特设射线检测设备及器材-刘雯宇

•2.1X射线机•2.2γ射线机•2.3射线照相胶片•2.4射线照相辅助器材：黑度计增感屏像质计其他照相辅助器材1第二章射线检测的设备和器材2.1X射线机2.1.1X射线机的种类和特点按结构划分：携带式、移动式按使用性能划分：定向（40°左右圆锥角定向辐射，拍摄单片）、周向（360°方向周向辐射，拍摄环缝）、管道爬行器（用于管道环缝检测）按频率划分：工频（50~60Hz）、变频（300~800Hz）、恒频（约200Hz）。在同样管电压、管电流情况下，穿透能力：恒频﹥变频﹥工频按照绝缘介质种类划分：油绝缘（移动式，变压器油，）、气绝缘（携带式，六氟化硫气体）2携带式X射线机：结构：射线机头+低压电缆+控制箱特点：体积小、质量轻、便于携带采用简单的半波自整流线路X射线管和高压发生器共同装在射线机头内多采用气体六氟化硫绝缘适用范围：高空、野外、施工现场检测按用途分类：定向、周向（锥靶、平靶）参数：管电压：通常100kV~350kV管电流：通常5mA穿透能力：通常≤50mm（钢）3常用金属陶瓷管X射线探伤机型号：XXG-1605型、XXG-2005型、XXG-2505型、XXG-3005型常用玻璃管X射线探伤机型号：XXQ-1005XXQ-1605XXQ-2005XXQ-2505XXQ-3005XXQ-3205XXQ-3505常用周向X射线探伤机型号：XXH-1005XXH-1605XXH-2005XXH-2505XXH-3005XXH-3205XXH-35054定向X射线机5周向X射线机周向锥靶周向平靶67移动式X射线机：结构：射线机头+高压电缆+高压发生器+低压电缆+控制箱特点：体积和质量大，安装在移动小车上冷却方式通常采用强制油循环冷却适用范围：固定或半固定场合按用途分类：除阳极棒外均为定向参数：管电压：200kV~450kV管电流：10mA~30mA穿透能力：通常≤100mm钢板8移动式X射线机固定式X射线机9管道爬行器：结构：驱动车+X射线机（周向）+电池组+指令源（放射源、磁控、无线电控制）特点：体积和重量大（相对于便携式X射线机来说）自动化程度较高适用范围：长输管道环焊缝摄片按用途分类：周向参数：管电压：160kV~300kV管电流：3mA或5mA穿透能力：通常≤50mm钢板10指令源与接收盒122.1.2X射线管1、X射线管的结构和种类：主要由阳极(即金属靶)、阴极(即灯丝)和真空度为（10-6~10-7mmHg）玻璃外壳构成。e2≈99%X射线≈1%11X射线的产生过程：X射线管是一个具有阴阳两极的真空管，阴阳两极间加有很高的管电压，当阴极灯丝被加热到白炽状态时释放大量电子，这些电子聚集成束，在高压电场中被加速，从阴极飞向阳极，以很高的速度撞击到阳极靶上，从而失去了所有的动能，其中约99％的动能转化为热能，只有大约1％的动能转化为X射线向四周辐射。12（1）普通X射线管结构：A.阴极：由灯丝和阴极头组成灯丝：作用―发射电子材料―钨丝（熔点高，发射效率高）形状―圆焦点（平面螺旋形）；线焦点（螺管形）阴极头：作用――聚焦电子材料――铜13B.阳极：由阳极靶、阳极体和阳极罩组成阳极靶：材料―钨靶（工业用X射线管），熔点高（3387°C），原子序数大（Z=74），所以耐高温，产生的射线强度大，转换效率高；钼靶（软X射线管），原子序数（Z=42）。阳极体：作用――支撑靶面、传递热量。材料――无氧铜（热导率高），避免烧坏钨靶。14阳极罩：作用——吸收散乱射线和二次电子。材料——铜。窗口——在阳极罩上开有一个能使X射线通过的几mm厚的铍（Z=4）窗口，铍对X射线的吸收小，可以减少X射线通过窗口的损耗，另外铍的机械强度高延展性好，可以做得很薄并保证密封。15X射线管的散热：X射线管中约99%的电子能量转换为热量，传給阳极靶，所以阳极冷却非常重要。否则，阳极过热会排出气体，降低管子真空度，严重时还能造成靶面熔化以致龟裂脱落，损坏整个X射线管。X射线管的冷却方式：（1）辐射散热式：携带式X射线机常用，阳极体尾部伸到管外装有散热器，散热器上加装有风扇进行强制风冷。16（2）冲油冷却式：主要应用在移动式X射线机。冷却油从油箱泵进入X射线管的阳极体的空腔，直接带走靶上产生的热量，冷却效率比较高。（3）旋转阳极自然冷却：主要在大电流的医疗X射线机上应用。阳极高速旋转，很快散去被电子撞击产生的热量，可以得到小焦点，通过大电流。1718C.外壳：作用――保持高真空的腔体，并在腔内封装阳极和阴极。材料――耐高温的玻璃制成，与其接触金属（科瓦的铁镍钴合金）的膨胀系数一致，保证金属和玻璃相接处不漏气。定向X射线管的结构阴极电子束阳极靶X射线外壳19周向锥靶X射线管的结构阴极电子束阳极靶X射线外壳20周向平靶X射线管的结构阴极电子束阳极靶X射线外壳219周向X射线机22（2）金属陶瓷管：外壳为高强度、高绝缘陶瓷，解决玻璃管对过热和机械冲击敏感性问题。特点：•抗震性强，不易破碎；•真空度高，电性能好，管子寿命长；•容易焊接铍窗口；•对250Kv以上的管子，尺寸可以比玻璃管小得多。2324（3）特殊用途X射线管：周向辐射X射线管：一次曝光可完成大直径环焊缝整个圆周的检测。其阳极靶分为锥靶和平靶（易制造，散热好，但射线束中心有倾角，对环焊缝纵向裂纹的检测有一定影响。）小焦点X射线管：焦点尺寸≤0.1mm，主要应用在射线实时成像检测技术，因焦点越小，能采用的放大倍数越大，应用放大透照布置，提高灵敏度。棒阳极X射线管：阳极为棒状，直径小，用于狭窄部件的检测，可伸进小直径筒内对环焊缝进行周向曝光。2、X射线管的技术性能（1）阴极特性和阳极特性：251）阴极特性：管电流与灯丝温度之间的关系特点：假定在一定的管电压下，阴极发出的电子全部射到阳极上，则饱和电流密度和灯丝温度的关系如图所示。。在阴极的工作温度范围内，较小的温度变化就会引起较大的电流变化。2）阳极特性：管电压与管电流的关系特点：由于工业检测用X射线管工作在饱和区，因此要改变管电流只有改变灯丝的加热电流（即灯丝温度）结论：由两个特性曲线可知，X射线管的管电压和管电流在工作过程中可以独立进行调节。26（2）X射线管的管电压定义：指X射线管承载的最大峰值电压（kVp）。电工测量时，电压表表头指示的是有效值，两者存在如下关系：管电压越高，发射的X射线波长越短，穿透能力越强，在一定范围内，管电压与穿透能力有近似直线关系。27（3）X射线管的焦点实际焦点――阳极靶被电子轰击的部分。有效焦点――实际焦点垂直于管轴线上的投影。探伤机说明书提供的是有效焦点。斜靶定向X射线管有效焦点S0与实际焦点S的关系：S0=Ssinα，一般α为20°，所以S0=S/3α--靶与垂直管轴线平面的夹角28有效焦点尺寸d计算方法：(NB/T47013.2标准附录G)焦点形状分类正方形焦点：d=a长方形、椭圆形焦点：d=（a+b）/2圆形焦点：d=d正方形椭圆形长方形圆形dbaaaab29①X射线管阴极灯丝的形状和大小②阴极头聚焦槽的形状③灯丝在槽内安装的位置④管电压和管电流决定X射线管焦点尺寸的因素：30焦点大，有利于散热，可承受较大的管电流；焦点小，照相清晰度（几何不清晰度）好，底片灵敏度高。焦点尺寸大小对射线照相的影响：（4）辐射场强度的分布阴极侧射线强度比阳极侧高，30°辐射角处最强。阴极侧软射线成分多，照相黑度和阳极侧差不多，利用阴极侧照相并不能缩短曝光时间。30°角度相对强度40°20°10°0°951041008031不同角度上X射线的强度分布31（5）X射线管的真空度X射线管必须在高真空度下才能正常工作。高温下工作的X射线管同时存在吸气和放气两个过程：①阳极金属过热会释放气体，使X射线管真空度降低，称为放气过程；②高温金属离子也能吸收气体。管内某部分被电子轰击释放的气体被电离，正离子飞向阴极撞击灯丝，所溅散的金属会吸收一部分气体，从而提高了管子真空度，称为吸气过程。吸气过程使真空度提高，放气过程使真空度降低，两个过程同时存在，当两个过程达到平衡时，就决定了此时X射线管的真空度。mmHg7610~103233X射线管真空度下降的原因：①阳极过热阳极过热会释放气体，导致管子真空度减低，发生气体放电现象：气体放电影响电子发射管电流降低；严重放电管电流突增X射线管击穿。②X光机长期未使用。（6）X射线管的寿命定义：由于灯丝发射电子的能力逐渐降低，X射线管辐射剂量率降为初始值的80％时的累计工作时限。通常玻璃管寿命不小于400小时；陶瓷管寿命不小于500小时。保证X射线管的使用寿命的有效措施：①送高压前，灯丝必须提前预热、活化；②使用负荷应控制在最高管电压的90%以内；③使用过程中一定要保证阳极的冷却，工作和间息时间至少为1:1；④严格按照使用说明书要求进行训机。34352.1.3高压发生线路高压发生电路是X射线管工作的基本电路，按加在X射线管两极的电压波形可分为半波整流、全波整流、倍压整流和恒直流四种。按高压变压器接地方式可分为阳极接地和中间接地。气体冷却携带式X射线机中，往往采用阳极接地自整流电路。这种电路对高压变压器绝缘性能要求较高，但冷却方便，冷却效率比中间接地要好。半波整流电路36原理：X射线管本身充当整流管，实现半波整流。特点：X射线管不导通的半周内存在逆电压，如阳极过热，会出现反向电流，产生不良后果。为避免这种现象，在一次线路上安装逆电压降低装置，使输入电压成为不对称正弦波中间接地半波自整流电路是便携式X射线机普遍采用的电路。372.1.4X射线机的基本结构由高压部分、冷却部分、保护部分和控制部分四部分组成1、高压部分①X射线管②高压发生器：高压变压器、灯丝变压器、高压整流管（携带式无）、高压电容（携带式无）高压变压器：将几百伏的低电压通过变压器提升到X射线管所需的几百千伏高电压。灯丝变压器：是降压变压器。将220V电压降到灯丝所需的十几伏电压，并提供较大的加热电流。变频气绝缘X射线机无独立的灯丝变压器，管电流是随着管电压的变化而变化的。③高压电缆：连接高压发生器和X射线机头。382、冷却部分X射线机的冷却方式包括：①气体冷却（气绝缘携带式X射线机）：采用SF6气体绝缘，阳极接地，阳极尾部伸出壳外，用风扇强制风冷。②自冷（油绝缘携带式X射线机）：靠机头内部温差和搅拌油泵，使油产生对流带走热量，再通过壳体散发。③循环油外冷（移动式X射线机）：用循环水冷却油，再把油注入X射线管阳极空腔带走阳极靶热量。393、保护部分①独立电路的短路过流保护：熔丝（保险丝）（主电路15-20A,低压电路2-3A）②X射线管的阳极冷却保护③过载保护④零位保护⑤接地保护⑥其它保护4、控制部分①管电压调节气绝缘X机：调节可控硅的导通角。油绝缘X光机：调节自耦变压器的输出电压。②管电流调节：调节灯丝加热电流来实现。③操作指示部分：指控制箱面板上的开关、旋钮、表头、指示灯等。402.1.5X射线机的主要技术条件电气性能要求和使用性能要求1、电气性能的一般要求：输入电压波动不应超过额定值±10%；输出电压波动不应超过额定值±2%计时器误差应在5%以内温度继电器整定值（60±5）℃低压绝缘电阻﹥2MΩX射线机接地保护，接地电阻﹤0.5Ω气绝缘机机头内SF6气压下限0.34MPa过压、过流保护装置，超过规定值切断高压412、使用性能的一般要求：穿透能力：不低于规定值透照灵敏度不低于1.8%（Q235钢）辐射场偏差：辐射场不允许缺圆。周向机辐射场应均匀，中心平面内黑度差小于0.4，辐射角偏差的规定值±5°漏射线剂量率低于限值。422.1.6X射线机的使用与维护1、X射线机操作程序（1）通电前准备：①用电源线、电缆线将控制箱、机头（或高压发生器）以及冷却系统等可靠连接，保证插头接触良好。②检查使用电源是否为220v。③控制箱可靠接地。（2）通电后检查：接通电源后，控制箱面板上的电源指示灯亮，冷却系统开始工作（油冷机油泵开始工作，气