнов С.М. Исследование температурных режимов лазерной сварки / В.В. Звездин, A.B. Хамадеев, С.М. Портнов // Межрегиональная научно-практическая конференция «Студенческая наука в России на современном

этапе»: сборник докладов. - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. - С. 168-170.

92.Портнов С.М. Исследование процесса лазерной сварки молибдена и стали 45 / В.В. Звездин, A.B. Хамадеев, С.М. Портнов // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2008. - № 4. -(www.sets.ru).

93.Портнов С.М. Зависимость показателей качества сварки от параметров лазерного технологического комплекса / В.В. Звездин, A.B. Хамадеев, С.М. Портнов, Д.А. Башмаков // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2008. - № 4. - (www.sets.ru).

94.Портнов С.М. Сравнительная оценка расчетных и экспериментальных значений параметров процесса лазерной закалки / В.В. Звездин, С.М. Портнов А.Т. Мулюков, P.A. Кисаев // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. Сборник. Вып.№12 - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2008. - С.95-100.

95.Портнов С. М. Исследование процесса влияния мощности лазерного излучения на изменение структуры стали 30X13 / В.В. Звездин, С.М. Портнов // I Межрегиональной научно-практической конференции «Камские чтения», 2009.-С. 123-125.

96.Портнов С.М. Оптимизация процесса резки листовых материалов на базе лазерного технологического комплекса / С.М. Портнов, Д.Д. Дарзиев // Сборник работ победителей конкурса студентов вузов по направлениям: лазерные и плазменные технологии, квантовая и атомная оптика, нанофотоника. Под ред. А.Г. Григорьянца, И.Х. Исрафилова. - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2009. - С 333-337.

97.Портнов С.М. Об энергетическом балансе при газолазерной резке металлов / В.В. Звездин, А.И. Нугуманова, И.Н. Кузнецов, P.A. Кисаев // «Образование и наука - производству» международная научно-техническая и

143

образовательная конференция. (2010; Набережные Челны). В 2-х ч. Часть 1, книга 3. Набережные Челны: Изд-во Камской госуд. инж.-экон. акад., 2010. С. 102-103.

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

99.Портнов С.М. Экономическая эффективность при лазерной

U I

кислородной резке с уменьшением мощности лазерного излучения / С.М. Портнов, P.A. Кисаев, И.Н. Кузнецов // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2010. № 3. - (www.sets.ruX

100. Портнов С.М. Оптимизация режимов лазерной резки металлов в среде кислорода / С.М. Портнов, P.A. Кисаев, И.Н. Кузнецов // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2010. № 3. - (www.sets.ru).

101. Портнов С.М. Синтез и анализ системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом / В.В. Звездин, С.М. Портнов, P.A. Кисаев, И.Н. Кузнецов // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. сборник. Вып.№15 - Наб. Челны: Изд-во ИНЭКА, 2010.-С. 39-45.

102. Портнов С.М. Сварка разнородных металлов высококонцентрированными потоками энергии в автомобилестроении / Р.Р. Саубанов, P.M. Алеев, В.В. Звездин, С.М. Портнов // Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса: материалы I Всерос.науч.-практ. (заочной) конф. с междунар. участием / под общ. ред. И.А. Якубович. -Магадан: Изд-во СВГУ, 2011. - С 85-89.

103. Портнов С.М. Способ наноструктурной модификации поверхностного слоя деталей концентрированными потоками энергии / И.Х. Исрафилов,В.В. Звездин, P.P. Саубанов, С.М. Портнов, P.P. Рахимов. // «Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано-до макроуровня» материалы 13-й международной научно-практ. конференции., Раздел 3- Санкт-Петербург: Изд. Политехнического университета, 2011. - С 389-394.

104. Портнов С.М. Автоматизация процесса измерения температуры в зоне лазерной резки заготовок в машиностроении / В.В. Звездин, В.В. Заморский, С.М. Портнов, P.P. Саубанов, И.Н. Кузнецов, P.A. Кисаев // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2011. № 1. (www.sets.ru).

105. Портнов С.М. Автоматизация процесса обработки заготовок листового проката с учетом граничных условий распределения температурного поля в машиностроении / P.A. Кисаев, И.Н. Кузнецов, С.М. Портнов, В.В. Звездин, В.В. Заморский // Информационные и социально-экономические аспекты создания современных технологий: Онлайновый электронный научно-технический журнал, 2011. № 1. (www.sets.ru).