《【2017年整理】02.射线照相检验设备与器材》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】02.射线照相检验设备与器材（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第 2 章 射线照相检验设备与器材2.1 X 射线机2.1.1 X射线机的基本结构与类型工业射线照相探伤中使用的低能 X 射线机，简单地说是由四部分组成：射线发生器（X 射线管） 、高压发生器、冷却系统、控制系统。当各部分独立时，高压发生器与射线发生器之间应采用高压电缆连接。X 射线机可以从不同方面进行分类。按照 X 射线机的结构， X 射线机通常分为三类，便携式 X 射线机、移动式 X 射线机、固定式 X 射线机。便携式 X 射线机采用组合式射线发生器，其 X 射线管、高压发生器、冷却系统共同安装在一个机壳中，也简单地称为射线发生器，在射线发生器中充满绝缘介质。整机由两个单元构成，即控制器
2、和射线发生器，它们之间由低压电缆连接。在射线发生器中所充的绝缘介质，较早时为高抗电强度的变压器油，其抗电强度应不小于 3050kV/2.5mm 。现在多数充填的绝缘介质是六氟化硫（SF 6） ，以减轻射线发生器的重量。充填的 SF6 气体的气压应不低于 0.34MPa（3.5kg/cm 2） ，但也不能过高，以防机壳爆裂，通常不应超过0.49MPa（5.0kg/cm 2） 。采用充气绝缘的便携式 X 射线机，体积小、重量轻，便于携带，利于现场进行射线照相检验。便携式 X 射线机的管电压一般不超过 320kV，管电流经常固定为 5mA，连续工作时间一般为 5min。移动式 X 射线机具有分立的各
3、个组成部分，但它们共同安装在一个小车上，可以方便地移动到现场、车间，进行射线检验。冷却系统为良好的水循环冷却系统。X 射线管采用金属陶瓷 X 射线管，管电压不高于 160kV（或 150kV） ，尺寸小，射线发生器通常就是 X 射线管，它与高压发生器之间采用一长达 15m 左右的高压电缆连接，以便于现场的防护和操作。固 定 式 X 射 线 机 采 用 结 构 完 善 、 功 能 强 的 分 立 射 线 发 生 器 、 高 压 发 生 器 、 冷 却 系 统 和控 制 系 统 ， 射 线 发 生 器 与 高 压 发 生 器 之 间 采 用 高 压 电 缆 连 接 ， 高 压 电 缆 的 长 度
4、一 般 为2m。 其 体 积 大 、 重 量 也 大 ， 不 便 移 动 ， 因 此 固 定 安 装 在 X 射 线 机 房 内 。 这 类 X 射 线 机 已形 成 150kV、 250kV（ 225kV） 、 320kV、 450kV（ 420kV） 等 系 列 ， 其 管 电 流 可 用 到 30mA甚 至 更 大 的 值 ， 系 统 完 善 ， 工 作 效 率 高 ， 它 是 检 验 实 验 室 应 优 先 选 用 的 X 射 线 机 。X 射 线 机 也 可 以 按 其 他 方 面 分 类 ， 例 如 按 照 X 射 线 机 的 工 作 电 压 可 分 为 恒 压 X 射 线机 和
5、脉 冲 X 射 线 机 ， 按 照 加 在 X 射 线 管 上 的 电 压 脉 冲 频 率 可 分 为 恒 频 X 射 线 机 和 变 频 X24射 线 机 ， 按 照 所 使 用 的 X 射 线 管 可 分 为 玻 璃 管 X 射 线 机 和 陶 瓷 管 X 射 线 机 ， 按 照 X 射 线管 的 辐 射 角 可 分 为 定 向 X 射 线 机 和 周 向 X 射 线 机 ， 按 照 X 射 线 管 焦 点 尺 寸 可 分 为 微 焦 点 、小 焦 点 和 常 规 焦 点 X 射 线 机 等 ， 但 目 前 较 多 采 用 的 是 按 照 结 构 进 行 分 类 。2.1.2 X射线管X
6、射线机的核心器件是 X 射线管，普通 X 射线管的基本结构如图 2-1 所示。它主要由阳极、阴极和管壳构成。图2-1 X 射线管结构示意图阳极是产生 X 射线的部位。主要由阳极体、阳极靶和阳极罩组成。阳极的基本结构如图 2-2 所示。阳极体为具有高热传导性的金属电极，典型的阳极体由无氧铜制做。其作用是支承阳极靶，并将阳极靶上产生的热量传送出去，避免靶面烧毁。阳极靶的作用是承受高速电子的撞击，产生 X 射线。阳极靶紧密镶嵌在阳极体上，与阳极体具有良好的接触。由于工作时阳极靶直接承受高速电子的撞击，电子大部分动能在它上面转换为热，因此阳极靶必须耐高温。此外，阳极靶应具有高原子序数，才能具有较高的
7、X 射线转换效率。所以，对工业射线照相检验用的 X 射线管，其阳极靶采用钨制做。阳极靶的表面应磨成镜面，并与 X 射线管轴成一定角度，靶面与管轴垂线所成的角度常称为靶面角。阳极靶可以采用不同的结构，以产生不同的辐射。例如，常用锥形靶和平面形靶产生周向辐射 X 射线，也有的 X 射线机采用特殊的旋转阳极靶，它不仅可以改善散热状况，而且可以获得更高的管电流。高速电子撞击阳极靶时会产生二次电子，二次电子可集聚在管壳上，形成一定电位，影响飞向阳极靶的电子束，阳极罩就是用来吸收高速电子撞击阳极靶时产生的二次电子。阳极罩常用铜制做，在朝向阴极方向有一小孔，阴极发射的电子从这个小孔进入，撞击阳极靶；阳极罩的
8、侧面也有一个小孔，常用原子序数很低的薄铍板覆盖，称为窗口，阳极靶产生的 X 射线从此窗口辐射出来。图2-2 阳极的基本结构示意图1阳极罩 2阳极体 3放射窗口 4阳极靶25X 射线管的阳极特性是指，在一定的阴极灯丝电流下，管电流与管电压的关系。图 2-3 是 X 射线管的阳极特性曲线。从图中可以看到，管电流在最初随着管电压升高而增加，但当管电压达到一定值以后，管电流趋于饱和。产生这种饱和特点的原因是，灯丝发射的电子已接近全部到达阳极靶。当 X射线管施加的管电压较低时，为了得到较大的管电流，只能采用更大的灯丝电流。但实际上灯丝电流也只能在一定范围内调整，这也就限定了低管电压下可使用的最大管电流。
9、阴极是 X 射线管中发射电子的部位，它由灯丝和一定形状的金属电极聚焦杯（阴极头）构成。灯丝由钨丝绕成一定形状，聚焦杯包围着灯丝。灯丝在灯丝电流加热下可发射热电子，这些电子在 X 射线管的管电压作用下，高速飞向阳极靶，最终通过轫致辐射在阳极靶产生X 射线。灯 丝 发 射 电 子 的 能 力 随 灯 丝 温 度 ， 也 就 是 灯 丝 的 加 热 电 流 而 改 变 。 当 灯 丝 温 度 增 高 时 ，发 射 电 子 的 能 力 也 增 大 。 由 于 钨 的 熔 点 高 （ 3370 ） ， 且 蒸 发 率 低 ， 所 以 工 业 探 伤 用 X 射线 管 的 灯 丝 采 用 钨 制 做 。
10、灯 丝 的 主 要 形 状 有 圆 形 、 线 形 、 矩 形 等 ， 灯 丝 的 形 状 、 尺 寸 及 聚焦 杯 的 形 状 、 尺 寸 、 与 灯 丝 的 相 对 位 置 等 ， 都 直 接 影 响 X 射 线 管 的 焦 点 。 灯 丝 温 度 通 过 调节 灯 丝 变 压 器 的 电 压 改 变 灯 丝 电 流 进 行 调 节 ， 过 高 的 灯 丝 电 流 将 会 烧 毁 灯 丝 。X 射线管的阴极特性是指，在一定管电压下，管电流与灯丝电流之间的关系。图 2-4是 X 射线管的阴极特性曲线。X 射线管的管壳封出一个高真空腔体，并在腔内封装阳极和阴极。管内的真空度应达到 1.33（1
11、0 310 5）Pa。管壳必须具有足够高的机械强度和电绝缘强度。工业射线检测常用的 X 射线管的管壳主要采用玻璃与金属或陶瓷与金属制做。采用玻璃与金属制做管壳的 X 射线管称为玻璃 X 射线管。采用陶瓷与金属制做管壳的 X 射线管分为两类，一类是金属陶瓷 X 射线管，另一类是波纹陶瓷 X 射线管。图 2-5 是波纹陶瓷 X 射线管的结构示意图。金属陶瓷 X 射线管以不锈钢管代替玻璃管壳，用陶瓷材料绝缘，与玻璃管壳的 X 射线管比较，它的主要特点是结构牢固、寿命长，现在已经是 X 射线管的重要类型。波纹陶瓷 X 射线管是广泛应用在的另一类 X 射线管，它与金属陶瓷 X 射线管具有类似的特点。普通
12、玻璃X 射线管的寿命一般为 400 500h，陶瓷 X 射线管的寿命一般在 1000h 以上。这里所说的寿命是指 X 射线管的辐射量降低到规定值的 80%以下，并不是指 X 射线管本身损坏。目前，在工业射线检测中还使用的另一种 X 射线管是微焦点 X 射线管。这是一类特殊结构的 X 射线管，管的焦点尺寸现在可小到几微米，它采用了一套电子聚焦系统，以便形成很细的电子束。这种 X 射线管的工作电压较低，一般不超过 160kV，管电流也远小于普通 X 射线管，一般不超过数百微安。图2-3 X 射线管的阳极特性曲线26图2-4 X 射线管的阴极特性曲线 图2-5 波纹陶瓷 X 射线管结构示意图在 X
13、射线管中产生 X 射线的基本过程如下。X 射线管的阴极灯丝通过电流，被加热到2000以上后发射电子，这些电子聚集在灯丝附近。当 X 射线管的阳极和阴极间施加上高压后，电子在这个高压作用下被加速，高速飞向阳极靶，穿过阳极和阴极之间的空间后撞击到阳极靶上。通过轫致辐射，电子的一部分动能转化为 X 射线，从 X 射线管窗口辐射出来。电子的大部分动能传给了阳极靶，使它迅速升温。从这个过程可以看出，为了保证 X 射线管能够正常地工作，产生一定能量和强度的 X射线，X 射线管必须具有足够的真空度、足够的绝缘强度和足够的散热能力。X 射线管的结构、所达到的绝缘强度和真空度，限定了在阳极和阴极间所能施加的最高
14、高压。由于气体分子在电子的撞击下可以发生电离，产生附加的电流，真空度同时还将影响 X 射线管管电流的稳定性，这也直接关系到 X 射线管的正常工作和寿命。显然，如果不能很好地散热，X 射线管的阳极将迅速升到很高的温度，不仅会使阳极靶烧毁，而且也会导致 X 射线管整体损坏。使用时，X 射线管置于一定的外壳中， X 射线管与此外壳和外壳中充填的绝缘介质等构成一个整体，通常称为射线发生器（机头） 。对便携式 X 射线机，射线发生器还会包括高压部分。外壳由具有一定强度的金属制做，外壳上有一系列的插座，包括可能有的高压电缆插座和冷却循环用的接管等。在外壳内应有一定厚度的铅屏蔽层，使漏泄辐射量降低到规定的要求。内部充填的绝缘介质主要是高抗电强度的变压器油或六氟化硫气体。图 2-
