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工业X射线探伤机的发展

点击次数:3799 发布时间:2016-03-02

       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*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zui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
       zui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
       zui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*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*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,插件被插入操纵台插口上,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。

                                                                                        本文摘自:科技与企业

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