射线检测设备和器材

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1、射线检测设备和器材2.1 X 射线机2.1.1 X射线机的分类1、按结构划分1）携带式 X 射线机体积小，重量轻，适用于野外、高空作业。2）移动式X射线机 体积和重量较大，能量大，mA连续可调，工作效率高，适用于 固定探伤室。2、按辐射方向划分1）定向 X 射线机 辐射角是 40的圆锥角。细分又分为定向玻璃管和定向波纹陶瓷管；2）周向X射线机 又分为周向锥靶机（辐射角360X12 ）和周向平靶机（辐射角360X24）。3、按绝缘方式划分1）油绝缘X射线机 使用45号或25号变压器油绝缘。体积大，重量重，是一种已经被淘汰的机型。2）气绝缘X射线机 采用高压绝缘气体六氟化硫（SF ）绝缘。体积小重

2、量轻，控制、6保护功能齐全，是目前使用最多的机型。4、按工作频率划分（给高压发生器的初级提供的信号频率）1）工频机 工作频率50HZ，如油绝缘携带式X光机。2）变频机 工作频率在170HZ300HZ范围内变化。在改变KV的过程中，为使管电流 稳定在某一特定值（如5mA），采取改变初级信号的占空比，而脉冲宽度保持不变即改变信 号的频率来实现。是目前使用最为普遍的机型。3）恒频机 实现恒频有两种方式，一种是占空比、频率及脉宽均不变，灯丝加热是单 独的一套电路，通过对管电流的跟踪取样检测，调整灯丝的加热电流，也能实现稳定管电流 的目的。如日本东芝射线机。另一种是占空比改变，但频率不变。4）高频机 工

3、作频率在KHZ量级，可大大缩小高压发生器的体积，是携带式X射线机的发展方向，尚未推向市场。另外，还有一种便携式恒压X射线机，加在X光管上的电压是恒电压，使X光管工作时所通过的直流纹波相当平稳。最低20KV启动，010mA连续可调，100%工作效率。工业探伤常用的国产变频充气X射线机及性能参数。型号特性说明管电压KV管电流mA最大穿透A3(mm)发生器重量(kg)隹占八八、(mm)XXQ-2505定向辐射玻璃管150-250538362.0X2.0XXH-2505(XXHA-2505)周向平靶玻璃管(周向锥靶玻璃管)150-250537(34)361.0X2.4(1.0X5.0)XXG-2505

4、定向辐射陶瓷管150-250539252.0X2.02.1.2 X射线机的结构1、X射线管(X光管)1) X 射线管的结构flit.X光管主要有阴极、阳极和外壳三部分组成。如图2-1图 2-1 X 射线管示意图阴极：X光管的阴极是发射电子和聚焦电子的部位。主要有灯丝和阴极头组成。当阴 极通电后，灯丝被加热，发射电子，并被阴极头聚成一束，在高压电场的作用下，飞向阳极 轰击靶面，产生X射线。阳极：X光管的阳极是产生X射线的部分，主要有阳极靶、阳极体、阳极罩组成。由于产生X射线时，高速运动的电子撞击阳极靶约有1%的能量转换为X射线，绝大部 分转化为热能，使靶面温度升高，因此，X光管在工作中阳极的冷却

5、十分重要。如冷却不及 时，阳极过热会排出气体，降低X光管的真空度，严重时可以将靶面熔化以至龟裂脱落，使 整个管子丧失工作能力。阳极靶一般采用原子序数较大，耐高温的钨来制造。阳极体的作用是支承靶面，传送靶上的热量，避免钨靶烧坏。一般采用导热率大的无氧 铜制成。电子撞击阳极时，所产生的二次电子落到X光管外壳的内壁上形成表面电荷，将对电子束产生不良影响，用铜制成的阳极罩可以吸收二次电子，防止这种影响。在阳极罩正对靶面 的斜面处开有能使X射线通过的窗口，窗口上装有对X射线吸收较少且原子序数很小的元素 玻。X 光管的散热方式一般有以下几种： 辐射散热式、强制风冷：多用于携带式气绝缘X射线机上。 冲油冷却

6、式：这种X射线管的阳极制成空腔式，用外循环油通过空腔来冷却。多 用于移动式X射线机中。 旋转阳极自然冷却:多用于大电流的医疗机中，常采用一种旋转阳极式的X光管。用 旋转阳极制成的X光管，不但可以得到较小的焦点，而且可以通过较大的电流，制成较大功 率的X光管。外壳:外壳一般用耐高温玻璃和金属陶瓷制成，使内部形成10-6mmHg以上的真空空腔。 伸出壳体外的阳极和阴极灯丝与壳体的结合处，要进行特殊工艺处理，不能漏气。2）X射线管的类型按辐射方向划分：有定向和周向两种。定向X光管又分为定向玻璃管和定向陶瓷管。周 向X光管又分为周向平靶管和周向锥靶管。按外壳材料划分：也分为两种，玻璃管和金属陶瓷管。金

7、属陶瓷管和玻璃管相比有很多特点：（1）抗震性强，一般不易破碎。（2）管内真空度高，各项电性能好，管子寿命长。（3）250KV以上的管子尺寸可以做得比玻璃管小很多。（ 4）价格比玻璃管昂贵。3）X射线管的性能（1）阴极特性：在一定的管电压下，X射线管发出的电子全部射到阳极上，则饱和电流 密度随温度升高而增大（2）阳极特性：在管电压比较低时（1020KV），X光管的的管电流是随管电压的增加而 增大，当电压增加到一定程度时，管电流不再增加而趋于饱和，这说明在某一恒定的灯丝加 热电流下，阴极发射的热电子已经全部到达了阳极，继续增加管电压也不可能再增加管电流。 也就是说，我们工业用X射线管是工作在饱和区

8、。因此，在某一恒定电压下工作X射线管， 要改变管电流，只有改变灯丝的加热电流。X光管的管电压和管电流可以相互独立进行调节。(3) 管电压：是管子的重要技术指标，管电压越高，发射的射线波长越短，穿透力越强。 在一定范围内，管电压与穿透能力成近似直线关系。(4焦点：焦点的大小直接影响照相灵敏度。焦点的大小主要取决于阴极灯丝的形状和 大小，使用的管电压和管电流对焦点也有一定的影响。阴极靶被电子撞击的部分叫实际焦点焦点大，有利于散热，可通过较大的管电流；焦 点小，透照灵敏度高，底片清晰度好。实际焦点垂直于管轴线上的正投影叫有效焦点。探伤机说明书提供的焦点尺寸就是有 效焦点。(5) 辐射场分布：定向X射

9、线管的阳极靶与管轴线方向呈20的倾角，因此发射的X射 线束有 40的立体角， X 射线的强度随角度不同有一定的差异，阴极侧比阳极侧强度高，但 由于阴极侧射线中包含着较多的软射线成分，所以，对一定厚度的试件照相，阴极侧部位的 底片并不比阳极侧更黑，利用阴极侧照相也并不能缩短多少时间。(6) 真空度：X射线管必须在高真空度(10-6mmHg以上)才能正常工作，故在使用时要 特别注意a:不能使阳极过热，以免排出气体，降低X射线管的真空度，严重时会击穿X光 管。因此，在使用X射线机时要遵从1:1的工作方式；b:对新出厂、新更换X光管或长时间 不用的 X 射线机应严格训机后方能使用。训机的目的是提高 X

10、 光管的真空度，延长 X 光管的 使用寿命。实际上，在开高压的过程中，有两个过程同时存在。一方面，X射线管内部总存在一部 分气体分子，在受到高速运动的电子撞击时产生电离，形成带电的正负离子。正负离子在高 压电场的作用下，分别向阴、阳极移动而被吸收，从而提高了X光管的真空度;另一方面， 随着管子温度的升高，阴极、阳极及壳体内壁均会释放出气体，使管内真空度降低。这两个 过程同时存在，达到平衡时就决定了 X 光管的真空度。2、X射线机的高压发生电路高压发生电路是X射线管工作的最基本电路。按加在X射线管两极上的电压波形可以 分为半波整流、全波整流、倍压整流及恒直流四种；按高压变压器(高压包)接地方式不

11、 同可以分为阳极接地和中间接地两种。2.1.3 X射线机使用注意事项1. 使用前应检查所使用的电源是否正确。单相 220V， 3KW 以上的供电配置，接好地线。2使用前应检查射线发生器上气压表的气压是否在正常范围(3.55.0MP)。若气压低 于3.5MP，表明机头漏气，内部绝缘达不到要求，继续使用极易击穿高压包。3. 通上电源后应检查机头上轴流风机是否工作。若轴流风机不工作，热量不能及时散去， 容易损坏X射线管。4对长期没用的X射线机，一定要按说明书严格训机后方可使用。使用多高的KV就训 到多高的KV值，没有必要每次都训至满负荷。5. 建议按 1：1 的工作方式(即曝光时间与间歇时间之比1：

12、1)去工作。6. 若频繁烧保险，说明设备已出故障，切勿用其它导线代替保险，以免使故障扩大，造 成更大的损失。7. 现场电源电压不稳，应配备5KW以上的交流稳压电源。因射线机内部均没有电源稳压 电路，电源电压波动大，易损坏X射线机。&在运输过程中，一定要使射线发生器垂直放置，尤其是玻璃管的X射线机。9.X 射线机是一种计量器具，按照标准要求，每两年到技术监督部门校验一次。2.2 丫射线探伤设备2.2.1 Y射线探伤设备的特点1主要优点(与普通X射线机比较)：(1) 穿透能力强，探测厚度大。对钢工件而言，300KV的X射线机的最大穿透厚度为50mm 左右，而钻60丫射线机的最大穿透厚度在200mm

13、以上。(2) 体积小，重量轻，不用水，不用电，特别适用于野外作业和在用设备的探伤。(3) 工作效率极高，对环缝和球罐可进行周向曝光和全景曝光。同X射线机相比大大地 节约了人力物力，降低了成本，提高了效益。(4) 设备故障率低，无易损件。(5) 可以连续运行，且不受温度、湿度、压力、磁场等外界条件的影响。2. 主要缺点：(1) Y射线源都有一定的半衰期，有些半衰期较短的射源如Ir192更换显得频繁。(2) 射源能量固定，无法根据试件厚度进行调节；强度随时间变化使曝光时间受到制约。(3) 固有不清晰度一般来说比 X 射线机大，用同样的器材及透照等技术条件，其灵敏度 稍低于 X 射线机。(4) 对安

14、全防护要求高，管理严格。2.2.2 丫源的主要特性参数半衰期：放射性元素原子核数衰变到原来原子核数的一半时所需的时间。放射性活度：Y源在单位时间内发生的衰变数。单位是：贝可（Bq）。1 Bq表示在1秒 的时间内有一个原子发生衰变。原活度单位是居里，符号Ci, 1Ci=3.7X10 Bq。放射性比活度：单位质量放射源的放射性活度，单位是：贝可7克，符号为Bq/go 只有那些半衰期较长、比活度较高、能量适宜、取之方便、价格便宜的同位素才 适合于工业检测。常用Y射线源的特性参数Y射线源60CO137CS75Se主要能量（MeV）1.17、1.330.6620.30、0.31、0.47、0.60.13

15、、0.27、0.281、0.405平均能量（MeV）1.250.6620.3550.226半衰期5.3年33年75天120天透照厚度 （钢 mm）40-20015-10010-1005-30价格高高较低较咼2.2.3 Y射线探伤设备的结构Y射线机有五个部分组成：1源组件；2探伤机机体；3驱动机构；4输源管；5附件。1. 源组件源组件也称为源辫，是由放射源、包壳和辫子组成。是Y射线机的核心。它是将放射源（如Ir192）放射性物质装入源包壳内，包壳采用内外两层，里层是铝包 壳，外层是不锈钢包壳。并通过等离子焊封口，源包壳可防止放射性污染的扩散。源辫子连 接多采用冲压方式，可以承受更大的拉力。2. Y射线机的机体Y射线机的机体外型比较小巧，机体的屏蔽容器的内部通道，主要有“”型通道和直通 道型两种。“S”通道（也称迷宫式）机体结构紧凑，直通道机体虽然轻一些，但是有效屏蔽差，结 构复杂。国产TS-1型Ir192探伤机的机体采用“S”型