【正文】 esting and the main thesis work are given. In chapter 2, the selection of Xray detection and imaging methods are discussed. Types and characteristics and the basic structure of Xray detection machine are introduced. The design ideas are described in Chapter 3. Based on that train of thoughts, the system general framework, the work flow of the supervision system is constructed .The role and work principle of functional module of main circuit and driving circuit of the Xray detection machine as well as its hardware design and implementation are focuses on describing. The output voltage curve of the main rectifier module is analyzed, and the solutions for the typical problems of the system are introduced. Finally, the design process of the system is summed up.Key Words：nondestructive inspection；Xray； thyristors；IGBT 目 錄1 緒論 1 1 2 22 X射線探傷機的基本原理及結(jié)構(gòu)分析 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 6 6 63 X射線探傷機主電路及其驅(qū)動電路的設(shè)計與實現(xiàn) 9 9 9 X射線探傷機工作流程設(shè)計 10 11 11 14 20 24 25 27 284 實驗及結(jié)果分析 30 30 32結(jié) 論 33參考文獻 34附錄1： 基于晶閘管的主電路原理圖 35附錄2： 基于晶閘管的驅(qū)動電路原理圖 36附錄3： 基于IGBT的X射線探傷機電路原理圖 37附錄4： 基于晶閘管的主電路板實物圖 38附錄5： 基于晶閘管的驅(qū)動電路實物圖 39致 謝 40英文資料及中文翻譯 1 緒論在各種無損檢測方法中，射線探傷是應用最廣泛、最成熟，最有效的方法之一。射線在貫穿物體的過程中，由于與物質(zhì)相互作用，強度逐漸減小。而工件中的缺陷，總是引起工件厚度或材質(zhì)的局部改變。例如，用強度均勻的射線照射工件，穿透射線使膠片感光，再經(jīng)暗室處理得到射線照相底片。(W．K．Rontgen)在研究陰極射線管時，偶然發(fā)現(xiàn)的。進一步實驗，還發(fā)現(xiàn)它能穿透許多物質(zhì)，諸如衣服、紙板，甚至頁數(shù)很多的書本，并能使膠片感光，X射線就這樣被發(fā)現(xiàn)了。例如，在倫琴發(fā)現(xiàn)新光線的消息傳到美國的第四天，就有一位醫(yī)生利用新光線來檢查受槍傷的病人看有沒有槍彈留在他的身體里。后來，人們?yōu)榱思o念倫琴的偉大發(fā)現(xiàn)，又稱為倫琴射線。時至今日，射線探傷已發(fā)展成為應用多種射線和多種顯示方法的探傷技術(shù)。射線探傷的結(jié)果己被列為許多重要產(chǎn)品和零部件的質(zhì)量判斷依據(jù)，射線探傷已成為一種行之有效不可缺少的探傷方法，應用于幾乎所有的工業(yè)部門。自X射線發(fā)現(xiàn)后，法國的科學家們發(fā)現(xiàn)了放射線性。自此以后，各種加速器、核反應堆相繼建成。在第一次世界大戰(zhàn)時期，X射線已開始用于戰(zhàn)地醫(yī)療診斷。X射線探傷是最早應用的幾種探傷方法之一。美國、丹麥、日本等一些工業(yè)發(fā)達國家都有各具特色的(XRTIP)系統(tǒng)。在我國自八十代中期就有一些大學和研究單位，開始了此項研究。但大都是在需要完善和將要定型階段。其中，應用逆變電源技術(shù)的工業(yè)X射線探傷機，早在1969年比利時波濤公司己經(jīng)研制成功。我國也于80年代初引進日本理學X射線探傷機后，仿制了逆變氣絕緣X射線探傷機，并基本上一直沿用此設(shè)計原理至今，但所選用的關(guān)鍵逆變器件一直是SCR，沒有進行元器件更新。本文第一章主要闡述了X射線無損探傷研究的背景與意義，以及對國內(nèi)外的現(xiàn)狀進行介紹和分析。第三章首先描述了X射線無損探傷機的總體設(shè)計；然后分析主電路及其驅(qū)動電路各功能模塊的工作原理，具體包括整流功能模塊、逆變功能模塊、零點檢測功能模塊、半控橋觸發(fā)功能模塊、逆變器觸發(fā)功能模塊、電壓反饋功能模塊、電流反饋功能模塊、溫度檢測功能模塊、電壓等級選擇功能模塊、揚聲器驅(qū)動功能模塊和電源功能模塊；最后闡述了采用IGBT對探傷機的主電路進行改進，以及設(shè)計了其驅(qū)動電路，使X射線機功耗更低，工作更可靠穩(wěn)定，系統(tǒng)性能更優(yōu)。2 X射線探傷機的基本原理及結(jié)構(gòu)分析工業(yè)上廣泛應用射線照相來發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部存在的缺陷，分析其形成的原因和規(guī)律，評價這些缺陷對工件使用性能的影響，以便改進設(shè)計或工藝，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，避免惡性事故的發(fā)生。從而使缺陷在照相軟片或電視熒光屏上形成影像，借以判斷工件內(nèi)部的缺陷和完整性，射線檢測原理如圖21所示：圖21 射線檢測原理圖； ； ；； 輻射源照射工件，X射線膠片放在工件的底面，由于有缺陷的材料與沒缺陷的材料吸收射線不同，所以工件的缺陷顯影在底片上，借助于缺陷的圖像，可以判斷工件的質(zhì)量。X射線是由韌致輻射而產(chǎn)生的，當快速運動的電子被物質(zhì)阻止時，電子運動的速度急劇減小，電子原有的一部分或全部動能轉(zhuǎn)換為電磁波射出去,此即韌致輻射。通常，將作為陰極的燈絲予以加熱，使得燈絲上有電子溢出。為了避免電子在渡越由陰極到陽極的空間時與空氣分子發(fā)生碰撞，管內(nèi)被抽成很高的真空。射線探傷的成像方法很多，其中應用最廣泛的是射線照相法、熒光屏成像法、工業(yè)射線電視法、射線劑量率測量法等。 射線照相法射線照相法是由射線源輻射的射線，貫穿于距射線源合適距離的被探傷工件。由于貫穿工件后有無缺陷部位的射線強度不同，X射線膠片將不同程度地被感光，感光的膠片經(jīng)暗室處理得到射線照相底片，利用射線照相底片黑度變化而顯現(xiàn)的圖像，來發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。熒光屏成像法是利用射線與熒光物質(zhì)相互作用產(chǎn)生熒光的現(xiàn)象呈現(xiàn)圖像的。熒光屏成像法原理是射線輻射的射線貫穿工件照射到熒光屏上，由于存在缺陷而引起射線強度的差異，進而引起熒光屏各部位熒光亮度的差異。不過，與射線照相底片比較熒光屏呈黑度分布正好相反。它能把射線增強數(shù)千倍，探傷時可以用肉眼直接觀察工件內(nèi)部缺陷。它也能用于鑄造、焊接工藝連續(xù)觀察。目前，國內(nèi)外所生產(chǎn)和使用的工業(yè)X射線探傷機的種類、形式、規(guī)格繁多，按結(jié)構(gòu)可分為兩大類，移動式X射線機和攜帶式X射線機。它的高壓發(fā)生部分（一般是兩個對稱的高壓發(fā)生器）和X射線管是分開的，它們之間用高壓電纜連接，為了提高工作效率，一般采用強制油循環(huán)冷卻。它采用結(jié)構(gòu)簡單的半波自整流線路，X射線管和高壓發(fā)生部分共同裝在射線機頭內(nèi)，控制箱通過一根多芯的低壓電纜將其連接在一起?？刂凭€路板通過扁平電纜插頭座與顯示電路板及主回路連接，整個儀器的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計便于檢查、維修和更換部件。X射線探傷機的高壓部分包括X射線機、高壓發(fā)生器（高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流管和高壓電容）及高壓電纜等。X射線管會因陽極過熱而發(fā)生損壞，冷卻得不好還會發(fā)生高壓變壓器過熱，絕緣性能變壞，耐壓強度降低而擊穿的事件。X射線探傷機的保護系統(tǒng)主要有以下部分組成：每一個獨立電路的短路過流保護、X射線管陽極的冷卻保護、X射線管的過載保護（過流或過壓）、零位保護、接地保護和其他保護等。人機界面常使用鍵盤、旋鈕、LED顯示和LCD顯示，X射線探傷機一般通過控制臺上的開關(guān)、按鈕或它們的組合進行操作，操作實現(xiàn)的功能由控制臺上的文字和操作手冊給出。前面板和側(cè)面板分別如圖2圖24所示。（2）發(fā)光二極管指示燈（共七個） a、電源燈：機器通電時亮； b、預置燈：機器處于預置參數(shù)時亮； c、準備燈：機器準備完畢時亮； d、訓機燈：訓機時亮； e、工作燈：訓機或曝光時周期性閃亮； f、休息燈：訓機或工作休息時亮； g、故障燈：機器發(fā)生故障保護時亮。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖31所示：圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖操作臺面板上有LED顯示器、控制按鈕、信號指示燈等。操作臺內(nèi)部有整流電路、電源變壓器、濾波電感、濾波電容及逆變器等組成。其中，主電路部分主要由整流功能模塊、逆變功能模塊組成；驅(qū)動電路部分主要由零點檢測功能模塊、半控橋觸發(fā)功能模塊、逆變器觸發(fā)功能模塊、電壓反饋功能模塊、電流反饋功能模塊、溫度檢測功能模塊、電壓等級選擇功能模塊、揚聲器驅(qū)動功能模塊和電源功能模塊組成。在發(fā)生器內(nèi)在鋪設(shè)了一層防輻射的鉛板，并用環(huán)氧樹脂粘結(jié)在發(fā)生器內(nèi)壁上。圖32 X射線發(fā)生器 X射線探傷機工作流程設(shè)計X射線探傷機工作流程：220V交流電經(jīng)晶閘管橋式整流后，由LC組成的濾波器濾為平滑直流電，再送晶閘管逆變器逆變，將直流電斬截成單向矩形脈沖波，作為升壓變壓器一次繞組的供電電源，經(jīng)變壓器升壓后為X射線發(fā)生器提供高壓。當輸出電壓高于最高點壓5%時，控制電路中的過電壓保護動作，使逆變器停止工作，即切斷高壓。為了保證探傷機的工作性能，因此在主電路和驅(qū)動電路中加入必要保護環(huán)節(jié)。 主電路部分主要由整流功能模塊、逆變功能模塊、航空頭功能模塊組成。整流功能模塊采用了單相橋式整流電路調(diào)壓。整流功能模塊如圖34所示：圖34 整流功能模塊原理圖在電路中，兩個橋臂上的晶閘管VTVT2的陰極通常式連接在一起（共陰極），此時他們的門極電位接近，故采用脈沖變壓器隔離時，二次繞組間絕緣要求較低，不會因絕緣損壞造成短路。為此，在輸出端并聯(lián)一個續(xù)流二極管，為感性負載提供了一個放電回路，避免了感性負載持續(xù)電流流過晶閘管，保證晶閘管正常工作。本功能模塊采用副晶閘管和換向電容及換向電感的強迫換向方式，由于晶閘管在直流電壓下觸發(fā)導通后,其控制極已失去控制能力，不能自行關(guān)斷，因而采取了這種專門的措施。工作原理簡述如下：在接通低壓電源未接通高壓電源之前，電流調(diào)節(jié)單元輸出的連續(xù)觸發(fā)脈沖使副晶閘管SCR3導通，電流經(jīng)高壓變壓器一次側(cè)224。L2，迅速向C3C3C3C34充電，當充電流小于SCR4的維持電流時，SCR4自行關(guān)斷。接通高壓后，觸發(fā)脈沖使主晶閘管SCR3導通，一方面負載電流經(jīng)SCR3 224。同時，C3C3C3C3L2（2）經(jīng)SCRD3串聯(lián)諧振，使電容放電后再充電為上正下負，反偏振蕩停止。C3C3C3C34剩余電荷經(jīng)SCRL2（3）、D4串聯(lián)諧振，使電容電壓上負下正而停止，電源繼續(xù)向電容充電，開始下一個過程。航空頭是操作臺與X射線管的連接口，航空頭的質(zhì)量和連接的可靠性直接影響到X射線機工作的穩(wěn)定性和X射線管的壽命。表31航空頭管腳功能表管腳號顏色定義功能1黃色~220V(N)2懸空3綠色升壓變壓器初級4黃色~220V(L)5紅色升壓變壓器初級6灰色溫度反饋7懸空8白色電流反饋9黑色地圖36 航空頭管腳分布圖驅(qū)動電路部分主要由零點檢測功能模塊、半控橋觸發(fā)功能模塊、逆變器觸發(fā)功能模塊、電壓反饋功能模塊、電流反饋功能模塊、溫度檢測功能模塊、電壓等級選擇功能模塊、揚聲器驅(qū)動功能模塊和電源功能模塊組成。零點檢測電路的作用是保證半控橋觸發(fā)功