Совершенствование системы управления лазерного технологического комплекса по критериям качества сварки

• Автор: Валиахметов, Равиль Рафкатович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Набережные Челны
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Исследование зависимостей параметров лазерных технологических процессов от внешних факторов

1.1. Особенности применения лазерных технологических комплексов

1.2. Патентноинформационный обзор по системам автоматического управления параметрами лазерных технологических комплексов
1.3. Экспериментальные металлографические исследования образцов, обработанных лазерным излучением

1.3.1. Технологический процесс лазерной закалки

1.3.2. Технологический процесс лазерной сварки

1.3.3. Технологический процесс лазерной резки.

1.4. Обработка результатов исследований

1.4.1. Статистическая обработка экспериментальных данных

1.4.2. Аппроксимация экспериментальных зависимостей показателей качества технологического процесса закалки от параметров лазерного технологического комплекса
1.5. Расчет коэффициентов аппроксимирующего уравнения
1.5.1. Расчет коэффициентов регрессии для аналитических зависимостей технологических параметров от показателей качества
1.5.2. Погрешность аппроксимации
1.6. Выводы
Глава 2. Разработка математической модели САУ ЛТК
2.1. Связь показателей качества технологического процесса с параметрами лазерного технологического комплекса
2.2. Влияние оптического резонатора на модовый состав лазерного излучения
2.2.1. Расчет температурного поля зоны взаимодействия ЛИ с металлом.
2.3. Математические модели звеньев САУ ЛТК
2.3.1. Звенья ЛТК
2.3.2. Звенья системы автоматического управления
2.4. Выводы
Глава 3. Синтез и анализ САУ ЛТК сварки
3.1. Требования, предъявляемые к сварным соединениям
3.2. Решение оптимизационной задачи методом вершин
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Общий подход метода оптимизации
3.2.3. Принцип решения задач оптимизации простым методом вершин
3.2.4. Описание метода оптимизации для САУ ЛТК
3.3. Метод эквивалентной линеаризации
3.4. Синтез структуры САУ
3.5. Анализ контуров САУ ЛТК сварки
3.5.1 Контур управления температурой в зоне обработки
3.5.2 Контур управления точным положением пятна лазерного
излучения
3.5.3 Контур управления поворотом фотоприемника
3.5.4 Контур управления поворотом фотоприемника относительно оптической системы
3.6. Вывод
Глава 4. Повышение точностных характеристик отдельных звеньев.
4.1. Разработка метода определения положения пятна лазерного излучения относительно сварного шва.
4.2. Система определения положения и угла наклона касательной с помощью 4х квадрантного ФП
4.3. Метод послойного формирования сварного шва
4.4. Способ контроля температуры зоны взаимодействия лазерного излучения с металлами
4.5. Привод управления положением лазерного излучения на поверхности
Заключение
Основные результаты и выводы
Список литературы


Разработанная методика предназначена для расчета опорных точек спряжений траектории сварного шва с формированием его поверхности по эквидистанте. Решение задачи по контролю температуры металла в зоне сварки обеспечивается совокупностью методов спектрального и поляризационного анализа теплового излучения. Для этого оптическую систему спектрального пирометра совмещают с оптической системой ЛТК с целью непрерывного замера излучения плазменного факела в процессе обработки. В заключении работы приведена общая характеристика работы и основные выводы по ее результатам. Показано, что результатом исследований взаимосвязи между параметрами отдельных звеньев ЛТК с показателями качества ТП, является многообразие оптимальных критериев оценки эффективности САУ ЛТК, зависящих от типа ТП и требований к показателям качества готовой продукции. Повышение эффективности САУ ЛТК является следствием решения оптимизационной задачи по выбору параметров звеньев. На основе исследований моделей процесса взаимодействия лазерного излучения с металлом выявлены зависимости показателей качества технологического процесса от параметров звеньев лазерного технологического комплекса. Разработаны алгоритмы оптимизации выбора параметров звеньев лазерного технологического комплекса для выполнения заданного технологического процесса с требуемыми показателями качества. Разработан алгоритм управления положением фокуса оптической системы наведения лазерного излучения относительно сварного шва на основе способа контроля кромок свариваемых деталей, повышающий качество системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом. Разработан способ снижения механических напряжений в месте сварки за счет формирования поверхности сварного шва по эквидистанте с последующим отпуском. Разработан метод измерения температуры в зоне взаимодействия лазерного излучения с металлом за счет спектрального анализа атомарного излучения с поляризационной фильтрацией, повышающий точностные характеристики системы автоматического управления. Проведен синтез и анализ структуры системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом сварки деталей сложной геометрической формы за счет управления положением фокуса пятна лазерного излучения на поверхности, отвечающей требованиям технологического процесса. Исследована эффективность предложенных методов и алгоритмов, работающих в составе системы автоматического управления технологическим процессом лазерной сварки на основе информативного параметра из зоны обработки, измеряемого в реальном времени. Глава 1. В настоящее время лазерные технологические комплексы ЛТК находят применение в таких областях как сварка, резка, прошивка отверстий, наплавка, закалка, но при этом существуют проблемы связанные с объединением всех этих операций в едином технологическом цикле. Предпосылками к этому служат, различные процессы, протекающие в зоне взаимодействия лазерного излучения с поверхностью металла в зависимости от плотности мощности. Для сварки и наплавки достаточно расплавления металла без кипения для обеспечения качества полученной зоны, в то время как для резки и прошивки отверстий характерно испарение и выброс расплава. В процессе закалки необходим разогрев поверхностной зоны металла для получения структуры с более плотной упаковкой кристалла, и как следствие увеличение твердости этой зоны. Соответственно для данных технологических процессов ТП необходимо слежение за температурой в зоне обработки и ее регулирование за счет регулирования подачи питающего напряжения на блок питания оптического лазерного генератора и скоростью перемещения пятна фокуса лазерного излучения ЛИ по поверхности . Еще одним из основополагающих отличий является определение положения пятна ЛИ относительно кромок свариваемых деталей, что особо актуально при криволинейной форме сварного шва и при требованиях, накладываемых на качество сварного соединения. К ним относятся отсутствие несплавлений, пор, качество полученной поверхности сварного шва, однородность полученной микроструктуры матрицы в зоне взаимодействия ЛИ и самого шва.