• Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона
    Національної академії наук України

    Відділ №74 «Автоматичне регулювання процесів зварювання та нанесення покриттів»

    Ланкін Юрій Миколайович

    Завідувач відділу,

    доктор технічних наук, старший науковий співробітник

    Склад підрозділу

    Загальна чисельність працівників: 10 наукових працівників.

    В тому числі 1 доктор технічних наук, 3 кандидати технічних наук

    1. 1
      Ланкін Юрій Миколайович

      Завідувач відділу, доктор технічних наук,
      старший науковий співробітник

      Тел.: +380 44 200 11 19

      E-mail: lankin.y.n@gmail.com

    2. 2
      Романова Ірина Юріївна

      Заступник завідувача відділу

      Тел.: +380 44 205 22 26

      E-mal: romanova@paton.kiev.ua

    3. 3
      Семікін Валерій Феодосійович

      Науковий співробітник

      Тел.: +380 44 205 24 61

      E-mail:semikin@paton.kiev.ua

    4. 4
      Соловйов Володимир Георгійович

      Науковий співробітник

      Тел.: +380 44 205 24 61

      E-mail: hhsova@gmail.com

    5. 5
      Тюкалов Володимир Григорович

      Провідний інженер

      Тел.: +380 44 205 22 46

      E-mail: vtyukalov49@gmail.com

    Відділ було створено у 1986 році.

    +380 44 200 11 19
    lankin.y.n@gmail.com
    Напрями діяльності:

    • Дослідження процесів різних видів зварювання, переплаву і нанесення покриттів як об’єктів автоматичного регулювання
    • Розробка систем автоматичного контролю та управління процесами дугового, контактного, електронно-променевого, електрошлакового зварювання, зварювання біологічних тканин, переплаву, наплавлення, нанесення покриттів
    • Розробка інформаційно-вимірювальних систем для фіксації, обробки і аналізу зварювальних параметрів
    • Розробка датчиків параметрів процесів зварювання та нанесення покриттів
    • Розробка сучасного зварювального обладнання (зварювальних апаратів, джерел живлення)

    Поточні проекти
    Дослідження і вдосконалення електронно-променевих технологічних процесів для космічних умов і розробка нового покоління апаратури для їх реалізації (2017-2021).

    Розробка системи автоматичного управління процесом електрошлакового переплаву (2021-2023).

    Публікації
    Статті (вибрані):

    1. Ланкин Ю.Н., Соловьев В.Г. (2016) Информационно-измерительная система для дуговой сварки и наплавки. Автоматическая сварка, 11, 40–47. https://doi.org/10.15407/as2016.11.06
    2. Музыченко П.Ф., Черняк В.А., Ланкин Ю.Н. (2016) Роль электрохирургии в развитии медицины. Клінічна хірургія, 2, 10–13.
    3. Ланкин Ю.Н., Семикин В.Ф., Байштрук Е.Н. (2017) Стабилизация сварочного тока контактных точечных машин при колебаниях напряжения питающей сети. Автоматическая сварка, 5-6, 40–42. https://doi.org/10.15407/as2017.06.06
    4. Рябцев И.А., Соловьев В.Г., Ланкин Ю.Н., Бабинец А.А. (2017) Компьютерная система автоматического управления процессов дуговой наплавки электродными проволоками. Автоматическая сварка, 5-6, 43–45. https://doi.org/10.15407/as2017.06.07
    5. Кусков Ю.М., Соловьев В.Г., Жданов В.А. (2017) Торцевая электрошлаковая наплавка электродом большого сечения в токоподводящем кристаллизаторе. Автоматическая сварка, 12, 40–45. https://doi.org/10.15407/as2017.12.05
    6. Музыченко П.Ф., Черняк В.А., Ланкин Ю.Н. (2017). Исторические аспекты и перспективы электрохирургии. Ортопедия, травмотология и протезирование, 1, 124–127. https://doi.org/10.15674/0030-598720171124-127
    7. Музыченко П.Ф., Черняк В.А., Ланкин Ю.Н., Эргард Н.Н., Хохлова Р.А. (2018) Дискуссионные вопросы высокочастотной электросварки биологических тканей. Клінічна хірургія, 5., 63–https://doi.org/10.26779/2522-1396.2018.05.63
    8. Соловьев В.Г. (2018) Интернет-база данных процесса дуговой наплавки порошковыми проволоками. Автоматическая сварка, 1, 50–54. https://doi.org/10.15407/as2018.01.08
    9. Соловьев В.Г., Кусков Ю.М. (2018) Управление процессом проплавления основного металла при торцевой электрошлаковой наплавке в токоподводящем кристаллизаторе. Автоматическая сварка, 9, 41–47. https://doi.org/10.15407/as2018.09.07
    10. Кусков Ю.М., Соловьев В.Г., Лентюгов И.П., Жданов В.А. (2018) Роль шлаковой ванны в процессе наплавки в токоподводящем кристаллизаторе. Современная электрометаллургия, 2, 41–44. https://doi.org/10.15407/sem2018.02.05
    11. Ланкін Ю.М., Соловйов В.Г., Романова І.Ю. (2020) Моделювання анізотропії питомої електропровідності біологічної тканини, яка виникає при локальному стисканні електродами біполярного зварювання. Технічна електродинаміка, 2, 13– https://doi.org/10.15407/techned2021.02.013
    12. Ланкін Ю.М., Соловйов В.Г., Романова І.Ю. (2020) Дослідження зміни питомої електропровідності біологічної тканини в результаті локального стискання електродами при біполярному зварюванні. Автоматичне зварювання, 1, 38– https://doi.org/10.37434/as2021.01.08

     

    Патенти та винаходи:

    Патент України на винахід А2020 07771 (07.12.2020)  «Спосіб з’єднання зварюванням живих біологічних тканин з урахуванням анізотропії питомої електропровідності». Автори: І.В. Крівцун, Ю.М. Ланкін, В.Г. Соловйов, І.Ю. Романова, В.Ф. Семікін, Л.Ф. Суший, Є.М. Байштрук, П.П. Осєчков

    Перспективні розробки

    1. Апарат для електрошлакового зварювання в монтажних умовах АД-381Ш

    Зварювальний апарат АД-381Ш призначений для автоматичного електрошлакового зварювання прямовисних та похильних як прямолинійних, так і криволинійних швів металу товщиною 30…100 мм. Матеріалом зварюваних металоконструкцій можуть бути вуглецеві та низькольоговані сталі підвищеної міцності, а також аустенітні.

    Технічні характеристики:

    Товщина зварюваного металу, мм30 – 100
    Кількість електродів, шт.2
    Діаметр електродів, мм3
    Зварювальний струм на кожний електрод при ПВ 100%, не більше, А1000
    Швидкість подання електроду, м/ч0…450
    Швидкість переміщення автомату, м/ч2 – 6
    Вага апарату, не більше, кг60

    Апарат АД-381Ш оснащений двома подаючими механізмами із роздільним незалежним регулюванням швидкості подачі кожного з дротів. Мікроконтролерна система управління апарату надійно стабілізує подачу електродів та переміщення апарату при будь-яких змінах навантаження та коливаннях напруги живлючої мережі, а також дозволяє легко задавати потрібні величини швидкостей та здійснювати їх контроль в процесі зварювання. Блок управління оснащений цифровими індикаторами швидкості зварюваннчя (м/ч), швидкості подачі кожного електрода (м/час) та напруги зварювання на кожному електроді (В).

    Апарати АД-381Ш успішно використовуються спеціалістами ВАТ «Арселор Міттал» при ремонті та спорудженні металургійних агрегатів. Зокрема застосування цього апарату дозволило успішно провести ремонт корпусу найбільшої в Європі доменної печі ДП-9. Ці апарати успішно використовувались при будівництві та ремонті корпусів всіх доменних печей та конверторів на ВАТ «Арселор Міттал». На Єнакієвському металургійному заводі  було застосоване електрошлакове зварювання із використанням апарату АД-381Ш для виконання всіх прямовисних швів корпусу при спорудженні доменної печі ДП-5, їх об’єм склав 120 погонних метри або 20% від загальної протяжності всіх швів корпусу доменної печі. На ВАТ «Балтийский завод» введено в експлуатацію апарат АД-381Ш для виконання протяжних прямолинійних швів металоконструкцій із сталі 08Х18Н10Т в товщинах 40…50 мм.

    Використання способу автоматичного електрошлаковго зварювання, який характеризується високою стійкістю протікання процесу, сприяє отриманню зварних з’єднань стабільно повторюваної високої якості. Відсутність підвищених вимог до підготовки кромок, можливість використання стандартних зварювальних матеріалів, висока продуктивність та економічність роблять цей спосіб зварювання найбільш переважним для виконання протяжних вертікальних стикових з’єднань металу товщиною 30…100 мм, як при монтажі, так і в стаціонарних умовах. Запропонований апарат є унікальним.

    1. Відеосистема контролю та стабілиізації рівня рідкого металу при електронно-променевому напиленні (переплаві)

    Систему створено для оптимізації процесу на установках для електронно-променевого переплаву титану шляхом автоматичної підтримки заданого рівня ванни, що дає можливість підвищити якість злитку, що плавиться, покращити повторюваність якісних характеристик злитков та зменшити енергоємніть технологічного процесу.

    Система виконує наступні завдання:
    – ввод зображення дальньої кромки кристалізатора в обчислювальний пристрій в режимі потокового відео;
    – дискретизація відео-потоку в послідовність фотографій (фреймів) для наступної обробки;
    – послідовна обробка фотографій за заданим алгоритмом для виділення параметру, який характеризує значення контролюємого рівня ванни;
    – формування аварійної та попереджувальної сигналізації;

    – формування диагностичної інформації;

    – формування на мониторі графику зміни рівня розплавленого металу в часі;
    – формування бази даних з історії зміни рівня ванни в часі з періодом дискретизації не більше за 1 с;

    – формування керуючих впливів на виконуючий механізм під´єму/витягування злитків;
    – реалізація людино-машинного інтерфейсу системи відеоконтролю для комфортної роботи оператора (надання системної та технологічної інформації на моніторі, приймання керуючих впливів від оператора, формування світлової та звукової сигналізації).

    Система відрізняється від інших телевізійних систем, які вирішують подібне завдання, високим рівнем перешкодозахищеності:
    – від світлових відблисків електронних промінів, притаманних електронно-променевій технології;
    – від впливу гарнісажу, що налипає на стінки кристалізатора при плавленні;
    – від стробефекту, який створює стробоскопічений екран перед вікном для спостереження  електронно-променевої установки.

    Систему створено з використанням сучасного промислового панельного комп´ютера.

    Система працює на установці із середнтомісячною продуктивністю 220,0 тон титану при 3-х змінній роботі на промисловому підприємстві КНР.

              

    1. Блок технологічний розгорток електронного променя

    Блок призначений для комп’ютерного графічного проектування розгорток електронного пучка для установок електронно-променевого зварювання з довільним результуючим розподілом щільності потужності електронного пучка за заданим контуром розгортки і генерації напруги для системи розгортки електронної гармати. Він дає можливість комп’ютерного проектування розгорток з візуалізацією розподілу потужності пучка, збільшення кількості сворених проектів розгорток, що зберігаються в пам’яті контролера, і більш оперативного введення розроблених розгорток в пам’ять контролера без участі програміста. Це дає можливість підвищити якість електронно-променевого зварювання. Систему впроваджено в установці для електронно-променевого зварювання, що працює в КНР.

    1. Технологія відновлення залізничних автосцепок

    В процесі експлуатації автосцепки, корпус якої виготовлено зі сталі 20Л або 20ГЛ, з’являються дефекти в перемичках хвостовика корпуса та знос перемички. За нормативними документам тріщини в перемичці корпуса товщиною менше за 40 мм заварюванню не підлягають. Створено технологія відновлення хвостової частини корпусів залізничних автосцепок із застосуванням ЕШЗ. Зварювання робиться плавким мундштуком або електродом великого перетину. Формування перемички відбувається в мідному водоохолоджувальному кристалізаторі. Розроблено конструкцію типової установки для ЕШЗ плавким мундштуком. Зварне з’єднання піддають високотемпературній термообробці (нормалізація та отпуск). Дослідження якості металу зварних з’єднань показали відсутність дефектів та задовільні значення міцності і ударної в’язкості. Стендові і експлуатаційні випробування автосцепок, відновлених ЕШЗ, показали гпрні результати.

    1. Блок бездатчикового управління швидкістю зварювальних двигунів

    Розроблено мікропроцесорний блок автоматичного управління швидкістю зварювальних двигунів постійного струму з негативним оборотним зв’язком. Він є повністю безконтактним. Блок управління здійснює стабілізацию заданої швидкості двигунів, обробку команд з пультів управління і відображення в цифровому вигляді заданої і виміряної швидкості, величини зварювального струму і напруги. Реалізовано бездатчикову систему стабілізації швидкості двигунів. Блок управління забезпечує максимально швидкий розгін і гальмування двигунів, що дозволяє реалізовувати раніше не здійсненні зварювальні цикли.

    Керовані мікропроцесорами реверсивні приводи, шт2
    Керований нереверсивний привод коливателя, шт1
    Цифрове відображення величин зварювальних параметрів, шт3 (4)
    Кількість параметрів, що задаються, шт4

     

    1. Система абляції вен з високочастотним електронагрівом

    Розроблено систему для високочастотної абляції варикозних вен зі зворотним зв’язком за реальним станом тканини. Розроблене джерело живлення для абляторів з резистивним нагрівачем і термопарним датчиком температури, яке забезпечує стабілізацію з негативним зворотним зв’язком заданого значення струму або напруги зонду. Джерело живлення має стабілізатор температури нагрівача і вольтметр з дисплеєм для відображення температури нагрівача. Система дозволяє покращити якість процесу абляції.

    1. Лабораторне джерело живлення біполярного високочастотного звваарювання живих тканин

    Розроблено лабораторне джерело живлення, в якому широкий набір алгоритмів автоматичного управління і регулювання процесу зварювання можна розробляти на зовнішньому комп’ютері спеціально створеної САПР та передавати в джерело живлення для виконання, не змінюючи обладнання. Його відмінною особливістю є цифрове управління за допомогою мікроконтролера, дисплей з сенсорним управлінням, який крім функцій відображення результатів роботи інформаційно-вимірювальної системи також емулює пульт управління. Дисплейний пульт управління може бути індивідуальним для кожного алгоритму управління. Мікропроцесор має зв’язок з персональним комп’ютером (ПК) по USB шині.

    Екран програми для зварювання живих тканин, яка розробляєтьсяВаріант вікна завдання параметрів зварювання живих тканин з довільною залежністю зміни струму зварювання в часі
    1. Портативний автономний нейроміостимулятор STIMULUS

    Електростимулятор STIMULUS призначений для оцінки нейром’язової функції під час наркозу методом діагностичної електростимуляції периферійних нервів в режимах TOF (4 стимули) (Train-of-Four Stimulation) і DBS (2 стимули) (Double-Burst Stimulation)з одночасним спостереженням викликаних м’язових відгуків. Електростимулятор використовується для експрес-контролю нейром’язової функції при проведенні хірургічних операцій. Вибір режиму TOF або DBS відбувається відповідними кнопками, які розташовані на лицьовій панелі блоку. Регулювання амплітуди імпульсів реалізується потенціометром з лицьової панелі з одночасною індикацією обраного значення амплітуди на цифровому дисплеї. Живлення пристрою відбувається від акумулятора 8,4 В з можливістю його підзарядки від мережі через роз’єм USB, який розташований в акумуляторі, або з використанням зарядного приладу через роз’єм USB.

    ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

    Режими роботи пристроюTOF і DBS
    Стимул в режимі TOFгрупа з чотирьох імпульсів
    Стимул в режимі DBSдві групы по три імпульси
    Тривалість імпульсу стимуляції200 мкс
    Максимальна амплітуда струму стимуляції

    на активному навантаженні 1кОм

    60 мА
    Відстань між електродами (встановлюється)15 або 25 мм
    Напруга живлення пристрою8,4 В
    Маса приладу0,3 кг

    Заплановані роботи
    В наступні п’ять років планується розробока системи автоматичного управління процесом електрошлакового переплаву (ЕШП), яка підвищує якість отримуваних злитків та забезпечує його стабільність при збудженнях, що діють на процес. Буде розроблено: систему безконтактного регулювання напруги установки ЕШП в діапазоні від нуля до максимального робочого; регулятор напруги, який забезпечує коефіцієнт потужності джерела живлення установки ЕШП не менше за 0,96 у всьому робочому діапазоні напруги переплаву; регулятор, який стабілізує напругу переплава при коливаннях напруги мережі; електромеханічний датчик рівня та глибини шлакової та металевої ванни; пульт управління та інформаційного вимірювання установки ЕШП. Нові системи автоматичного регулювання рівня шлакової та металевої ванн крім підвищення стабільності якості злитків дозволять уникнути аварійних ситуацій у вигляді проливу шлакової або металевої ванни з кристалізатора.

    Найважливіші досягнення
    Результати роботи відділу за останні 5 років:

    2016 – Досліджено стан біологічних тканин при механічному впливі електродів зварювального інструмента, пропусканні струму крізь тканину при зварюванні. Створено компактний двохчастотний біоімпедансний аналізатор. Отримано залежності величин деформації та імпедансу тканин органів тварин від величини зусилля стискання електродів.

    2017 – Розроблено блок вимірювання імпедансу м’яких біологічних тканин як під час проходження зварювального струму, так і в паузах між імпульсами під час імпульсного зварювання. Розроблено комп’ютерну програму моделювання протікання струму крізь тканину при зварювнні та за її допомогою досліджено фізико-біологічні процеси при зварюванні. Виготовлено модернізований міостимулятор для педіатрії, який дає можливість максимально знизити споживання струму від автономного джерела живлення. Розроблено генератор, що дозволяє забезпечити довільний закон розподілу результуючої щільності потужності в плямі нагріву електронного пучка. Розроблено модуль мікропроцесорного управління електромагнітного відхилення електронного променя та програмне забезпечення для нього.

    2018 – Розроблено блок завдання параметрів модуляції зварювального струму з варіацією струму імпульсів та пауз, частоти та шпаруватості імпульсів; блок вимірювання акустичної емісії та датчик переміщення електродів зварювальної машини під час зварювання м’яких біологічних тканин з реєстрацією на комп’ютері динаміки зміни товщини тканин. Експериментально досліджено фізичні процеси, що протікають при зварюванні модульованим струмом видалених м’яких біологічних органів тварин та нагріві модульованим струмом їх безбілкових та білкових моделей.

    2019 – Розроблено математичні моделі тепловиділення та теплопереносу без урахування фазових перетворень та масопереносу при зварюванні м’яких біологічних тканин, зміни розподілу тиску, що викликаний випаруванням тканевої рідини при зварюванні м’яких біологічних тканин, та розподілу тиску і масопереносу рідини при високочастотному нагріві біологічних тканин.    Розроблено джерело живлення та зонд для електротермічної абляції великих кровоносних судин.

    2020 – Шляхом математичного моделювання в Comsol Multiphisics досліджено вплив поверхневого ефекту і геометрії електродів зварювальних хірургічних інструментів на розподіл струму в зварюваних тканинах, отримані поправочні коефіцієнти для розрахунку питомого опору тканин за експериментальними даними опору тканин між електродами. Розроблено лабораторне джерело живлення для біполярного високочастотного зварювання живих тканин з мікропроцесорним управлінням і сенсорним екраном, яке дозволяє відтворювати зі зворотним зв’язком за поточними параметрами зварюваної тканини широкий набір алгоритмів управління зварюванням, який розробляється на зовнішньому ПК. Розроблено мініатюрний переносний нейроміостимулятор для хірурії. Розроблено зонд для термічної абляції вен з контролем температури його нагріву і блок живлення з регулюванням і автоматичною стабілізацією заданого значення його температури.

    За останні п’ять років за госпдоговірною тематикою проводилися роботи із вдосконалення технології та обладнання для електрошлакового зварювання на базі апарату АД-381Ш (розроблено контролер датчика глибини шлакової ванни, алгоритм визначення положення металевої ванни за даними датчиків; визначено діапазони регулювання швидкості подачі електродного дроту та швидкості переміщення апарату, вдосконалено систему управління аппаратом, адаптовано апарат до технологічних процесів замовників, впроваджено обладнання та технології у промислове виробництво України). Дане обладнання є унікальним. Розроблено технологію автоматичного зварювання та проектні пропозиції, що застосовуються в модульному будівництві, сталевої внутрішньої захисної оболонки АЕС (для замовника з РФ).

    Також проводились роботи з модернізації системи программного управління технологічною розгорткою електронного пучка для установок електронно-променевого зварювання, яка призначена для комп’ютерного графічного проектування розгорток електронного пучка з довільним результуючим розподілом щільності потужності електронного пучка за заданим контуром розгортки і генерації напруги для системи розгортки електронної гармати.