微焦點(diǎn)X射線機(jī)工作原理及常見(jiàn)故障原因分析

王濤 趙龍燦

摘 要 微焦點(diǎn)X射線機(jī)是一種重要的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，使用的領(lǐng)域逐漸變廣，每臺(tái)設(shè)備造價(jià)高昂，目前相關(guān)的維修資料較缺乏。本文主要介紹微焦點(diǎn)X射線機(jī)的故障維修，簡(jiǎn)要介紹微焦點(diǎn)X射線機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，舉例并結(jié)合原理對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞 微焦點(diǎn)X射線機(jī);工作原理;故障維修

微焦點(diǎn)X射線機(jī)主要應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療和電子行業(yè)，用于診斷產(chǎn)品是否存在缺陷。在工業(yè)制造領(lǐng)域，微焦點(diǎn)X射線機(jī)廣泛用于鑄件、鍛件、焊接件內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等缺陷，也在工序間大量使用，用于評(píng)判每個(gè)工序的加工質(zhì)量。微焦點(diǎn)X射線機(jī)比定向型的X射線機(jī)采購(gòu)成本更高，市場(chǎng)保有量相對(duì)更少，相關(guān)的故障維修參考資料也較少。本文主要介紹微焦點(diǎn)X射線機(jī)的故障維修，簡(jiǎn)要介紹微焦點(diǎn)X射線機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，舉例并結(jié)合原理對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行分析總結(jié)。

1微焦點(diǎn)X射線機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)

X射線是一種波長(zhǎng)在0.005nm-10nm之間的電磁波，它是原子內(nèi)層電子在高速運(yùn)動(dòng)電子流沖擊下，產(chǎn)生能級(jí)躍遷而發(fā)射的電磁輻射。用于檢測(cè)的是波長(zhǎng)短于0.1nm的X射線，叫作硬X射線，他的能量更大，穿透能力更強(qiáng)。在微焦點(diǎn)X射線機(jī)中產(chǎn)生X射線的過(guò)程是：燈絲電源加熱燈絲，使燈絲表面聚集大量活躍電子，并出現(xiàn)尖端放電的現(xiàn)象釋放出電子;高壓電源的高壓輸出端分別夾在陰極燈絲和陽(yáng)極靶兩端，提供一個(gè)高壓電場(chǎng)，使釋放的電子加速，形成高速的電子流，轟擊陽(yáng)極錐形靶，其中1%的能量由于韌致輻射產(chǎn)生X射線并向四周發(fā)射，其余99%的能量轉(zhuǎn)化為熱量。

產(chǎn)生X射線需要具備四個(gè)條件：一是能發(fā)射一定數(shù)量電子的電子源（燈絲電源和陰極燈絲）;二是迫使這些電子向指定方向作高速運(yùn)動(dòng)的高壓電場(chǎng)（高壓電源，也叫高壓發(fā)生器，提供高電位差。）;三是在電子運(yùn)動(dòng)方向上，設(shè)置一個(gè)能急劇阻止電子運(yùn)動(dòng)的障礙物（陽(yáng)極錐靶）;四是要有一個(gè)高度真空的空間（射線管的真空室），讓上述過(guò)程在高真空環(huán)境下進(jìn)行，使電子在強(qiáng)電場(chǎng)中加速時(shí)，不受氣體分子阻擋，同時(shí)保護(hù)燈絲不被氧化燒毀。微焦點(diǎn)X射線機(jī)的關(guān)鍵部件是射線管、高壓發(fā)生器、陽(yáng)極錐靶、高壓電纜、聚焦控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、I/O單元。與定向X射線機(jī)相比，主要的不同是具有可拆卸的陽(yáng)極靶、需要定期更換的陰極燈絲、開(kāi)放式的真空系統(tǒng)，以及冷卻方式通常為空氣冷卻。了解微焦點(diǎn)X射線機(jī)的工作原理和組成結(jié)構(gòu)，有助于梳理維修思路，找到故障現(xiàn)象下的真實(shí)原因，更快速地找到發(fā)生故障的部位[1]。

2故障維修實(shí)例

2.1 故障實(shí)例1

故障現(xiàn)象：開(kāi)機(jī)后無(wú)法開(kāi)啟高壓，監(jiān)視器中燈絲狀態(tài)顯示紅色。

故障分析及維修：通常燈絲狀態(tài)顯示紅色，表示燈絲已經(jīng)燒斷，打開(kāi)真空室檢測(cè)燈絲，發(fā)現(xiàn)燈絲狀況良好;接著檢查PLC模塊I/O單元，mA指示燈不亮，該現(xiàn)象可能表示mA功能異常，實(shí)際上mA和kV存在先后開(kāi)啟的邏輯，當(dāng)高壓正常開(kāi)啟后，燈絲電流才接著開(kāi)啟。在排除燈絲、高壓電纜、和mA功能的問(wèn)題后，故障位置鎖定在高壓發(fā)生器上。無(wú)損檢測(cè)射線機(jī)上的高壓發(fā)生器大多都采用英國(guó)GULMAY公司的CF系列產(chǎn)品，其核心部件是高壓變壓器，經(jīng)過(guò)多級(jí)放大變壓產(chǎn)生0-225kV的高壓。高壓變壓器密封在油箱中，通常不易發(fā)生故障。先檢查油箱上的棒陽(yáng)極高壓板，該板24V供電電源正常，重點(diǎn)檢查IGBT晶體管是否工作，晶體管輸入電壓正常，缺少啟動(dòng)電壓，晶體管未進(jìn)入工作狀態(tài)，取下晶體管來(lái)測(cè)試，其功能正常;經(jīng)查晶體管啟動(dòng)電壓來(lái)自另一塊小的驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板上同一路測(cè)試點(diǎn)有電壓輸出，但沒(méi)有到達(dá)高壓板上，回路中間有短路電壓被拉低了，解決短路問(wèn)題后開(kāi)機(jī)測(cè)試，設(shè)備所有功能恢復(fù)正常。故障時(shí)要進(jìn)入鉛房進(jìn)行維修，必須先做好防護(hù)，在靶桿周?chē)友b屏蔽鉛板，防止射線突然開(kāi)啟的意外。此例的啟發(fā)是加熱燈絲的低壓電源和射線管的高壓電源是兩套獨(dú)立系統(tǒng)，燈絲狀態(tài)顯示紅色表示不滿足高壓開(kāi)啟條件，kV控制和mA控制是先后開(kāi)啟的關(guān)系，了解這些邏輯可以避免造成誤判。

2.2 故障實(shí)例2

故障現(xiàn)象：高壓能正常開(kāi)啟，無(wú)法加載電流。

故障分析及維修：從故障現(xiàn)象來(lái)看，無(wú)法加載電流的情況下，高壓還能維持開(kāi)啟，后續(xù)也沒(méi)有停機(jī)的動(dòng)作，如2.1例所說(shuō)，系統(tǒng)先是加載高壓，接著才加載電流，高壓開(kāi)啟的動(dòng)作可以解釋?zhuān)惓Ｖ幨歉邏洪_(kāi)啟后發(fā)現(xiàn)電流未加載也沒(méi)有執(zhí)行停機(jī)的動(dòng)作。由于高壓功能正常，可以排除射線管、燈絲、真空等部件的疑問(wèn)，將檢修重點(diǎn)放在PLC模塊上，其中A6單元的功能是電流控制及聚焦，控制mA開(kāi)關(guān)的電壓是24V，該值正常，卻未測(cè)得電流反饋值。查資料知道A4單元中預(yù)留了mA控制功能，只是沒(méi)有聚焦功能，當(dāng)電腦指令電流為30μA時(shí)，測(cè)得A4模塊第3腳上有0.3V的反饋值，因?yàn)橄鄳?yīng)的接口并未接線，可以判斷該值是一個(gè)邏輯出來(lái)的虛假值，正是此虛假值干擾了系統(tǒng)的判斷，高壓就一直開(kāi)啟。將A6單元上相關(guān)的引線移到A4單元對(duì)應(yīng)的接口上，電流功能恢復(fù)正常，射線開(kāi)啟，只是無(wú)法進(jìn)行聚焦。由此判斷A6單元已故障損壞，更換A6單元后，系統(tǒng)所有功能恢復(fù)正常。此例是由PLC模塊故障引起的問(wèn)題，故障現(xiàn)象具有一定迷惑性，對(duì)各參數(shù)間的邏輯進(jìn)行分析，鎖定故障出現(xiàn)在PLC中，節(jié)省了維修時(shí)間[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)微焦點(diǎn)X射線機(jī)工作原理和主要構(gòu)件的介紹，以及對(duì)典型故障的分析，總結(jié)該類(lèi)型設(shè)備維修時(shí)思路，其中重點(diǎn)是X射線系統(tǒng)中高壓電源、燈絲電源、聚焦電源是三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，相互之間又存在邏輯關(guān)聯(lián)。微焦點(diǎn)X射線機(jī)大多數(shù)的故障都是由硬件問(wèn)題引起。結(jié)合上述論述以及個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)微焦點(diǎn)X射線機(jī)常見(jiàn)的故障如下：

kV、mA故障。這兩個(gè)問(wèn)題常伴隨出現(xiàn)，當(dāng)kV、mA都報(bào)故障時(shí)，應(yīng)關(guān)注兩者出現(xiàn)的先后順序，高壓發(fā)生器的工作頻率為45kHz。

PLC模塊故障，主要是I/O單元的故障，模擬值和反饋值都應(yīng)能測(cè)量到，故障時(shí)會(huì)有報(bào)錯(cuò)。

聚焦故障，會(huì)導(dǎo)致射線不均勻。跟聚焦電源輸出穩(wěn)定性和燈絲完整度有較大關(guān)系，聚焦電源輸出誤差較大時(shí)、燈絲位置不合適或燈絲尖端打弧出現(xiàn)氣泡時(shí)，聚焦性能會(huì)下降，零件觸碰靶桿外殼時(shí)，聚焦無(wú)法完成。

真空系統(tǒng)的故障。一定的高真空度是射線機(jī)工作的前提條件，真空泵極限真空下降，真空計(jì)氧化，管道及接頭泄漏都會(huì)引起真空故障。

參考文獻(xiàn)

[1] 張小海.射線檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：39-47.

[2] 余曉松.X線機(jī)高頻高壓發(fā)生器故障分析與維修[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2015（9）：87，170.