СВЧ-ТОМОГРАФИЯ

СВЧ-томография, использующая радио­
волны сверхвысоких частот в диапазоне при­
близительно 10 см ... 1 мм, находится на на­
чальной стадии. В США разработан и опробо­
ван экспериментальный образец СВЧ-томог-
рафа; применение его - медицинское.
Другой перспективной областью приме­
нения СВЧ-томографии является неразру-й
шающий контроль ответственных изделий из
диэлектрических полимерно-композиционных
материалов. Moiyr решаться такие задачи, как
контроль многослойных конструющй с малы­
ми отклонениями по плотности, текстуры,
напряженно-деформированного состояния,
остаточных тепловых и механических напря­
жений.
Для томографических  систе м могут быть
эффективны алгоритмы, основанные на ин­
версном преобразовании Радона многоракурс­
ных результатов регистрации.
Задачи рентгеновской томографии сво­
дятся к нахождению решения системы линей­
ных уравнений вида
lc]ld]=lp],
ще [с] - матрица коэффициентов; [d] -
вектор неизвестных плотностей, взятых в точ­
ках некоторой координатной сетки, а в [/?]
содержатся значения линейных интегралов,
измеренных по отдельным траекториям. При
визуализации же в радиоволнах результати-
рующая система уравнений будет
[c(d)]ld]=[p],
ще матрица коэффициентов [c(d)] зависит
от искомой плотности и, следовательно, задача
СТШ10ВИТСЯ нелинейной.
Разработанный в рентгеновской томо­
графии алгоритм непосредственно использо­
вать нельзя, поскольку траектории, по кото­
рым измеряются нелинейные интегралы, неиз­
вестны и, следовательно, требуется нелинейная
процедура восстановления.
Предложен метод обобщения хорошо из­
вестного алгебраического метода реконструк­
ции на нелинейный случай. Вначале задается
некий исходный профиль проводимости
(диэлектрической проницаемости, плотности),
а затем методом конечных разностей рассчи­
тывается потенциал (на^тряжен-ность электри­
ческого поля), подчиняющийся заданной си­
стеме граничных условий. Если для рекон­
струкции используется итеративная процедура,
то вычисление может производиться после
каждой итерации, а траектории должны соот­
ветствующим образом изменяться.
В методе линейного восстановления про­
цедура решения состоит в разбиении сечения
на небольшие элементы и вычислении элек­
трического поля в центре каждого элемента с
помощью метода моментов. Во всех случаях
максимальный размер элемента находится
между 0,1Х//8 и 0,2Х//7,
где X - длина волны в свободном про­
странстве; 8 - относительная диэлектрическая
проницаемость элемента.
Затем передатчик перемещается по
окружности объекта контроля и вычисления
проводят при различных положениях прием­
ника. При повышении частоты передатчика
можно получить более точную информацию о
распределении диэлектрической проницаемос­
ти.
Еще одним направлением в разработке
томохрафических систем на СВЧ является
применение допплеровского метода. Суть ме­
тода в следующем. СВЧ антенна используется
для облучения вращающегося объекта с неко­
торой заданной мощностью излучения на од­
ной частоте. Эта же антенна используется и
для приема отраженных сигналов. Исследуе­
мый объект поворачивается на угол 360*, при
этом на каждом угле наблюдения фиксируются
амплитуда и фаза сигналов. Поскольку иссле­
дуемый объект поворачивается относительно
неподвижной антенны, центры рассеяния
энергии облучения внутри объекта дают отра­
женные сигналы, сдвинутые по частоте отно­
сительно исходной на величину, зависящую от
скорости перемещения отдельных отражате­
лей.
Если объект вращается с постоянной уг­
ловой скоростью, то центры рассеяния, лежа­
щие на линии постоянной поперечной даль­
ности, будут иметь одинаковую составляющую
скорости в направлении на антенну. Таким
образом, в данный момент времени все эти
центры рассеяния будут отражать сигнал и все
отраженные ими сигналы будут иметь один и
тот же допплеровский сдвиг частоты.
Измеряя выходной сигнал приемника на
некоторой частоте, получим сумму (линейный
интеграл) рассеянного излучения на данной
поперечной дальности, соответствующей этой
частоте. Амплитуда отраженных сигналов на
других частотах дает линейные интегралы для
рассеивателей на других поперечных дально­
стях. График зависимости мгновенной ампли­
туды от частоты можно интерпретировать как
томографическую проекцию. Через некоторое
время исследуемый объект повернется в новое
положение и будут получены новые проекщш
и т.д.
Таким образом, за полный оборот иссле­
дуемого тела будет получен набор проекций.
Алгоритм томографической реконструкции по
данным, получаемым из этих проекций, дает
изображение распределения центров рассеяния
в облучаемом объекте.
Восстановление изображения по коге­
рентной допплеровской томограмме состоит в
вычислении двумерного преобразования Фу­
рье. Главное преимущество когерентной доп­
плеровской томографии состоит в том, что она
обладает высоким пространственным разреше­
нием, которое можно получить при непре­
рывном излучении, не прибегая к использова­
нию широкополосных сигналов. К недостат­
кам относится наличие больших боковых ле­
пестков у передаточной функции точки, кото­
рые ограничивают динамический диапазон и
ухудшают разрешение.
Наибольший интерес в обращении вол­
нового уравнения, необходимого для количе­
ственных оценок, достигнут в реконструк­
тивной томографии при работе в трансмисси­
онном режиме. Примером такого подхода
являются методы СВЧ-томографии, основан­
ные на принципах СВЧ-радиоеидеиия и много-
частотной радиоголографгш.
Принцип многочастотной голографии
наиболее перспективен для формирования
томографических изображений в СВЧ-диапа-
зоне. Для голографии присуща возможность
избирательного восстановления определенной
части образной информации об источниках
волнового поля в процессе реконструкции.
Однако разрешающая способность не одина­
кова в различных координатных направлениях
и зависит от метода регистрации голограмм.
Так, предложено использовать для облучения
объектов широкополосные сигналы. Примене­
ние широкополосных сигналов в радиоголо­
графии позволяет: во-первых, значительно
улучшить разрешающую способность в ради­
альном направлении и повысить качество
изображений; во-вторых, осуществить синте­
зирование приемной апертуры.
Синтезирование приемной апертуры
осуществляется при облучении исследуемой
среды широкополосным квазигармоническим
сигналом с линейной частотной модуляцией
или дискретной перестройкой частоты. При
этом сканирование одной из координат в про­
странстве заменяется сканированием частотой.
При реализации методов многочастотной
радиоголографии для облучения объекта ис­
пользуют зоцдирующий сигнал в внде корот­
кого импульса, в виде квазигармонического
сигнала с линейной частотной модуляцией или
дис]фетной перестройкой частоты. При этом
разрешающая способность не зависит от вида
используемого сигнала и определяется только
шириной его спектра и размерами приемной
апертуры.
Метод многочастотной голографии обес­
печивает улучшение характеристик томографи­
ческих систем в диапазоне СВЧ. При получе­
нии изображений объектов, С1фьпых неодно­
родными средами, метод наиболее эффективно
подавляет ложные изображения.
Применение широкополосных зонди­
рующих сигналов, улучшая разрешающую
способность по глубине, открывает перспекти-
вы построения изображений объектов по сече­
ниям.
Описанные выше методики и алгоритмы
могут быть использованы при решении при­
кладных задач по контролю изделий из диэ­
лектрических полимерно-композиционных
материалов. Может использоваться метод ко­
герентной допплеровской томографии для
контроля и диагностики изделий в виде тел
вращения из радиопрозрачных полимерно-
К0МП03И1Щ0ННЫХ материалов и многочастот­
ный метод послойного зондирования. 6 дру­
гом случае методика может быть основана на
радиоволновом методе синтезирования оги­
бающей радиоимпульсного сигнала во времен­
ной области по данным измерений на многих
частотах отражающей способности исследуе­
мых структур при их электромагнитном обу­
чении в диапазоне СВЧ. Данная методика
может быть использована для следующего:
измерения общей электрической толщи­
ны слоистой структуры;
измерения электрических толщин каждо­
го из слоев структуры;
определения геометрических толщин
каждого из слоев структуры;
измерения расстояния от апертуры ан­
тенны до передней грани образца;
выявления внутренних неоднородностей
в слоях и определения глубины их залегания;
определения эффективной относитель­
ной диэлектрической проницаемости материа­
ла каждого из слоев;
определения модуля коэффициента от­
ражения всей структуры и границы раздела
между слоями.
В результате использования данной ме­
тодики и сканирования объекта может быть
получено квазитомографическое изображение
поперечного сечения исследуемого объекга в
отраженных волнах.

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТОМОГРАФИЯ (УВТ)

При ультразвуковой ВТ возможно вос­
становление различных акустических характе­
ристик объекта - скорости звука (показатель
преломления), коэффихщента поглощения и
коэффициента отражения. На основе измере­
ния указанных акустических характеристик
среды может быть восстановлено простран­
ственное распределение таких исходных физи­
ческих характеристик объекта, как плотность,
величина модуля упругости, коэффициент
затухания.
Существуют две группы методов УВТ -
трансмиссионные и отражательные.
Основными характеристиками средств
УВТ являются чувствительность и разре­
шающая способность.
Чувствительность определяется мини­
мальной величиной площади объекта контро­
ля, которая регистрируется с требуемой степе­
нью достоверности. Она определяется затуха­
нием звука в материале, структурной ревербе­
рацией и уровнем шумов приемного тракта.
Системы когерентной обработки сигнала, к
которым относится и УВТ, позволяют суще­
ственно повысить чувствительность метода по
сравнению с методами обычной ультразвуко­
вой дефектоскопии. Имеются сведения об
обнаружении УВТ дефекта в стали площадью
10 мм^ на глубине около 100 мм. Ориентация
дефектов и их толщина существенно меняют
их отражательную способность и, следователь­
но, чувствительность.
Разрешающая способность УВТ не мож
быть меньше длины волны звука на данной
частоте в исследуемом материале.
Увеличение рабочей частоты приводит к
сильному затуханию, которое существенно
усложняет решение задачи.
Предельное разрешение в металлах со­
ставляет 1-3 мм, в неметаллах примерно на
порядок ниже.
Задачи измерения локальных физических
характеристик и обнаружения аномалий объ­емной структуры материалов (рыхлоты и из­
менения плотности могут быть решены с ис­
пользованием одного из методов трансмисси­
онной УВТ, которую в свою очередь можно
разделить на две группы:
1) методы, использующие алгоритмы
рентгеновской томографии (время-пролетиая
УВТ);
2) методы дифракционной томографии,
основанные на решении волнового уравнения
в том или ином приближении.
Методы отражательной УВТ пригодны
для обнаружения полостей и трещин в мате­
риалах и конструкциях. Методы дифракцион­
ной томографии не требуют всестороннего
осмотра объекта. При одностороннем доступе
к контролируемому объекту возможно исполь­
зование голографического метода или метода
фокусированной синтезированной апертуры.
При этом, однако, возникает проблема распо­
знавания по полученным изображениям ре­
ального объекта.
В основе УВТ заложена возможность ре­
конструкции двумерного распределения ско­
рости звука в среде (время-пролетная методи­
ка) или ослабления (аттенюации) ультразвука
вдоль выбранного направления. В аттенюаци-
онной методике возникают трудности, связан­
ные с большим динамическим диапазоном
измеряемой величины. Кроме того, лучевой
интеграл связан с результатами измерений
нетривиально, вследствие чего измерительная
процедура усложняется.
Использование время-пролетной методи­
ки снижает требования к динамическому диа­
пазону регистрирующего устройства, посколь­
ку скорость ультразвука в объекте изменяется
в сравнительно небольших пределах. Изме­
ренная величина времени прохождения уль­
тразвука через исследуемый объект является
непосредственно лучевым интегралом:
ще X - длина пути ультразвука в объекте в
направлении qi;
Со, С (/) - скорости распространения
ультразвука в воде и в объекте соответственно;
п{1) -CQ /С{1) - пространственное
распределение локального коэффихщента пре­
ломления в объекте в направлении qi.
Для регистрации ti как длины распро­
транения фронта упругой волны давления

                                                                                           
можно использовать сравнительно простые
аппаратные средства.
На рис. 3.8.6 представлена упрощенная
схема ультразвукового трансмиссионного то­
мографа, основанного на время-пролетных
измерениях с последующей реконструкцией
поля скоростей или коэф<фициентов прелом­
ления ультразвука.
Исследуемый объект 1 располагается в
ванне, заполненной иммерсионной жид­
костью. На раме 2 жестко укреплены излуча­
тель 3 и приемник 4у частотные и геометриче­
ские характеристики которых согласованы и
обеспечивают формирование ультразвукового
пучка с поперечными размерами, обеспечи­
вающими требуемую разрешающую способ­
ность.
Блок 5 обеспечивает формирование на
излучателе короткого ультразвукового импуль­
са, который распространяется сквозь иссле­
дуемый объект вдоль линии, соединяющей
излучатель и приемник. Блок 5 генерирует
также электрический импульс, запускающий
измеритель времени 6 через линию задержки
7. Приемник 4 улавливает прошедший через
жидкость и объект ультразвуковой импульс и
формирует пропорциональный электрический
сигнал, который после усилителя 8 запускает
процесс измерения времени.
Усилитель 8 формирует запускающий
сигнал в момент прихода фронта ультразвуко­
вого сигнала на приемник 4. Сигнал прекра­
щения счета времени формирует схема 7. Про­
екция образуется поступательным перемеще­
нием рамы 2
После получения отсчетов по всем лучам
данного положения рама поворачивается на
небольшой угол и цикл измерений повторяет­
ся для следующей проекции и так далее до
поворота на 180" . Затем ЭВМ (9) по полу­
ченным проекциям производит реконструк­
цию поля скоростей в вьщеленном слое объек­
та. Восстановленное распределение визуализи­
руется с помощью полутонового дисплея 10 в
виде дискретной матрицы изображения. Яр­
кость элементов пропорциональна скорости.
Описанная процедура может дать хоро­
ший результат, если ультразвуковые волны не
испытывают значительной р^^факции на гра­
ницах объект-иммерсионная среда и в объекте
отсутствуют сильно преломляющие структуры;
спектральный состав ультразвукового сигнала
не зависит от особенностей распространения
ультразвука в исследуемом объекте, а времен­
ная привязка не чувствительна к изменению
формы фронта и амплитуды входного элек­
трического сигнала.
Реконструкция распределения скорости
звука по данной проекции производится ал­
гебраическим методом, в Фурье-области или
обратным проецированием с фильтрацией
сверткой.
Алгебраическая реконструкция сводится
к непосредственному решению системы ли­
нейных уравнений типа (7), с учетом разре­
женности матрицы, неустойчивости, неполно­
ты или избытка данных, наличия априорной
информации. Имеется большое число алго­
ритмов, учитывающих эти особенности.
Решение системы уравнений может быть
сведено к вычислению сверток проекций с
обратным преобразованием Фурье от некото­
рой функции в ограниченной полосе и затем
суммированию результатов по всем профилям.
Этот метод эффективнее метода алгебраи­
ческой реконструкции, поскольку он позволя­
ет использовать быстрое преобразование Фу­
рье. Методы алгебраической реконструкции
имеют большие возможности.
В основе методов реконструкции в Фу­
рье-области лежит тот факт, что преобразова­
ние Фурье от проекции объекта есть некото­
рый слой Фурье-преобразования объекта. Та­
ким образом, при достаточно большом числе
проекций можно получить преобразование
Фурье от всего объекта и таким образом ре­
конструировать сам объект.
Учет искривл;^ния лучей устраняет неко­
торые артефакты в изображениях, однако не
улучшает разрешающей способности таких
томографических методов, поскольку для
улучшения разрешающей способности требует­
ся учет дифракционных эффектов, при этом
вычислительные трудности возрастают значи­
тельно.

ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ РАДИАЦИОННЫХ ТОМОГРАФОВ

Сканеры
Трехмерная структура объекта реально
реконструируется последовательно, слой за
слоем. В этом случае для реконструкции необ­
ходимо иметь данные ослабления излучения
по траекториям, лежащим в плоскости слоя.
Для эффективной реконструкции этот набор
должен быть полным. Понятие полноты про­
екционных данных базируется на следующем:
- проекционные данные получены по
направлениям с равным угловым интервалом в
пределах 180® или 360®;
- по всем дискретным направлениям по­
лучены равноотстоящие проекционные дан­
ные;
- каждая точка в поперечном сечении
объекта контроля дает вклад в проекционные
данные по всем дискретным угловым направ­
лениям.
От числа и точности проекционных дан­
ных зависит погрешность реконструкции. Ис­
пользуют схемы сканирования, которые мож­
но разбить на несколько классов, традиционно
именуемых поколениями. Поколения разли­
чаются видом относительного движения ис­
точника излучения и детектирующей системы,
числом детекторов, временем сбора проекци­
онных данных.
Наиболее простой является схема 1-го
поколения, включающая источник и детектор
(рис. 3.8.4, а). Система источник (1 ... п) -
детектор (/ ... п) перемещается параллельно
самой себе с щагом Ах. После сканирования
всей области реконструкции при положении
параллельных прямых под углом Л к оси X
система источник-детектор поворачивается на
малый дискретный угол и аналогично проис­
ходит получение новой дискретной проекции.
Процесс сбора заканчивается, когда полный
угол поворота составит 180® или 360®. При
использовании этой схемы за счет возможнос­
ти сильного коллимирования пучка мало вли­
яние рассеянного излучения. Требования к
детектору не являются жесткими. Возможна
калибровка детектора в ходе контроля. Легко
меняется шаг сканирования и угол поворота
системы. Основной недостаток - большое вре­
мя сканирования.
В схеме 2-го поколения (рис. 3.8.4, б)
источник излучения формирует плоский веер­
ный пучок с углом раскрытия' в несколько
градусов. В качестве приемника используется
линейка с несколькими коллиминированными
детекторами. В результате линейного переме­
щения производится измерение данных одно­
временно для стольких наборов параллельных
проекций, сколько детекторов в матрице.
Каждый набор соответствует проекциям 1-го
поколений, повернутым на единичный угол,
образуемый направлениями от фокуса источ­
ника излучения ца. центры соседних детекто­
ров. Поскольку за один цикл линейного пере­
мещения формируется столько параллельных
проекций, сколько детекторов в матрице, вре­
мя сбора проекций сокращается во столько же
раз по сравнению с 1-м поколением.
В схемах 1-го и 2-го поколений должны
формироваться проекции, содержащие ин­
формацию в виде отсчетов, разделенных рав­
ными интервалами, привязанными к коорди­
натам объекта контроля. Это предъявляет оп­
ределенные достаточно высокие требования к
точности линейного перемещения и отсчета
координат в процессе перемещения. Исключе­
ние линейного перемещения осуществляется в
схеме сканирования 3-го поколения (рис.
3.8.4, в). В этой схеме система источник-
матрица детектор9В совершает только враща­
тельное движение вокруг исследуемого объек­
та, или соответственно объект вращается внут­
ри неподвижной системы.
Веерный пучок излучения, формируемый
коллиматором, имеет угол раскрытия, охваты­
вающий максимальный поперечный размер
контролируемого объекта. Прошедшее объект
излучение регистрируется большим числом
детекторов. Отличие 3-го поколения от 1-го и
2-го заключается в том, что проекция форми­
руется одномоментно по данным всех детекто­
ров. Таким образом, формирование парал­
лельных проекций в этой схеме в принципе
невозможно, формируются так называемые
веерные проекции.
Детекторы в этой схеме должны обладать
высокой идентичностью параметров и ста­
бильностью, поскольку прямые источник-
детекторы всегда проходят через объект при
любом возможном положении системы и по­
этому калибровка детекгоров в ходе измерений
не осуществима. Для обеспечения идентичнос­
ти каналов регистрации используют однород­
ные детекторы.
Преимущество схемы 3-го поколения -
одномоментное получение всей проекции.
Поэтому полный набор проекций в угле 360®
получается очень быстро, при непрерывном
относительном вращении объекта и системы
излучатель-приемники. Здесь скорость враще-
.ния обусловлена временем накопления кван­
тов излучения для получения отсчета проек­
ции. Эта схема сканирования наиболее широ­
ко используется в медицинской томографии,
так как время сбора всех проекций составляет
несколько секунд.
Еще более быстродействующей за счет
движения детекторов является схема сканиро­
вания 4-го поколения (рис. 3.8.4, г). В схеме
детекторы размещены неподвижно по окруж­
ности, внутри которой источник излучения
перемещается по окружности меньшего радиу­
са, а в центре находится объект исследований.
Кроме ускорения процесса сканирования пре­
имуществом является возможность калибровки
детекторов в моменты, когда прямая от источ­
ника к детектору не пересекает объект. Наибо­
лее серьезный недостаток - влияние рассеян­
ного излучения на качество реконструкции.
Общее число детекторов составляет 500 - 1000
и более.
Дальнейшим улучшением схемы 4-го по­
коления является схема 5-го поколения (рис.
3.8.4, д). В отличие от 4-го поколения кольцо
детекторов качается в плоскости, параллельной
пучку излучения таким образом, чтобы для
каждого положения источника регистрация
проводилась только наиболее отдаленньвси
детекторами. За счет того, что источник выно­
сится за кольцо детекторов, коэффициент ис­
пользования детекторов возрастает. Одновре­
менно решается проблема равноудаленности
детекторов от источника излучения.
В промьшитенной томографии применя­
ют в основном схемы 2-го поколения, сочета­
ющие относительную простоту и высокое быс­
тродействие, реже 3-го поколения, 4-е и 5-е
поколения практически не применяются.
Для получения томограмм подвижных
объектов используется схема с большим (до
28) количеством источников излучения, кото­
рые включаются и вьпслючаются в определен­
ной последовательности. В этом случае время
полного сбора проекционных данных может
быть -0,01 с.
Диапазон сканеров и их характеристик
весьма широк. Сканеры делят приблизительно
на три группы:
1) для микротомографов;
2) для универсальных томографов;
3) для томографии крупногабаритных
объектов.
Поскольку в большинстве случаев ис­
пользуется схема 2-го поколения, все сканеры
осуществляют типичный набор перемещений -
по X, у, Z У^ ф. Сканеры микротомографо
имеют расход стола при возвратно-
поступательном перемещении по х до 100 мм
при точности позиционирования линейной до
1-5 мкм; перемещение по у ручное или ав­
томатическое для изменения коэффициента
увеличения; вращение по ф осуществляется
дискретно, через 3; 6; 9® или другой угол в
зависимости от числа детекторов в пределах
180 или 360^. Угловая точность позициониро­
вания порядка Г. Самые большие сканеры
имеют расход до нескольких метров при точ­
ности позиционирования 0,1 - 0,3 мм; требо­
вания по угловому перемещению аналогичны.
Масса объекта может достигать 50 т. Одновре­
менно с перемещением осуществляется изме­
рение координат объекта. Движением сканера
управляет компьютер.

                                                       
 Х|ф1игтерист1пл томографов:
точность позиционирования объекта ли­
нейная 0,01 мм; угловая 0,004 - 0,01" ;
перемещение вертикальное до 700 мм;
горизонтальное до 1 500 мм;
угол поворота до 180 или 360 * ;
толщина слоя от 5 до 10 мм;
пространственное разрешение 0,5 - 1 мм
(обычное), 0,25 мм (высокое);
обнаруживают:
пустоты до 0,3 мм^,
включения до 0,03 мм^,
трещины с разрывом до 0,025 мм.
Вьпие рассматривались томографы ста­
ционарные. Это ограничивает возможность их
применения. Портативные передвижные томо­
графы могут бьпъ доставлены к объекту и раз­
мещены во1фуг него.
Компанией изотопных исследований
(ФРГ) совместно с Марбургским университе­
том разработан передвижной томограф MST-3.
Внутренний диаметр, соответствующий
максимальному размеру исследуемых объек­
тов, составляет 700 мм. Источником излучения
является i^^Cs или ^Со, матрица детекторов
имеет три детектора на основе сцинтиллятора
NaJ и ФЭУ. Томограф MST-3 был успешно
применен для томографии деревьев.
Компания Rigaku (Япония) разработала
большой и малый передвижные сканеры для
контроля деревьев и строительных колонн.
Излучателями большого и малого томографов
являются рентгеновские трубки соответственно
350 и 40 - 120 кВ, матрица имеет три детекто­
ра NaJ с ФЭУ. Максимальный диаметр объек­
тов 1 300 мм в большом сканере и 200 мм в
малом.

Техника сварки неплавящимся электродом .

  В   настоящее  время   в   качестве  неплавящегося  электрода   используют
преимущественно  стержни  из  чистого   вольфрама  с   активирующими
присадками   лантана ,  циркония ,  цезия ,  бария ,  иттрия,  которые  облегчают
зажигание  и   поддерживают  горение   дуги,  повышают  стойкость   электрода .
Повысить   силу  сварочного   тока  и   уменьшить   расход  электрода   позволяет 
применение   композиционного   электрода .  Уменьшения  контактного
сопротивления  в   месте   зажатия   электрода   в   цанге   и   улучшения   тепло 
отвода  от  него  достигают  за   счет  напрессовки  на  вольфрамовый  электрод
медной  трубки.  Функцию  защитных   в   этих  случаях   выполняют   инертные 
газы  и   их  смеси   или   смеси   инертных   газов   с   азотом  и   водородом.  Не
допускается   использовать   газы,  содержащие  кислород ,  из- за   окисления
вольфрама  и   его   быстрого   разрушения.  При   сварке  в   аргоне  допустимая
сила  сварочного   тока  выше ,  чем   при   сварке  в   гелии .  При   сварке  в 
углекислом   газе   неплавящимися   электродами  могут   служить   угольные   или 
графитовые   стержни.  Но  этот  способ  сварки  находит   ограниченное 
применение   из- за   низкой  производительности.
При   сварке   вольфрамовым  электродом   в  зависимости  от   типа  . свариваемого   металла
используют  постоянный  или   переменный  ток .  При   сварке   на   переменном  токе   рабочий 
конец   электрода  затачивают   в  виде   полусферы .  При   сварке   на   постоянном  токе   конец 
электрода  затачивают   под   углом  60°  на   длине  2—3  диаметров или  в виде  четырехгранной 
пирамиды.  Работа   с   активированными   электродами  и  их  хранение   должны  учитывать 
требования  санитарных правил  работы с  радиоактивными веществами.
Расход  вольфрамовых  электродов   невелик .  Для   его   уменьшения   подачу
защитного  газа   следует   начинать  до  возбуждения   дуги,  а   заканчивать   через 
5—10 с   после   обрыва   дуги  для   охлаждения   электрода   в   струе   газа .  Для 
предупреждения  загрязнения   вольфрамового   электрода   и   оплавления   его 
дугу   возбуждают,  используя   осцилляторы  или   разряд  конденсаторов,  без 
касания   концом   электрода   изделия .
Технологические  свойства  дуги  зависят   от  рода  тока.  При   прямой 
полярности   тока  на  изделия   выделяется   около  70 % тепла ,  что   и 
обеспечивает   более   глубокое  проплавленне   основного  металла ,  чем   при 
токе  с   обратной   полярностью,  где   наблюдается  повышенный  разогрев
электрода ,  и   поэтому  допустимая  сила  сварочного   тока  уменьшена . При 
использовании  переменного  тока  из- за   физических   особенностей 
электропроводимость   дуги  неодинакова  в   различные  полупериоды

полярности   переменного  тока.  Она   выше ,  когда   катод   на  электроде  ( прямая
полярность ), и   ниже,  когда   катод   на  изделии  ( обратная  полярность ). В 
соответствии   с   этим  и   сила  сварочного   тока   больше   при   прямой   и   меньше 
при   обратной   полярности ,  т .  е .  проявляется  выпрямляющий   эффект   сварочной   дуги,  связанный  с   различными  теплофизическими  свойствами 
электрода   и   изделия .
Для   повышения   глубины   проплавления   можно  использовать   следующие 
способы:                             ,
•  сварка  по  окисленной   поверхности.  Наличие  окислов   уменьшает
блуждание   дуги  по  основному  металлу ,  что   повышает 
эффективность   выделения  тепла   в   дуге   и   на  изделии .  Глубина 
проплавления   возрастает  на 15—30 %,  однако  размер  окисной
пленки  должен   быть   в   пределах 20—200  мкм ;
•  сварка  по  слою   флюса.  толщиной   до 0,25  мм,  состоящего   из  галогенидов  и   некоторых  окислов  ( для   сварки  титана  флюсы  АНТ-
15А ,  АНТ-17 А ,  АНТ-19 А ,  АНТ-23 А ). Глубина   проплавления 
увеличивается  благодаря   концентрации   тепловой   энергии   в 
активном   пятне   на  изделии ,  повышению   эффективной   мощности 
дуги.  За  счет  уменьшения   ширины   шва   и   зоны  термического 
влияния  снижаются  коробления   сварных  конструкций ;
сварка  с   добавкой   к   защитному   газу  десятых   долей   процента
газообразных   галогенидов,  которые  способствуют  повышению 
эффективности   тепловой   мощности   дуги.
При   сварке   с   щелевой  разделкой,  когда  первые  слои   сваривают   в  нижней  части
кромок,  используют  автоматы  и  специальной   конструкции   цанги  и  газовые  сопла,
обеспечивающие сварку  в глубокую разделку .
Одной  из  разновидностей   сварки  вольфрамовым  электродом   является
сварка  погруженной   дугой .  При   увеличении   расхода   защитного  газа   дуга 
обжимается ,  а   ее   температур а   повышается .  Давление  защитного  газа   и 
дуги,  оттесняя  из- под   дуги  расплавленный   металл,  способствует 
заглублению  дуги  в   основной   металл.  В   результате  глубина   провара   резко  увеличивается.  При   толщине  металла   до 10  мм  поток   плазмы   создает   в 
металле   отверстие   и   может  выходить   на  обратную   сторону   соединения .
Металл,  оплавленный   на  передней   кромке,  перемещается   в   хвостовую   часть 
ванны   и ,  кристаллизуясь ,  образует   шов .  Благодаря  горению  дуги  ниже
верхней   поверхности  основного  металла   шов   имеет   бочкообразную  . форму

Этим  способом  без  разделки   кромок  за   один  проход  можно   сваривать  металл 
толщиной  до 50  мм  при   зазоре   между   кромками 6—10 мм.  При   сварке   вольфрамовым
электродом   дуга   может   гореть   как  при   практически постоянной  силе  сварочного  тока ,  так
и  по  определенной   программе —импульсная   дуга  ( сварка   пульсирующей  дугой ).  Этот
способ   находит  применение  при   сварке   тонкого  металла  толщиной  от   долей
миллиметров   до 3—4  мм.  В  этом   случае   требуется   небольшая   сила   сварочного   тока ,  при 
которой дуга  неустойчива.  Повышение тока  увеличивает и размеры  сварочной ванны ,  что
часто  приводит  к  прожогам.  Использование  тока ,  по  величине   достаточного   для
стабильного  горения  дуги   и  включаемого   периодически ,  импульсами  с   частотой   которая
уменьшает   размеры   сварочной  ванны ,  образу ющейся  из   отдельных   точек .  В  перерыве между   импульсами  тока   сварочная  ванна  у с певает   частично   закристаллизоваться ,  что
снижает   вероятность  прожогов.  Для  предупреждения   этого  в  паузах   между   импульсами
поддерживается   дежурная  дуга   с   уменьшенным  сварочным   током .  Регулируя   соотношение   между   Iимп    и,  I паузы      и  продолжительностью  цикла  ,  а   также   скоростью
сварки ,  изменяют  форму   и  размеры   шва.  Этот  способ   позволяет  сваривать  стыковые
соединения  на  весу  во  всех  пространственных  положениях( ППС-01).
Дуговой   сваркой  вольфрамовым  электродом   можно   сваривать  все  типы  соединений
различных   пространственных   положениях,  Этот  способ   обычно  целесообразен  для
соединения   металла  толщиной  до 5—6  мм.  Однако  его  можно   использовать   и  для
металла  большей   толщины .  Сварка  выполняется  без  присадочного   металла,  когда  шов
формируется  за   счет   расплавления   кромок,  и  с   присадочным   металлом,  подаваемым  и
зону   дуги   в  виде   сварочной  проволоки.  Как  правило,  сварку   ведут  при   напряжении  дуги
22— .34  В,  при   этом   длина   дуги   должна  быть 1,5—3  мм.  Вылет   конца   электрода  и
сопла  не   должен  превышать  3—5  мм,  а   при   сварке   угловых   швов  и  стыковых
разделкой — 5—7  мм.
При   соединении   металла   толщиной   до 10  мм  вручную   сварку  выполняют 
справа  налево.  Поток   защитного  газа   должен   надежно  охватывать   всю 
область   сварочной  ванны   и   разогретую   часть   сварочной  проволоки.  При 
уменьшении   толщины   свариваемого   металла   угол   между  горелкой   и 
изделием   уменьшают.  Для   сварки  материала  толщиной   свыше 10  мм
следует   применять  правый   способ  сварки,  а   угол   между  горелкой   и 
изделием   должен   быть  близким  к  90°.  Такое   положение  горелки 
относительно   изделия   рекомендуется   и   при   сварке  угловых   соединений .
Сварочную   проволоку  вводят  не  в   столб   дуги,  а   сбоку    возвратно -
посту пательными  движениями  при   сварке  тонколистового   металла .  При   механизированной  и   автоматической   сварке  электрод  располагают  перпендикулярно  поверхности  изделия .  Угол  между  ним   и   сварочной
проволокой   приближается   к  90°.  При   сварке  многослойных  швов  от-
дельные  валики  рекомендуется   выполнять  не  на  всю   ширину   разделки .
При   сварке   вертикальных   швов  на   спуск   при   значительных   размерах   сварочной  ванны 
расплавленный   металл   может ,  подтекая   под   электрод ,  уменьшить   глубину   проплавления 
и  привести   к  закорачиванию   дуги .  Дугу   следует   обрывать   понижением  сварочною   тока ,  а 
при   ручной  сварке —ее   постепенным   удлинением.  Особенные   трудности,  приводящие  к
нарушению  формирования  шва  при    сварке   стыковых  соединений  тонколистового 
металла  толщиной  до '2,5  мм,  возникают   из - за   деформации  кромок.  Для  их
предупреждения   применяют   клавишные   прижимные  приспособления ,  сборку   соединения 
под  углом  7—10°  или  местный  отгиб кромок в сторону подкладки.
При   сварке  толстолистового  металла   толщиной   до 60  мм  и   более 
целесообразно  использовать   многослойную   сварку  в   щелевой  зазор .  Для 
этого   кромки   соединения   подготовляют   без   скоса  ( 90°  к   поверхности)  и 
собирают   с   зазором  6—8  мм.  Первый   слой  сваривают  на  медной  съемной
подкладке  или   на  остающейся   подкладке.  Диаметр  активированного 
электрода  2,5—4  мм,  сварочный  ток .  При   таких   размерах  щели  и   электрода 
достигается   равномерное  оплавление   обеих   кромок   соединения .  Качество
соединения   можно  повысить ,  если  применить  электрод  с   отогнутым 
рабочим  концом   у   в   процессе  сварки  сообщить   ему   вращательные  движения 
в   щель  от  одной   кромки   к   другой.  Для   улучшения   сплавления   между
слоями   сварочную   проволоку  рекомендуется   подавать  в   сварочную   ванну 
дугой .  Зону  сварки  защищают  аргоном  или   смесью   из  равных   долях   аргона
и   гелия .  При   горении   дуги  в   щели  улучшается  использование  ее   тепла   для 
плавления  металла .