工业X射线探伤机的研究进展

【摘要】x射线探伤由于其具有较高的灵敏度和对被检件缺陷的有效留据和存档，一直以来是工业领域广泛使用的—种检测方法。x射线探伤机则是工业射线探伤的必要设备，利用x射线探伤机，可以有效检查金属、橡胶、瓷器、塑料、木材等材料及其制成零件的质量。利用X射线透视摄片的方法，从软片上显示出材料或制成零件的内部缺陷，分析其性质、大小、形状、部位，以评定制品的质量。本文主要对工业X射线探伤机的研究进展进行了相关论述。

【关键词】工业x射线探伤机；研究进展

在工业探伤上，x射线的产生是利用x射线管中高速度电子去撞击阳极靶.电子运动突然被阳极靶制止，其动能大部分转变为热能，一小部分转变为x射线能。x射线管是用来产生x射线的一种真空二极管。其阴极（灯丝）用来产生热电子。在阳极与阴极间加高电压，电子由于阳极高电位的吸引，即以高速皮向阳极靶撞击，从而产生x射线。x射线管中电子的高速运动是利用阳，阴极间的高电压形成的。x射线管两极的高电压是由高压发生器（主要由高医变压器等组成）供给的。高压发生器一般要浸在绝缘油里工作。目前工业上采用的x射线机最大为420千伏。如欲获得高能x射线可采用加速器，在探伤上应用直线加速器越来越多。本文主要从x射线探伤机的关键部件-加速器发展趋势及进程入手，介绍了工业x射线探伤机的研究进展。

一、工业x射线探伤机加速器的趋势分析

最近十多年来，世界上射线探伤加速器的发展十分迅速。一方面工业发达国家拥有的探伤加速器台数迅增，另一方是探伤加速器的性能，特别是在小型化和可靠性方面，也取得了显著的进展。已由过去的好几吨重减轻到几百公斤，甚至只有几十公斤，某些小型驻波电子直线加速器可以可靠地工作十年以上。一般探伤加速器，包括高压加速器（分共振变压器和静电加速器）、电子感应加速器、电子直线加速器和电子迥转加速器四种。目前，已被电子直线加速器所取代。当前世界上主要探伤加速器已系列化；商品化，特别是电子直线加速器，在高能射线探伤的电子能量范围内，可输出很强的x射线，已能满足一般探伤的需要，故已基本定型。探伤加速器的发展趋势（以驻波电子直线加速器为代表），主要是完善和提高实用能力和性能，力争把高灵敏度，高生产率，经济性和通用性有机地结合起来，即趋向小型化、高可靠性，长寿命，低成本。

1、小型化

最近十多年来。小型化取得了重大发展。由于采用边耦合的驻波电子直线加速器，使原来的行政电子直线加逮器辐射头晦体积、重量及电源功串都分别减小了50%以上，另外，由于采用5cm或3cm随波长的微波功率潦代替了原来的10cm波源，其加速器的结构尺寸变小，体积重量已减小。如美国的Schonberg、Radiation公司用3cm磁控管、作微波源的轻便可携带超小型探伤行波电子直线加速器的辐射头重为61kg。

2、高可靠性长寿命

影响使用寿命的主要因素是管内真空、阴极及其热电子：影响可靠性的主要因素是管子真空度、电路工作状态、电子能量和输出x射线强度的波动。因此，采用了全金属—陶瓷全密封的加速管结构，通过高温钎焊或氩弧焊等电真空工艺连接成不可拆卸的不漏气的整体，并采用无油超高真空排气技术和长时间高温烘烤工艺以彻底去气与排气，采用固体电路或集成电路标准插件板。另外采用锁相自动频率控制系统可以使磁控管的工作频率总是等于（自动跟踪）加速管的谐振频率，使机器处于最佳工作状态，大大减小了有关性能的波动，使可靠性提高。为了提高寿命，选用了长寿命的扩散型阳极及长寿命热子，美国Varian公司生产的4Mev小型驻波电子直线加速器，采用了上述措施，机器性能稳定，操作简便，工作可靠，停机检修与正常工作的时间比接近1：100，可连续运行十年以上。

3、简化结构降低成本

虽然边耦合驻波加速结构性能良好，但结构复杂。目前，世界各国都力图采用多种方案来简化结构降低成本。日本三菱研究了单周期π模驻波加速结构，但效串还不太高，工作还不够稳定，法国、加拿大研究了双周期和三周期轴耦合驻波加速结构，把边耦合加速结构中的耦合腔又移回中心轴线上，井尽可能压缩轴向长度，如法国的Neptueio探伤加速器就是采用三周期轴耦合驻波加速结构，但效率略有下降。

二、x射线探伤机的发展趋势

1、携带式x射线探伤机

为了便于携带，就要求这类探伤机向重量轻、体积小、使用可靠等方面发展，目前主要采用如下措施来减轻重量。缩小x射线管尺寸，如采用金属陶瓷x射线管；仅在x射线发生器的放射线窗口附近局部衬铅；在玻璃X射线管外壳上包特殊皱纹纸，可提高可靠性，但缺点是影响散热，x射线发生器内充以六氟化硫等气体代替变压器油。提高高压变压器的工作频率，来提高x射线管的工作频率，而减轻高压变压器的重量。目前一般把工作频率从50-60Hz提高到400-800Hz，也有将一般工频电源通过操纵台变换成矩形脉冲波后加给高压变压器，利用脉冲波的多次谐振可相当于提高频率，可以减轻高压变压器的重量。现国外已生产一种称为升压片的器件，将铁心和高压变压器绕组的尺寸大为缩小，并根据要求来选用升压片的数量，这样x射线发生器的重量和体积大大减轻和缩小。采取上述措施改进的x射线发生器，其重量显著减小。对这类x射线探伤机的操纵台的重量和可靠性也采取了些措施，如先前的x射线探伤机的操纵台一般都有半自动曝光参数预选装置，有的还有波形变换装置，电路较比复杂。目前已用集成组件代替其复杂电路和大型部件，操纵台的重量和体积都大大的减小，一般为10kg。为了提高其操纵台的可靠性，目前对操纵台采用优化设计，使用微机系统进行控制和计量，大大提高了可靠性和准确性。

2、移动式x射线探伤机

移动式x射线探伤机主要向自动化和高可靠性方向发展。目前我国已有50—400kV的定向和周向照射的系列化产品。为了实现自动化和高可靠性，一般都采用了恒压、稳流和完善的保护装置。德国塞福特公司和荷兰菲利浦公司都采用插件控制，插件上规定了各种要求的曝光参数，插件入操纵台专用插口上，并与机械手和传送带相配合，可实现自动控制、自动检查和分选。该公司还配有自动取放胶片的机械手和打号机构，并已制成了一种500mm×l20mm×8mm的软垫状电离室，进行自动曝光，它的背面有厚度为lmm的铅箔，以防外来射线。使用时放在被透照冲背面胶片外侧，测量透照时透过胶片后的x射线的剂量，达到一定数值后即可自动切断x射线管电压。这样可以有效地控制曝光时间，保证底片黑度均匀。还可根据被透射材料的品种和厚度，来自动调节管电压。

参考文献

[1]余吉先，射线探伤装置.机械工业出版社，2008.08.

[2]陈万金，陈燕俐，蔡捷编著.辐射及其安全防护技术.化学工业出版社，2006.01.