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1、60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，即控制器和射线发生器，它们之间由低压电缆连接。在射
2、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（SF6），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/cm2），但也不能过高，以防机壳爆裂，通常不应超过0.49MPa（5.0kg/cm2）。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。
3、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
4、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X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
5、极靶阳极是产生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
6、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2-3 X射线管的阳极特性曲线X射线管的阳极特性是指，在一定的阴极灯丝
7、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。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
8、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。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（10-310
9、-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。普通玻璃X射线管的寿命一般为400500h，陶瓷X射线管的寿命一般在1
10、000h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2-4 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
11、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。图2-6 油浸200kVX射线机射线发生器结构示意图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
12、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2-6是一射线发生器内部结构示意图。2.1.3 高压发生器高压发生器由高压变压器、高压整流管、
13、灯丝变压器和高压整流电路组成，它们共同装在一个机壳中，里面充满了耐高压的绝缘介质。高压发生器提供X射线管的加速电压阳极与阴极之间的电位差和X射线管的灯丝电压。高压发生器中注满高压绝缘介质，目前主要是高抗电强度的变压器油，其抗电强度应不小于3050kV/2.5mm。高压变压器的结构与一般变压器相同，其特点是二次电压很高、但功率不大。为保证高压变压器具有足够的绝缘强度，在制造过程中应进行严格绝缘处理，以防止以后发生击穿。灯丝变压器的一次电压一般为100200V，二次电压常为520V，必须解决的问题是一次绕组与二次绕组之间的绝缘问题。由于X射线管的阴极处于高压之中，而灯丝变压器的一次绕组处在低压线路
14、之中，所以必须防止它们之间的高压击穿。正是由于这个原因，灯丝变压器必须置于高压绝缘介质之中。高压整流电路有多种形式，一些典型电路是半波自整流电路、全波整流电路、恒压整流电路。半波自整流电路是最简单的高压整流电路，其基本电路如图2-7所示，得到的电压波形如图2-8所示。在这种电路中X射线管本身起着整流二极管的作用。当X射线管施加交流电压时，利用自整流作用，在阳极电位为正半周时电流通过，X射线管工作，发射X射线。在阳极电位为负半周时电流不能通过，X射线管不工作，不发射X射线。即半波自整流电路只在半周的时间内发射X射线。 图2-7 半波自整流电路 图2-8 半波自整流电路的电压波形半波自整流电路的优
15、点是结构简单、部件少、体积小，多用于携带式X射线机。但半波自整流电路也存在明显的缺点，主要是仅在半周发射X射线，电源利用率低；此外，在高压的负半周，X射线管要承受很高的反向电压，如果阳极温度很高，可能会因发射电子而出现反向电流。为避免这一问题，电路中长采用逆电压降低电路，这样一来，在负半周仅有较低的电压加在X射线管上。全波整流电路其基本电路如图2-9所示。当交流电处在不同半周时，可分别通过不同的整流二极管将电压施加在X射线管上，使X射线管工作，发射X射线。此电路电源利用率高，X射线管不存在需要承受反向高压问题。电路存在的主要缺点是，输出的电压波形不稳定，也即输出的X射线不稳定。图2-9 全波整
16、流电路全波恒压整流电路其基本电路如图2-10所示，得到的电压波形如图2-11所示。为了提高X射线管的辐射强度，必须采用波动很小的直流电对X射线管供电，全波恒压整流电路就是这样的一种整流电路。按图2-10的标示，在正半周时，交流电对电容C1充电，电容C2放电；在负半周时，交流电对电容C2充电，电容C1放电。正半周时电流的路径是高压变压器整流二极管D1X射线管电容器C2高压变压器。负半周时电流的路径是高压变压器电容器C1X射线管整流二极管D2高压变压器。X射线管上的高压是高压变压器上的电压与电容器上的电压的和，即实际施加到X射线管上的电压近似比高压变压器二次电压高一倍。由于电容的充电时间远小于放电
17、时间，因此，X射线管上的电压变化较小。 图2-10 全波恒压整流电路 图2-11 全波恒压整流电路波形全波恒压整流电路，不仅减少了X射线管输出X射线强度的波动，而且具有倍压作用，因此，这种电路受到了广泛的重视。2.1.4 冷却系统对常用的低压X射线机，X射线管只能将1%左右的电子能量转换为X射线，绝大部分的能量在阳极靶上转换为热量，加热阳极靶和阳极体。因此，为了使X射线管能正常工作，X射线机必须有良好的冷却系统，否则，阳极靶将被高热损坏。X射线机采用的冷却方式粗略地可分为三种：1）油循环冷却。这种方式采用油循环系统，冷却油从油箱泵进入射线发生器（X射线管的阳极端），从射线发生器的另一端（X射线
18、管的阴极端）离开，带走热量，返回油箱。为了增强冷却效果，常又采用流动水冷却循环油。这种方式主要应用在固定式X射线机。2）水循环冷却。这种方式采用循环水直接进入射线发生器中X射线管的阳极空腔，水流出时带走热量。这种冷却方式只能用于阳极接地电路的情况，主要应用在移动式X射线机。也应用于油绝缘的便携式X射线机。3）辐射散热冷却。这种方式主要应用在便携式X射线机。对气绝缘的便携式X射线机，这种方式是在射线发生器的阳极端装上散热器，一般还装备风扇。通过散热器辐射和射线发生器外壳散热冷却。对油绝缘的便携式X射线机，这种方式是依靠射线发生器内部的温差和搅拌油泵使油产生流动带走热量，通过机壳把热量散出。*2.
19、1.5 控制和保护系统图2-12 X射线机的基本控制电路原理图1高压变压器 2灯丝变压器3、4高压发生通断按钮5、6灯丝加热通断按钮K高压发生继电器 H灯丝加热继电器X射线机的控制和保护系统主要包括基本电路、电压和电流调整部分、冷却和时间等的控制部分、保护装置等。X射线机电路接通的基本步骤是：接通电源和冷却系统接通X射线管的灯丝加热电路和整流加热电路接通高压电路。其中基本控制电路电原理图如图2-12所示。这个基本控制电路保证了X射线机必须按上述过程接通，从而保证了X射线机安全正常的工作。在实际的X射线机电路中，还必须包括一系列其他电路，其中至少包括高压调整电路、灯丝加热调整电路、曝光时间控制电
20、路和保护电路与装置。高压调整一般是在高压变压器的一次线路上接上自耦变压器，通过调整自耦变压器调节高压变压器的二次电压，实现对X射线管高压的调整。灯丝加热调整电路主要是在灯丝加热变压器的一次绕组上串联一个可变电阻器，通过改变电阻器的阻值改变灯丝变压器二次的电压和灯丝加热电流，实现对X射线管管电流的控制。曝光时间一般采用电动时间控制器完成。为了保证X射线机安全工作，在X射线机的电路中还设置了一系列的保护电路和装置，其中最主要是下面这些。过流保护。采用过流继电器实现保护，即当X射线管的管电流超过规定的限值后，过流继电器将切断它的常闭触点，从而切断保护电路，切断高压。过压保护。采用过压继电器实现保护，
21、即当高压变压器一次电压超过规定的限值后，过压继电器将切断它的常闭触点，从而切断保护电路，切断高压。油温保护。一般油温继电器置于射线发生器中，即当油温超过规定的限值（通常是605），油温继电器将切断保护电路，切断高压。此外还有零位接触器、水压开关、气压开关、油压开关、时钟零位开关等，一旦X射线机中出现异常情况或出现工作条件不符合要求，这些保护装置也将动作，这时X射线机将不能加上高压或高压将被切断。2.1.6 高压电缆移动式和固定式X射线机的高压发生器与射线发生器之间，应采用高压电缆连接。高压电缆的结构大体包括同轴芯线、绝缘层、半导体层、金属网、保护层，它的基本结构如图2-13所示。高压电缆在使用
22、中最常见的故障是电缆端头处发生击穿。图2-13 高压电缆结构示意图1保护层 2金属网 3半导体层 4、6绝缘层 5同轴芯线*2.1.7 X射线机的技术性能、使用与维护从射线检验工作角度，X射线机的主要技术性能可归纳为五个：工作负载特性、辐射强度、焦点尺寸、辐射角、漏泄辐射剂量，此外还有其他一些重要指标，如工作方式、重量等，这些性能都直接相关于射线照相工作，在选取X射线机时应考虑上述性能是否适应所进行的工作。1工作负载特性X射线机的工作负载特性，即X射线机可使用的管电压、管电流等特性，完整的特性常以工作负载特性曲线形式给出，典型的工作负载特性曲线如图2-14所示。X射线机的工作负载特性，实际上是
23、由三方面的工作极限因素决定的。一是X射线机所采用的X射线管和高压发生器系统等所限定的高压范围，二是X射线管阳极特性曲线的限定，三是由X射线管阳极能承受的最大容许功率的限制。这些限制作用共同决定了X射线机的工作负载特性。图2-15给出了工作极限曲线。在实际工作中，X射线管的管电流受到阳极所承受最大容许功率的限制，所以灯丝加热电流、管电流和管电压都有一个极限值。X射线管在使用中，应控制在曲线的阴影区域内。区为灯丝加热电流限制区，此时管电压低，管电流趋于饱和。如仍追求提高管电流，势必要增大灯丝加热电流而超过其允许值。轻者使其寿命缩短，重者可能烧毁灯丝。区是最大管电流限制区，此时管电压没有达到最高值，
24、但管电流已经很大了，再提高管电流就有可能烧毁阳极。区是额定功率限制区，在区已经达到了额定的管功率，若再提高管电压，则必须相应降低管电流；管电压的极限只能到D点，这是X射线管的额定管电压，如果超过这个数值，X射线管就有被击穿的危险。 图2-14 X射线机工作负载特性曲线 图2-15 X射线机工作极限曲线X射线机的工作负载特性曲线给出了X射线机的工作特性，因此也就给出了其适宜检验的材料、厚度范围和工作的应用特点。从X射线机的工作负载特性曲线还可以看到，所能使用的管电流与所施加的管电压相关，也受到焦点尺寸的限制。2辐射强度实验研究指出，X射线管辐射的X射线强度近似与管电压的平方成正比、与管电流成正比
25、、与靶物质的原子序数成正比，这个关系可以表示成下式（2-1）式中 I X射线强度；i 管电流（mA）； Z 靶物质的原子序数；图2-16 X射线管辐射的侧倾效应 V 管电压（kV）； a 比例系数，（1.11.4）10-6。输入X射线管的功率为，所以X射线管的转换效率为（2-2）从此式可以看到，对低压X射线机，输入X射线管的能量只有很少部分转换为X射线，大部分转换成热。例如，钨靶X射线管在管电压为100kV时，其转换效率仅为1%左右。X射线管辐射的X射线强度，在空间不同方向是不同的，X射线管轴线上相对强度的分布如图2-16所示。这常称为“侧倾效应”。在距离X射线管焦点F处空间一点的X射线强度可
26、按下式计算（2-3）X射线管的焦点也就是X射线机的焦点，焦点是阳极靶上产生X射线的区域。由于焦点的形状、尺寸直接相关于射线照相所得到的影像的质量，所以它是X射线机的一个重要技术指标。图2-17给出了X射线机的焦点。X射线机的实际焦点是指电子束所撞击的阳极靶的面积，如果从不同方向观察X射线机的实际焦点，则可以看到不同的形状和大小。在射线照相中通常所说的焦点并不是实际焦点，而是所谓的“有效焦点”。有效焦点是指X射线机的实际焦点在辐射的射线束的中心方向观察到的焦点形状和尺寸，也就是实际焦点在垂直于管轴方向的投影。显然，有效焦点的形状和大小取决于实际焦点的形状和大小。在射线照相检验中，通常简称有效焦点
27、为焦点。 a） b）图2-17 X射线机的焦点a）有效焦点与实际焦点的关系 b）焦点形状焦点的形状取决于灯丝绕制的形状，如果灯丝为圆形焦点也为圆形，如果灯丝为长条螺旋管形，则焦点将为长方形。国际标准化组织把常用的X射线机的焦点形状归纳为四种基本形状，即正方形、长方形、圆形、椭圆形，各种形状焦点的有效焦点尺寸d的计算式如下：正方形：da长方形：d圆 形：da椭圆形：d式中各值的意义如图2-17所式。测定焦点的尺寸有两种方法：针孔法和几何不清晰度法。针孔法采用针孔板利用小孔成像方法测定焦点的尺寸。几何不清晰度法是利用计算的方法，从测量得到的几何不清晰度计算焦点的尺寸。针孔法所用的针孔板基本结构如图
28、2-18所示，有关标准均规定，针孔板应采用特殊材料制做，如钨、钽、铂铱合金等。针孔法测定时选择适当的焦点与胶片距离，按规定将针孔板置于X射线管于胶片之间适当位置，并按规定的透照参数透照，从得到的底片影像测量焦点尺寸。不同的标准对测定方法的具体规定存在一些差异，表2-1和表2-2是常见的规定。图2-19是采用针孔法测得的一般定向X射线机焦点的实际形貌。表2-1 针孔板尺寸的主要规定焦点尺寸/mm针孔板孔径f /mm针孔板孔高度h/mm1.00.0300.0050.0750.0101.10.1000.0050.5000.010表2-2 针孔法透照参数的主要规定（X射线机额定管电压为V，额定管流为I
29、）焦点尺寸/mm测试布置放大倍数测试管流i测试透照电压UkV1.02i=I/2V75，U=V75150，U=75V150，U=V/21.11 图2-18 针孔板基本结构 图2-19 定向X射线机焦点形貌示意图3辐射角辐射角直接决定了X射线机可使用的辐照场，它由阳极靶的形状和阳极的设计决定。在现在使用的X射线机中，定向辐射X射线机的辐射角一般为40锥形辐射角，周向辐射X射线机一般为24360或25360的扇形周向辐射角，或者是12360的半扇形周向辐射角。定向辐射X射线机的阳极靶为平面靶，靶面角（即靶面与X射线管轴垂线的夹角）为20。周向辐射X射线机的阳极靶常采用锥形靶或平面靶，采用平面靶时靶面
30、角为0。简单的测定辐射角时，可把胶片垂直于窗口平面放置，用很短的时间曝光，从得到的底片影像测量。一般应在十字交叉的两个方位完成上面的测量。为了测定辐照场，可在预计的辐照区的不同位置放置适当大小的胶片，曝光后从底片的黑度情况判断辐照场的均匀性和具体情况。或者也可将胶片直接贴放在X射线机的窗口上，曝光后从得到的底片影像粗略估计辐照场情况。以上所说的“胶片”，均是指装入暗袋后的胶片。4漏泄辐射剂量我国辐射防护标准，对X射线机的漏泄辐射剂量作出了具体规定，表2-3是GB163571996对500kV以下X射线机的规定。表2-3 GB163571996对X射线机漏泄辐射剂量的规定额定管电压/kV距X射线
31、机焦点1m处的漏泄空气比释动能率1501mGy/h1502002.5mGy/h2005mGy/hX射线机在日常使用中应严格遵守X射线机的使用说明，认真进行各项维护工作，其中应特别注意的是下列各项:1不能超负荷使用X射线机X射线机都规定了额定电压、额定电流（管电流）、工作方式，工作方式指的是加载与冷却交替循环时间的规定，在正常开机工作时必须遵守这些规定。2注意X射线管的老化训练X射线管是一个高真空度的器件，如果真空度降低，一是可能引起高压击穿损坏X射线管，二是高速电子可将管中的气体电离，产生很大的管电流，造成X射线管损坏。X射线管在制造过程中，管壳、电极都经过严格的排气处理，但X射线管内的材料析
32、出气体和X射线管本身的漏泄等，都会导致真空度降低。为了保证X射线管的真空度，新安装的X射线管，或关机一段时间再启用的X射线机，在开机后都应进行X射线管的老化训练（训机），吸收X射线管内的气体，提高X射线管的真空度。老化训练就是按照一定的程序，从低电压、低管电流逐步升压，直到达到X射线机的工作所需的最高管电压或额定工作电压。不同的X射线机均有自己的具体规定，表2-4和表2-5列出了X射线机老化训练的主要规定。在老化训练中应注意观察管电流，如果在某一管电压下管电流不稳定，则应降回原管电压，重新在原管电压下工作一段时间，再升高管电压。表2-4 玻璃管X射线机的老化训练规定停用时间816h23d321
33、d21d升压速度10kV/30s10kV/min10kV/2.5min10kV/5min表2-5 金属陶瓷管X射线机的老化训练规定停用时间老化训练方法1d可自动训机到使用电压，更高时可手动按10kV/min训机27d手动从最低值按10kV/min训机，中间应按规定休息730d手动从最低值按10kV/5min休息5min方式训机现代的X射线机内常安装了保护装置，其保证在未完成必要的老化训练之前，无法向X射线管送上高压。有的X射线机装备了自动老化训练程序，只要停放时间在规定的时间内，可以采用自动老化训练程序完成老化训练。3充分预热与冷却X射线管的灯丝和阳极靶，工作在高温高压下，灯丝金属会挥发，由于
34、在X射线管中电子动能的绝大部分转换为热，阳极急剧升温，如果不注意充分冷却，将导致阳极过热，阳极靶面蒸发或熔化，并会加大气体的释放，最终使X射线管损坏。因此，在使用X射线机时，除了限定在额定工作电压和工作电流外，还必须注意预热和冷却。在开机后，应使灯丝经历一定的加热时间后，再将高压送到X射线管。关机前，应使X射线管的灯丝在无高压下保持加热一段时间。这将减小X射线管灯丝不发射电子状态与强烈发射电子状态之间的突然变化，这种突然变化将加速灯丝的老化，减少X射线管的寿命。为了达到充分冷却，除了保证冷却系统正常工作外，还必须遵守X射线机的工作方式规定，在高压加载一定时间后必须按照规定间歇一定的时间，防止X
35、射线机因冷却不足造成事实上的工作，形成了超负载的过度使用，这将很快损坏X射线管或严重损伤X射线管。不同X射线机对工作方式都有明确的规定，一般都规定了允许的最长连续工作时间，同时规定了相等的高压加载时间和间歇冷却时间。便携式X射线机经常采用高压加载5min、间歇冷却5min的工作方式；移动式和固定式X射线机，由于冷却系统较好，最长连续工作时间可达30min或更长，工作方式一般也是采用相等的高压加载时间和间歇冷却时间。4日常定期维护做好日常定期维护工作，对于保证X射线机长期处于正常工作状态和延长使用寿命都具有重要意义。主要的日常维护工作是定期校验指示仪表和清洁控制系统的元器件，定期检验绝缘油、冷却
36、油的耐压强度和充气绝缘X射线机的气压，定期检验连接部分和紧固部分的状况，特别是高压电缆连接处的密封和紧固螺栓，保证它们都处于良好、有效的状态，防止泄漏、渗入。现在许多X射线机已改为高压、管电流可以预置，接通高压开关后，X射线机的控制部分自动调节、逐步达到所需要的高压和管电流，不需要再进行人工调节。多数控制箱已改为数字显示和数字式调节方式调节。这从设备本身避免了一些不正确的操作。由于制造质量不良、操作不当、维护不佳等原因，X射线机可能发生各种故障。在日常使用中常出现的故障，主要发生在X射线管、高压发生器和高压电缆等部分，在低压电路中，由于元器件的损坏或老化，也会出现故障。X射线管的主要故障是真空
37、度降低、X射线管漏气，由此造成X射线管击穿。或者X射线管灯丝烧断，造成X射线管损坏。高压发生器部分的故障主要是高压电路中局部绝缘降低、高压变压器对地击穿、高压变压器层间击穿、灯丝变压器对地击穿等。高压电缆的故障主要是击穿，击穿的部位经常出现的位置是插头部位，主要原因是这个部位经常活动，造成裂纹，进入气体或水分，或者此部位原已存在气孔或裂纹。低压电路部分的故障主要是电路元器件失效、电接触不良、存在短路或击穿等。发生故障时应立即停止X射线机的工作，查明原因，排除故障。2.2 g射线机g射线机用放射性同位素作为g射线源辐射g射线，它与X射线机的一个重要不同是，g射线源始终都在不断地辐射g射线，而X射
38、线机仅仅在开机并加上高压后才产生X射线，这就使g射线机的结构具有了不同于X射线机的特点。2.2.1 g射线机的类型我国有关标准（GB/T 140581993等）将g射线探伤机分为三种类型：手提式、移动式、固定式。手提式g射线机轻便，体积小、重量小，便于携带，使用方便。但从辐射防护的角度，其不能装备能量高的g射线源。移动式和固定式g射线机，体积较大，重量也较大，移动需借助适当的装置。由于容许采用更多材料进行辐射防护设计，因此可以装备能量高和活度较大的g射线源。我国辐射防护标准GB 184652001对这三类g射线机的源容器的防护性能规定了具体的要求，如表2-6所示。表2-7列出的是我国生产的部分
39、g射线机的主要数据。表2-6 GB 184652001对g射线机源容器漏泄比释动能率的规定源容器类别源容器外表面距外表面50mm处距外表面1m处手提式2mGy/h0.5mGy/h0.02mGy/h移动式2mGy/h1mGy/h0.05mGy/h固定式2mGy/h1mGy/h0.10mGy/h表2-7 g射线机的主要技术参数g射线机型号CTSIYTSISETSI外形尺寸/mm530390310421242287240110180主机重量/kg200288.5屏蔽材料与重量贫化铀，135kg贫化铀，19kg贫化铀，3.2kgg射线源60Co192Ir75Se额定源活度/ Bq3.71012（100
40、Ci）3.71012（100Ci）2.961012（80Ci）通道型式S通道S通道直通道输源方式自动/手动自动/手动自动/手动驱动机构长度/m111010输源管长度32.1m32.1m32.1m2.2.2 g射线机的基本构成g射线机主要由五部分构成：源组件（密封g射线源）、源容器（主机体）、输源（导）管、驱动机构和附件。图2-20是弯通道设计的g射线机源容器结构示意图。源容器是g射线源的储存装置，是g射线机的主机。在不曝光时g射线源被收回置于源容器中，为了减少g射线辐射的外泄，源容器内部都装备了屏蔽材料，近年来主要采用贫化铀代替铅作为屏蔽材料。屏蔽体内的设计主要是两种形式：“S通道”和“直通道
41、”。S通道结构比较简单，在各方向具有近似相等的屏蔽厚度。直通道结构比较复杂，需利用适当的结构，使g射线源在存放到源容器中时，不存在直接向外辐射的通道。图2-20 S通道g射线机源容器的基本结构示意图1外壳 2聚氨酯填料 3贫化铀屏蔽层 4g源（源组件） 5源托 6安全接插器 7快速连接器 8密封盒源容器的通道端口都设计有可快速连接的接口，源容器上还都设计有一套安全连锁机构。这些装置和机构用以保证正确和安全操作g射线机，避免意外事故。源组件由g射线源、外壳、源辫子、屏蔽杆构成。g射线源密封在外壳中。外壳由内外两层构成，内层是铝壳，外层一般由不锈钢制做，通过等离子焊将一定形状和尺寸的放射性同位素密
42、封在外壳之中，防止放射性同位素散失。对外壳的结构和强度有严格要求，它必须在一定的温度、压力、振动、冲击等的作用下不发生损坏，不会导致放射性同位素外泄。图2-21是源组件的结构示意图。源组件与源托连接，通过源托与驱动部件连接在一起。图2-21 源组件结构示意图驱动机构由一套控制部件、控制导管、驱动部件构成，在使用时它与源容器连接，用来送出和收回g射线源，其行程记录装置可以指示g射线源所处的位置。驱动方式可分为自动（电动）方式和手动方式两种。手动方式是通过手摇动驱动手柄使g射线源在输源管中移动，完成g射线源的送出和收回。为了减少现场操作人员受到的辐射照射，可采用电动驱动方式。电动驱动方式可设置一定
43、的g射线源移动速度、预置适当的送源延时时间、预置一定的曝光时间等，它可以在一定的距离外进行遥控操作。输源管是一种软管，它由包塑的不锈钢管制成，使用时，根据现场情况，可将一根或多根相连，构成一端开口另一端封闭的输源管。开口一端与源容器连接，封闭一端与照射头连接，照射头固定在曝光位置，g射线源沿输源导管送到预定的曝光位置。附件主要是照射头、定向架等，利用照射头限定g射线源的照射场，利用定向架固定照射头，保证g射线照相过程按设定的方式进行。目前，在工业射线照相探伤中使用的g射线源主要是人工放射性同位素：60Co；192Ir；75Se；170Tm等，它们的主要特性列于表2-8中。对于工业射线探伤来说，
44、在选择g射线源时应考虑的g射线源的主要特性是能量、放射性比活度、半衰期、源尺寸。由于不同的g射线源的能量是固定的，所以应按照被检验工件的材料和厚度，选择适当的g射线源，g射线源的能量是否适当直接关系到检验的灵敏度。表2-8 常用g射线源的主要特性g 射线源60Co192Ir75Se170Tm主要能量/MeV1.17，1.330.30，0.31，0.47，0.600.13，0.260.052，0.084半衰期5.3 a74d120 d128 dKr（R m2（h Ci）1.300.48（0.55）0.20（0.125）0.0014C m2/（kg h Bq）9.21053.310151.4101
45、50.011015等效能量1.25MeV400keV217keV84keV适宜厚度（钢，mm）402002010010405表中的Kr称为照射量率常数，由于采用法定计量单位的值比较复杂，因此也用带括号形式给出非法定计量单位的值，这时它表示活度为1Ci的源、在无滤波下、在距源1m处1h时间内给出的照射量的伦琴数值。2.2.3 g射线机使用g射线机与X射线机比较具有设备简单、便于操作、不用水电等特点，但g射线机操作错误所引起的后果将是十分严重，因此，必须注意g射线机的操作和使用。按照国家的有关规定，使用g射线机的单位涉及到放射性同位素，因此，单位必须申领放射性同位素使用许可证，操作人员，应经过专门
46、的培训，并应取得放射工作人员证。g射线机的操作一般应按下列程序进行。1准备工作检查g射线机的有关部分是否完好正常，例如，驱动机构是否可正常工作，输源导管是否存在损坏，主机的漏泄辐射是否处于规定范围之内等。在确认g射线机处于完好后方可进行安装应用。2主机安装将主机牢固地安放在适当位置，并应采取必须的辐射防护措施和设置必要的防雨、防外界物品碰撞等设施。在安装过程中，应随时用剂量仪进行监测。3组装g射线机按根据检验工作的具体情况和特点设计的透照布置，组装输源导管、连接驱动机构、固定准直器和定向架等。输源导管应尽量平直，弯曲半径应不小于500mm。固定准直器和定向架时应使g射线源尽量与设定的焦点位置重合。4设定控制区和监督区通过监测（和理论计算），设定控制区边界和监督区边界，控制区边界处的空气比释动能率应为40mGy/h处，监督区边界处的空气比释动能率应为2.5mGy/h处，并按国家标准的规定设置警告标志。操作人员应在控制区边界
