CC BY
63
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 621.793.7
А. В. Игнатик, А. И. Иванов, А. Н. Смирнов, Ю. Д. Шориков
Научный руководитель - Н. А. Амельченко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПЛАЗМЕННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ РАЗНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Проанализированы концепции по разработке современных конструкций плазменных устройств, применяемых для выполнения различных технологических операций, в том числе и для нанесения покрытий разного функционального назначения. Проведена модернизация конструкции плазмотрона с осевой подачей порошковых материалов.
Вопросы повышения надежности выпускаемых изделий авиационной и ракетной техники всегда являются актуальными и связаны с применением дорогостоящих материалов. В ряде случаев такие материалы могут быть заменены более дешевыми, поверхности которых прошли предварительную упрочняющую обработку или имеющих защитные покрытия, в том числе и напыленных с применением плазменного метода.
Как известно, широкое применение плазменных покрытий в машиностроении и других отраслях ограничено по причине их высокой пористости (-15...20 %), малой адгезионной прочности, низкого коэффициента использования материалов и других недостатков [1]. Для устранения отмеченных недостатков на практике применяются различные технологические приемы, например, нанесение покрытий в защитной среде или вакууме, применение различных насадков, комбинированные методы и высокоскоростное напыление. Особую функцию в данном процессе выполняют плазменные устройства -плазмотроны, с помощью которых создается плазменный поток, осуществляется ввод, нагрев и ускорение частиц напыляемых материалов и далее формируется гетерогенный плазменный поток, обеспечивающий нанесение необходимого покрытия.
Отличительной особенностью плазмотронов для напыления является возможность формирования плазменного потока, обеспечивающего эффективный нагрев исходного материала и направленный разгон нагретых частиц до высоких скоростей. В существующих конструкциях плазмотронов нагрев и ускорение частиц материала производится одновременно, что приводит к низкой эффективности использования энергии плазменного потока из-за малого времени пребывания напыляемого материала в высокотемпературной зоне. Основные схемы плазмотронов для напыления достаточно подробно рассмотрены в [2; 3].
Совершенствование технологии напыления плазменных покрытий связано с применением более современного технологического оборудования, автоматизацией процесса, применением сверхзвукового напыления и комбинированных методов обработки.
На основе патентных исследований выявлено, что применяемые для плазменного напыления плазмотроны можно условно разделить на два типа.
К первому типу относятся двухэлектродные плазмотроны, содержащие катод и анод в форме сопла. В таких конструкциях длина дуги меньше либо равна длине самоустанавливающейся дуги. Для получения качественных покрытий в таких плазмотронах требуются токи более 200 А. При меньших значениях тока плазмотроны данного типа не обеспечивают требуемого нагрева и ускорения частиц порошка из-за недостаточного энерговклада в короткую дугу. Необходимую температуру плазменного потока можно достичь только за счет увеличения тока дуги, что снижает ресурс электродов. Повышение температуры плазмы приводит к интенсивному испарению мелких частиц, вследствие этого существенно ухудшается качество наносимых покрытий.
Ко второму типу относятся плазмотроны с межэлектродными вставками, которые располагаются между катодным и анодным узлами. Секционированная межэлектродная вставка обеспечивает бескаскадное горение дуги и способствует увеличению ее длины.
Второй тип плазмотронов обладает явными преимуществами, однако при их использовании для нанесения покрытий возникают определенные трудности, связанные с вводом порошка напыляемого материала в плазменный поток. Здесь также наблюдаются варианты конструкций с вводом порошка в анодную область и на начальном участке дуги. В последнем случае основным недостатком является низкая эффективность использования порошковых материалов.
Основным объектом исследований в настоящей работе является совершенствование плазмотрона с осевой подачей материала в прикатодную область электрической дуги с учетом результатов патентных исследований.
В качестве базовой принята конструкция плазмотрона для напыления с осевой подачей порошковых материалов, схема которого приведена на рисунке.
В представленной конструкции порошкового коаксиального плазмотрона ПКП (рис. а. А. С. № 1616499) отличительной особенностью является осевая подача плазмообразующего газа, коаксиальный ввод газопорошковой смеси и последующее фокусирование двух потоков в прикатодной области. Такая схема подачи материала повышает компактность и сохра-
Секция «« Технология производства ракетно-космической техники»
няет структуру струи, обеспечивает стабильность и устойчивость режимных параметров процесса. Угол расхождения потока частиц компактной струи составляет 6-10° (рис. б).
а б
Схема плазмотрона ПКП для напыления порошковых материалов
На основе анализа преимуществ и недостатков такой схемы проведена модернизация устройства, разработана конструкторская документация на плазмотрон. Основным направлением предлагаемой разработки является дальнейшее повышение компактности двухфазного потока, увеличение ресурса работы электродов и повышение эффективности нагрева транспортируемых частиц, при этом режимные параметры процесса сохраняются.
Библиографические ссылки
1. Борисов Ю. С., Харламов Ю. А. [и др.]. Газотермические покрытия из порошковых материалов : справ. Киев : Наук. думка, 1987.
2. Клубникин В. С. Плазменные устройства для нанесения покрытий // Известия Сиб. отд-ния Академии наук. Серия «Технические науки». Вып. 3. 1983. № 13. С. 82-92.
3. Реестр открытий и изобретений Российской Федерации. URL: http://www.fips.ru.
© Игнатик А. В., Иванов А. И., Смирнов А. Н., Шориков Ю. Д., Амельченко Н. А., 2010
УДК 681.3
Д. Г. Киндяков, А. А. Кульков Научный руководитель - Л. В. Ручкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
МЕТОДЫ АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ КОНТРОЛЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Рассмотрены методы обработки черно-белых изображений, применяемые для создания алгоритмов управления движением.
В последние годы обработка и анализ цифровых видеоизображений находят все большее применение как при контроле технологических процессов, так и при проведении испытаний изделий космических аппаратов. Рассмотрим методы анализа изображений, используемые для разработки алгоритмов управления движением [1].
При выделении связных областей в бинарных изображениях каждый пиксель изображения с координатами (х, у) имеет 8 соседей, то есть примыкающих к нему пикселей, представляющие прямоугольную окрестность 3x3. Четыре пикселя (соседи по горизонтали и вертикали) являются более близкими соседями и находятся от центрального пикселя окрестности на расстоянии 1. Еще четыре пикселя (соседи по диагонали) являются менее близкими соседями и находятся от центрального пикселя окрестности на
расстоянии л/2. Соответственно, при обработке изображений используются два вида соседства и два соответствующих им вида связности: соседство «по кресту» и 4-связность; соседство «по квадрату» и 8-связность. Чаще используется последний вид, при котором считается, что на прямоугольной решетки каждая точка изображения имеет восемь соседей.
Рассмотрим два наиболее часто используемых алгоритма выделения связных областей на бинарных изображениях: «лесного пожара» и двухпро-ходный алгоритм выделения связных областей. В первом случае область «поджигается» в одной точке, после чего каждая «подожженная» точка поджигает своих соседей, имеющих ту же яркость. Уже «сгоревшие» точки повторно не «поджигаются». В итоге, все точки связной области окажутся вовлеченными в этот процесс. Каждая точка станет помеченной номером соответствующих областей. При использовании двухпроходного алгоритма выделения связных областей единицей просмотра изображения является уже не отдельный пиксель, а связный отрезок строки (сегмент). При этом на первом проходе по изображению вновь обнаруженный связный сегмент помечается либо новой оригинальной меткой - если он ни одним пикселем не касается какого-либо уже помеченного сегмента в предыдущей по ходу анализа строке, либо меткой той области, которой принадлежит граничащий с ним отрезок предыдущей строки. На втором проходе повторно размечаются те области, для которых на первом проходе были обнаружены коллизии и занесены в специальную таблицу эквива-
