射线检测培训第二章

射线检测培训第二章射线检测的设备和器材2.1、X射线机2.1.1X射线机种类和特点1、X射线机的分类（1）.按结构划分：①、携带式X射线机：由控制箱和X射线柜（又称机头）组成，其高压部分（包括X射线管、高压变压器、灯丝变压器等）都装在机头内。这种设备管电压较低，管电流较小，但其体积小、重量轻、适合于高空、野外检验。234②、移动式X射线机移动式X射线机的X射线管与高压发生器分开，一般由机头、高压发生器、控制箱和冷却装置以及高低压连接电缆组成。管电压和管电流较大，但体积和重量较大，在固定的射线透照间使用。562）、按使用性能划分①、定向X射线机：射线束呈大约圆锥角发射，一般用于定向单张拍片。②、周向X射线机：射线束呈一定角度发射，主要用于大口径管件和环焊缝的全景照相。③、管道爬行器：在长距离管道内爬行，对管道环焊缝进行全景照相。789④、软X射线机：一般为60KV以下的X射线机，用于检测轻合金或非金属材料的细微缺陷。⑤、微焦点X射线机：焦点尺寸极小，约为1/10—1/100mm数量级，主要用于放大射线照相，检查微小裂纹、半导体元件、生物细胞、化工复合材料、植物种子等内部结构。⑥、脉冲X射线机：它是一种闪光照相装置，主要用于对物体内部的动态过程进行照相。103）、按工作频率分类：①、工频X射线机：频率50—60Hz。②、变频X射线机：频率300—800Hz。③、恒频X射线机：频率200Hz。（4）.按绝缘介质种类分类：①、油绝缘X射线机：用变压器油作为绝缘介质。②、气体绝缘X射线机：用气体作为绝缘介质。11（5）.按冷却方式分类：①、辐射散热式X射线机：实心阳极伸出管壳外与散热片相连，通过散热片把热量辐射掉。②、强制循环冷却X射线机：在空心阳极中通油或水将阳极热量带走。2、携带式X射线机的技术进展（略）122.1.2X射线管：X射线管是X射线机的核心部件。其作用是发生X射线。131、X射线管的结构和种类⑴、普通X射线管的结构：X射线管由阴极、阳极和管壳三部分组成。①、阴极：阴极的作用是发射电子和聚焦电子。它由灯丝和阴极头组成。14灯丝——用钨丝绕成平面螺旋形或螺旋管形，通电加热后发射电子。阴极头——用铜制成杯形槽或条形槽，分别将平面螺旋形和条形灯丝放入槽中，阴极头上的电场使电子聚集成一束飞向阳极。②、阳极：阳极的作用是接受电子轰击产生X射线。阳极由阳极靶、阳极体和阳极罩组成。15阳极靶——用原子序数大、熔点高的材料（钨）制成，嵌入阳极体，接受电子轰击产生X射线。阳极体——用导热率大的无氧铜制成，其作用是支承靶面，并传送靶上的热量。阳极罩——用无氧铜制成，罩在阳极体上，用于吸收电子轰击靶时产生的二次电子和一部分散乱射线。X射线管的冷却方式有三种：a、辐射散热式：用于携带式X射线机。b、冲油冷却式：用于移动式X射线机。161718c、旋转阳极自然冷却：用于医用X射线机。③、管壳：普通X射线管的管壳用耐高温的玻璃制成，其作用是支承电极并提供电绝缘，保持X射线管的真空度。⑵、金属陶瓷管金属或陶瓷代替玻璃制作射线管壳，这样的X射线管叫做金属陶瓷射线管。与玻璃管相比，它具有以下优点：①、尺寸小，重量轻；②、机械强度高，耐冲击和震动，不易破碎；③、真空度高，输出稳定；④、容易焊装铍窗。1920⑶、特殊用途X射线管①、周向辐射X射线管：射线束呈一定角度3600度发射，一次曝光可完成大口径管件环焊缝的透照，因而大大提高工作效率。周向射线管分平靶和锥靶两种，其中平靶容易制造，散热条件好，使用最多，但其中心射束与管轴线有一定倾角，对环焊缝纵向裂纹检出有一定影响。2122②、小焦点X射线管通过圆筒式聚焦将灯丝发射的电子聚成很细的一束，可获得小于0.1mm的微小焦点。在射线实时成像检测技术中为提高灵敏度，通常采用放大透照布置，这就需要采用小焦点X射线管，焦点尺寸越小，可采用的放大倍数越大。③、棒阳极X射线管X射线管的阳极做成棒状，可伸入小直径筒内对环焊缝进行周向曝光。232、X射线管的技术特性⑴、阴极特性和阳极特性：①、阴极特性—是指在一定的管电压下饱和管电流密度和灯丝温度之间的关系，管电流随灯丝温度增高呈指数关系增大。②、阳极特性—是指管电压与管电流之间的关系，管电压较低时，管电流随管电压增加而增大，当管电压增加到一定程度后，管电流趋于饱和而不再增大，因此X射线管的管电压和管电流可以相互独立进行调节。⑵、X射线管的管电压：X射线管的管电压是指它的峰值电压，以KVP表示。管电压越高，穿透力越大，在一定范围内，管电压与穿透厚度大约成线性关系。2425⑶、X射线管的焦点：实际焦点—阳极靶上受电子轰击的部分叫做实际焦点。有效焦点—实际焦点在垂直于管轴线方向上的投影叫做有效焦点。2627焦点的形状和尺寸取决于灯丝的形状和尺寸。焦点大，有利于散热；焦点小，照相清晰度好，灵敏度高。有效焦点尺寸可按针孔法测量，其原理如图所示。针孔板材料用钨、碳化钨、铂铱合金、金铂合金或钽。计算公式为：28⑷、辐射场的分布：由于X射线管阳极靶与管轴线呈20度的倾角，因此发射的X射线束有40度左右的立体角，X射线场强度分布沿轴线方向X射线强度随角度不同而有一定的差异。沿轴线方向的射线强度分布如图所示。从图中可以看出，偏阴极侧强度较高，29但由于阴极侧含较多的软射线成分，所以照相时阴极侧的底片黑度也不会比阳极侧更黑。⑸、X射线管的真空度：X射线管必须在高真空度（10-6mmHg）才能正常工作。当射线管中存在气体时，一方面会使灯丝氧化甚至烧毁，另一方面高速电子与气体分子相撞使气体分子电离，导致管电流大幅度波动甚至无法工作。⑥、X射线管的寿命：X射线管的寿命是指正常使用的X射线管灯丝发射能力逐渐降低而失去功能、射线辐射剂量率降至初始值的80%。玻璃管一般为400—500小时，金属陶瓷管一般为1000小时。30为了保证X射线管的使用寿命，主要措施包括以下几条：①、送高压前，灯丝必须预热、活化；②、使用负荷应控制在最高管电压的90%以内；③、使用过程一定保证阳极的冷却，工作周期设置为1比1；④、严格按说明书要求进行训机。312.1.3高压发生电路：高压发生电路是X射线管工作的基本电路，按照加在射线管上的电压波形可分为：半波整流电路、全波整流电路、倍压整流电路和恒直流电路四种。1、半波整流电路：⑴、半波自整流电路：利用X射线管自身进行整流的电路叫半波自整流电路，携带式X射线机普遍采用这种电路。32在阳极为正的半周内，有电流通过并产生X射线，而阳极为负的半周内电路不通，不进行工作，这时因逆电压加在射线管两端，如阳极冷却不好也能发射少量电子，出现反向电流，产生不良后果。为避免这种现象，在一次线路上采用逆电压降低装置（R、D电路），部分整流，使输入电压为不对称正弦波。近年来。在气体冷却携带式X射线机中往往采用阳极接地方式的自整流电路，可采用水冷或强制风冷，冷却效果较好。33⑵、中间接地两管半波整流电路：利用二个整流管与射线管串联，正半周时二极管导通，射线管工作，负半周时二极管截止，与射线管共同承受反向电压，可避免反向电流的危害。342、全波整流电路：⑴、双管全波整流电路：二个整流二极管交替导通，使X射线管在正、负半周内都工作，其输出为半流整流电路的二倍。35⑵、四管桥式整流电路：使用四个二极管，正半周时导通，负半周时导通，使X射线管在正、负半周都工作，其特点是整流管耐压级别可降低一半，变压器的线圈匝数也可减少一半。363、半波倍压整流电路：这种电路使用一个二极管和一个高压电容器，上半周时电源通过二极管给电容器充电，下半周时，电源与电容器同相，电压叠加起来加至X射线管上。374、全波倍压恒直流电路：这种电路由两个对称的倍压电路组成，上半周时，电源u通过二极管D1(D1′)分别对电容C1(C1′)充电到峰值，下半周时，电源u与C1(C1′)的电压垒加后分别通过二极管D2(D2′)对电容器C2(C2′)充电到2u，这样C2和C2′）上的电压叠加为4u,加至X射线管，由于电容C2(C2′)容量足够大，相当于一个恒压源，所以射线管工作电压相当平稳，输出波形比较平滑。这种电路主要用在400KV的大型移动式X射线机中。38392.1.4X射线机的基本结构X射线机主要由高压部分、冷却部分、保护部分和控制部分四部分组成。1、高压部分：包括X射线管、高压发生器（高压变压器、灯丝变压器、高压整流器、高压电容）、高压电缆。⑴、高压发生器：高压发生器的作用是产生高电压，供给射线管的阴极和阳极。①、高压变压器：作用是将几十到几百伏的低电压升到X射线管所需的高电压。其特点是功率不大但输出电压很高，要求体积小、绝缘强度高、不易过热损坏。40②、灯丝变压器：灯丝变压器是一种降压变压器，作用是把220伏工频电压降为灯丝所需的十几伏低电压，并提供较大的灯丝加热电流。油绝缘X射线机都有单独的灯丝变压器，而变频气绝缘X射线机往往没有单独的灯丝变压器，而是在高压变压器绕组外再绕几匝加热线圈提供灯丝加热电流。③、高压整流管：作用是将高压交流电变为高压直流电。常用玻璃壳二极管和高压硅作为整流管，其中高压硅可节省灯丝变压器，从而减小高压发生器的尺寸和重量。41④、高压电容器：起倍压作用，一般为金属外壳高压大容量纸介电容器。⑵、高压电缆：用于连接高压发生器和X射线机头，把高压直流电传送给X射线管。高压电缆由保护层、金属网层、半导体层、主绝缘层、芯线和电缆头组成。42432、冷却部分X射线机的冷却方式有两种，即辐射散热式和制循环冷却式。⑴、辐射散热式：这种方式主要用于携带式X射线机。油浸自冷式X射线机是通过机头内的温差和搅拌油泵产生对流，再通过壳体把热量辐射出去。气体冷却X射线机是靠伸出机壳的阳极上的散热片并用风扇过行强制风冷。44⑵、强制循环冷却：移动式X射线机多采用循环油或循环水外冷方式，其中油冷式用油泵把油注入空心阳极将热量带走，然后再用循环水冷却油。阳极接地X射线机多采用循环水外冷式，用水泵直接将水注入阳极空腔把热量带走，这种方式冷却效率高，效果好。453、保护部分⑴、独立电路短路过流保护：在主电路和各分电路接一定额定值的保险丝，当电路电流因短路或其它原因过电流时，保险丝熔断，切断电源。⑵、X射线管阳极冷却保护:①、油温开关——装在机头内和冷却油箱内,控制高压回路，当油温超过予定值时，自动切断高压回路。②、水通、油通开关——接在冷却系统的回水管和回油管上，控制高压回路，当水循环或油循环不正常时，自动切断高压回路。46③、过载保护：在高压电路内安装过流继电器，当管电流超过限定值时过流继电器动作，自动切断高压。④、零位保护：在自耦变压器起始位置安装零位接触器，确保高压从零位才能起动。在计时器零位安装零位开关，使曝光结束时高压自动切断。⑤、接地保护：机头和控制箱外壳可靠接地，防止漏电。⑥、其它保护：充气X射线机装有气压开关，当气体压力低于一定数值时自动切断高压47484、控制部分：⑴、管电压调节和指示：管电压是通过调节高压变压器的初级线圈电压来实现的。高压变压器的初级线圈与自耦变压器的滑动触点连接，调节控制面板上的千伏调节旋钮，使自耦变压器的滑动触点滑动，便可改变高压变压器的初级电压，从而改变管电压。高压变压器初级线圈上接有一个千伏表，它测量的实际上是初级线圈电压，但其表盘刻度按射线管的峰值电压校准，所以可直接读出管电压值。49⑵、管电流调节和指示：在射线管灯丝变压器初级线圈接有一个可变电阻，调节控制面板上的mA调节旋钮，改变可变电阻的数值，便可改变灯丝加热电流，从而改变管电流的值。在高压变压器次级线圈和射线管回路中接有一个电流表，直接指示管电流的值。⑶、操作和控制装置：在控制箱面板上设有电源开关、高压开关、管电压和管电流调节器、管电压和管电流表、计时器和各种指示灯等。502.1.5X射线机的主要技术条件1、电气性能的一般要求⑴、输入电压波动≯±10%；输出电压波动≯±2%.⑵、计时器误差应在5%以内；⑶、温度继电器整定值为（60±5）0C；⑷、低压电路绝缘电阻应大于2MΩ；⑸、保护接地接地电阻应不大于0.5Ω；⑹、气绝缘X射线机，气压低于