工業(yè)X射線探傷機(jī)的研究進(jìn)展

【摘要】x射線探傷由于其具有較高的靈敏度和對(duì)被檢件缺陷的有效留據(jù)和存檔，一直以來(lái)是工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用的—種檢測(cè)方法。x射線探傷機(jī)則是工業(yè)射線探傷的必要設(shè)備，利用x射線探傷機(jī)，可以有效檢查金屬、橡膠、瓷器、塑料、木材等材料及其制成零件的質(zhì)量。利用X射線透視攝片的方法，從軟片上顯示出材料或制成零件的內(nèi)部缺陷，分析其性質(zhì)、大小、形狀、部位，以評(píng)定制品的質(zhì)量。本文主要對(duì)工業(yè)X射線探傷機(jī)的研究進(jìn)展進(jìn)行了相關(guān)論述。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)x射線探傷機(jī)；研究進(jìn)展

在工業(yè)探傷上，x射線的產(chǎn)生是利用x射線管中高速度電子去撞擊陽(yáng)極靶.電子運(yùn)動(dòng)突然被陽(yáng)極靶制止，其動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，一小部分轉(zhuǎn)變?yōu)閤射線能。x射線管是用來(lái)產(chǎn)生x射線的一種真空二極管。其陰極（燈絲）用來(lái)產(chǎn)生熱電子。在陽(yáng)極與陰極間加高電壓，電子由于陽(yáng)極高電位的吸引，即以高速皮向陽(yáng)極靶撞擊，從而產(chǎn)生x射線。x射線管中電子的高速運(yùn)動(dòng)是利用陽(yáng)，陰極間的高電壓形成的。x射線管兩極的高電壓是由高壓發(fā)生器（主要由高醫(yī)變壓器等組成）供給的。高壓發(fā)生器一般要浸在絕緣油里工作。目前工業(yè)上采用的x射線機(jī)最大為420千伏。如欲獲得高能x射線可采用加速器，在探傷上應(yīng)用直線加速器越來(lái)越多。本文主要從x射線探傷機(jī)的關(guān)鍵部件-加速器發(fā)展趨勢(shì)及進(jìn)程入手，介紹了工業(yè)x射線探傷機(jī)的研究進(jìn)展。

一、工業(yè)x射線探傷機(jī)加速器的趨勢(shì)分析

最近十多年來(lái)，世界上射線探傷加速器的發(fā)展十分迅速。一方面工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家擁有的探傷加速器臺(tái)數(shù)迅增，另一方是探傷加速器的性能，特別是在小型化和可靠性方面，也取得了顯著的進(jìn)展。已由過(guò)去的好幾噸重減輕到幾百公斤，甚至只有幾十公斤，某些小型駐波電子直線加速器可以可靠地工作十年以上。一般探傷加速器，包括高壓加速器（分共振變壓器和靜電加速器）、電子感應(yīng)加速器、電子直線加速器和電子迥轉(zhuǎn)加速器四種。目前，已被電子直線加速器所取代。當(dāng)前世界上主要探傷加速器已系列化；商品化，特別是電子直線加速器，在高能射線探傷的電子能量范圍內(nèi)，可輸出很強(qiáng)的x射線，已能滿足一般探傷的需要，故已基本定型。探傷加速器的發(fā)展趨勢(shì)（以駐波電子直線加速器為代表），主要是完善和提高實(shí)用能力和性能，力爭(zhēng)把高靈敏度，高生產(chǎn)率，經(jīng)濟(jì)性和通用性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，即趨向小型化、高可靠性，長(zhǎng)壽命，低成本。

1、小型化

最近十多年來(lái)。小型化取得了重大發(fā)展。由于采用邊耦合的駐波電子直線加速器，使原來(lái)的行政電子直線加逮器輻射頭晦體積、重量及電源功串都分別減小了50%以上，另外，由于采用5cm或3cm隨波長(zhǎng)的微波功率潦代替了原來(lái)的10cm波源，其加速器的結(jié)構(gòu)尺寸變小，體積重量已減小。如美國(guó)的Schonberg、Radiation公司用3cm磁控管、作微波源的輕便可攜帶超小型探傷行波電子直線加速器的輻射頭重為61kg。

2、高可靠性長(zhǎng)壽命

影響使用壽命的主要因素是管內(nèi)真空、陰極及其熱電子：影響可靠性的主要因素是管子真空度、電路工作狀態(tài)、電子能量和輸出x射線強(qiáng)度的波動(dòng)。因此，采用了全金屬—陶瓷全密封的加速管結(jié)構(gòu)，通過(guò)高溫釬焊或氬弧焊等電真空工藝連接成不可拆卸的不漏氣的整體，并采用無(wú)油超高真空排氣技術(shù)和長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤工藝以徹底去氣與排氣，采用固體電路或集成電路標(biāo)準(zhǔn)插件板。另外采用鎖相自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)可以使磁控管的工作頻率總是等于（自動(dòng)跟蹤）加速管的諧振頻率，使機(jī)器處于最佳工作狀態(tài)，大大減小了有關(guān)性能的波動(dòng)，使可靠性提高。為了提高壽命，選用了長(zhǎng)壽命的擴(kuò)散型陽(yáng)極及長(zhǎng)壽命熱子，美國(guó)Varian公司生產(chǎn)的4Mev小型駐波電子直線加速器，采用了上述措施，機(jī)器性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，工作可靠，停機(jī)檢修與正常工作的時(shí)間比接近1：100，可連續(xù)運(yùn)行十年以上。

3、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低成本

雖然邊耦合駐波加速結(jié)構(gòu)性能良好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前，世界各國(guó)都力圖采用多種方案來(lái)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低成本。日本三菱研究了單周期π模駐波加速結(jié)構(gòu)，但效串還不太高，工作還不夠穩(wěn)定，法國(guó)、加拿大研究了雙周期和三周期軸耦合駐波加速結(jié)構(gòu)，把邊耦合加速結(jié)構(gòu)中的耦合腔又移回中心軸線上，井盡可能壓縮軸向長(zhǎng)度，如法國(guó)的Neptueio探傷加速器就是采用三周期軸耦合駐波加速結(jié)構(gòu)，但效率略有下降。

二、x射線探傷機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

1、攜帶式x射線探傷機(jī)

為了便于攜帶，就要求這類探傷機(jī)向重量輕、體積小、使用可靠等方面發(fā)展，目前主要采用如下措施來(lái)減輕重量。縮小x射線管尺寸，如采用金屬陶瓷x射線管；僅在x射線發(fā)生器的放射線窗口附近局部襯鉛；在玻璃X射線管外殼上包特殊皺紋紙，可提高可靠性，但缺點(diǎn)是影響散熱，x射線發(fā)生器內(nèi)充以六氟化硫等氣體代替變壓器油。提高高壓變壓器的工作頻率，來(lái)提高x射線管的工作頻率，而減輕高壓變壓器的重量。目前一般把工作頻率從50-60Hz提高到400-800Hz，也有將一般工頻電源通過(guò)操縱臺(tái)變換成矩形脈沖波后加給高壓變壓器，利用脈沖波的多次諧振可相當(dāng)于提高頻率，可以減輕高壓變壓器的重量。現(xiàn)國(guó)外已生產(chǎn)一種稱為升壓片的器件，將鐵心和高壓變壓器繞組的尺寸大為縮小，并根據(jù)要求來(lái)選用升壓片的數(shù)量，這樣x射線發(fā)生器的重量和體積大大減輕和縮小。采取上述措施改進(jìn)的x射線發(fā)生器，其重量顯著減小。對(duì)這類x射線探傷機(jī)的操縱臺(tái)的重量和可靠性也采取了些措施，如先前的x射線探傷機(jī)的操縱臺(tái)一般都有半自動(dòng)曝光參數(shù)預(yù)選裝置，有的還有波形變換裝置，電路較比復(fù)雜。目前已用集成組件代替其復(fù)雜電路和大型部件，操縱臺(tái)的重量和體積都大大的減小，一般為10kg。為了提高其操縱臺(tái)的可靠性，目前對(duì)操縱臺(tái)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制和計(jì)量，大大提高了可靠性和準(zhǔn)確性。

2、移動(dòng)式x射線探傷機(jī)

移動(dòng)式x射線探傷機(jī)主要向自動(dòng)化和高可靠性方向發(fā)展。目前我國(guó)已有50—400kV的定向和周向照射的系列化產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和高可靠性，一般都采用了恒壓、穩(wěn)流和完善的保護(hù)裝置。德國(guó)塞福特公司和荷蘭菲利浦公司都采用插件控制，插件上規(guī)定了各種要求的曝光參數(shù)，插件被插入操縱臺(tái)專用插口上，并與機(jī)械手和傳送帶相配合，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)檢查和分選。該公司還配有自動(dòng)取放膠片的機(jī)械手和打號(hào)機(jī)構(gòu)，并已制成了一種500mm×l20mm×8mm的軟墊狀電離室，進(jìn)行自動(dòng)曝光，它的背面有厚度為lmm的鉛箔，以防外來(lái)射線。使用時(shí)放在被透照沖背面膠片外側(cè)，測(cè)量透照時(shí)透過(guò)膠片后的x射線的劑量，達(dá)到一定數(shù)值后即可自動(dòng)切斷x射線管電壓。這樣可以有效地控制曝光時(shí)間，保證底片黑度均勻。還可根據(jù)被透射材料的品種和厚度，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)管電壓。

參考文獻(xiàn)

[1]余吉先，射線探傷裝置.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.08.

[2]陳萬(wàn)金，陳燕俐，蔡捷編著.輻射及其安全防護(hù)技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2006.01.