【正文】 新光線的性質(zhì)不甚了解，便借用數(shù)學(xué)上未知數(shù)“ X”來(lái)代表，故稱之為 X射線。 X 射線探傷是最早應(yīng)用的幾種探傷方法之一。對(duì)射線探傷設(shè)備大多已做到系列化，能滿足多種多樣的探傷要求，探傷的效率 也顯著提高了。在過(guò)去的十幾年里，這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了大量的研究成果，對(duì)社會(huì)生活產(chǎn)生了深刻的影響。二十世紀(jì)三十年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了中子。對(duì)射線性質(zhì)的深入研究和工藝技術(shù)科學(xué)的飛躍發(fā)展，給射線探傷應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。第二次世界大戰(zhàn)之前 的三十年代，由于軍事工業(yè)的迫切需要，無(wú)損探傷逐漸形成一項(xiàng)專門(mén)的技術(shù)學(xué)科。時(shí)至今日， X射線探傷實(shí)時(shí)成像數(shù)字圖象處理技術(shù) (XRTIP)，成為國(guó)際上無(wú)損探傷領(lǐng)域廣泛并深入研究的重要課題之一。其中美國(guó) VARIAN 公司的 系統(tǒng)，德國(guó) SEIFERT 公司的實(shí)時(shí)圖象處理器 OPS3 型 PHILJPS 公司的 MU 系列產(chǎn)品 ,貝麥 ANDREX 公司的 TRU— VTSON150 等產(chǎn)品都曾打入中國(guó)市場(chǎng)，有的己被 國(guó)內(nèi)一些廠家使用。有的已通過(guò)鑒定，有的己投入使用。相信用不了多久 ,工業(yè) XRTIP 系統(tǒng)也同醫(yī)學(xué) TV 成像一樣，很快就會(huì)普及并發(fā)展起來(lái)。隨后西方發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛引進(jìn)逆變電源技術(shù)，并應(yīng)用于工業(yè) X 射線探傷機(jī)。當(dāng)時(shí)電路設(shè)計(jì)是基于原有的電力電子技術(shù)和元器件開(kāi)發(fā)的，多數(shù)采用瓊斯電路作逆變電路。第二章首先闡述了 X射線的產(chǎn)生與探傷的成像方法，然后介紹了 X射線探傷機(jī)的種類、特點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)。第四章主要對(duì)整流功能模塊的輸出電壓曲線進(jìn)行分析，并介紹了系統(tǒng)常見(jiàn)典型問(wèn)題的解決方法。 射線探傷是利用射線對(duì)材料具有一定的穿透能力，及其在穿透材料過(guò)程中，不同物質(zhì)和不同物體結(jié)構(gòu)對(duì)射線衰減程度各不相同。 射線的產(chǎn)生與探傷的成像方法 X 射線具有電磁波的共性，同時(shí)也具有不同于可見(jiàn)光和無(wú)線電波等其他電磁輻射的特性，以下對(duì) X 射線的產(chǎn)生和使用 X射線探傷的成像方法作簡(jiǎn)單介紹。X 射線發(fā)生的示意圖如圖 22 所示： 415326++X 射 線 圖 22 X 射線發(fā)生示意圖 ； ； ； ； ； X 射線發(fā)生的原理是由變壓器等組成的高壓發(fā)生器產(chǎn)生高電位差，加到 X 射線的兩端，陽(yáng)極的電位高于陰極的電位。接通高壓之后，在電場(chǎng)的作用下，溢出的電子飛向陽(yáng)極，同時(shí)電子被電場(chǎng)加速。高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊到陽(yáng)極靶上，發(fā)生韌致輻射，產(chǎn)生 X射線。所有顯示方法，均是利用射線與顯示物質(zhì)相互作用的某種后果，而這種后果又與射線的劑量或劑量率有相應(yīng)關(guān)系，從而達(dá)到射線探傷的目的。在工件遠(yuǎn)離射線源的一側(cè) ,放置裝有 X 射線膠片的暗盒。 熒光屏成像法 這是大家熟悉的一種射線顯示方法，它廣泛地用于人體醫(yī)療透視檢查中。選擇熒光亮度高，發(fā)出的熒光物質(zhì)，加工成粉末，均勻涂布到透明材料做的支撐層上，即成熒光屏。因此，呈現(xiàn)出工件的透視圖像。 工業(yè)射線實(shí)時(shí)成像法 工業(yè) X射線實(shí)時(shí)成像法是將貫穿工件后射線強(qiáng)度分布變?yōu)殡娨?圖像顯示缺陷。轉(zhuǎn)動(dòng)工件 ,可以從各個(gè)側(cè)面觀察工件的透視圖像。檢查的速度快、成本低，便于自動(dòng)探傷和遠(yuǎn)距操作與觀察。 移動(dòng)式 X 射線機(jī) 移動(dòng)式 X射線機(jī)是一種體積較大、重量較重的探傷機(jī)，安裝在移動(dòng)小車上，用于固定或半固定場(chǎng)合使用的 X 射線機(jī)。 攜帶式 X 射線機(jī) 攜帶式 X射線機(jī)是一種體積小、重量輕、便于攜帶、適用于高空和野外作業(yè)的 6 X 射線機(jī)。 本設(shè)計(jì)中的 X射線探傷機(jī)是屬于攜帶式 X射線機(jī)， 控制器為立式便攜機(jī)箱結(jié)構(gòu)，有一個(gè)把手便于攜帶，在儀器斜放時(shí)把手可以固定作為支撐。 射線探傷機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 一般 X射線探傷機(jī)的結(jié)構(gòu)由五個(gè)功能模塊組成：高壓功能模塊、冷卻功能模塊、保護(hù)功能模塊、控制功能模塊和人機(jī)界面功能模塊，下面分別對(duì)各模塊作簡(jiǎn)單介紹。 冷卻功能模塊 冷卻是保證 X射線機(jī)能否長(zhǎng)期使用的關(guān)鍵，冷卻效果的好壞直接影響 X 射線管的壽命和連續(xù)使用時(shí)間。所以 X 射線管陽(yáng)極在實(shí)際制造時(shí)，都采取各種措施保證冷卻效率。 控制功能模塊 控制功能模塊是指 X 射線管外部工作條件的總控制部分，主要包括管電壓的調(diào)節(jié)、管電流的調(diào)節(jié)以及過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)等。 本設(shè)計(jì)的 X射線探傷機(jī)前面板主要是系統(tǒng)人機(jī)界面，由 LED 顯示器、發(fā)光二極 7 管和按鍵組成；側(cè)面板是配電和電纜連接面板，主要由 電 源 開(kāi)關(guān) 、 電 源 線插 座、 連接 X射 線發(fā) 生器 電纜 插座、 20A 保 險(xiǎn)絲 管座、 2A 保 險(xiǎn)絲 管座和接地端子組成。 圖 23 前面板圖 其中，前面板中的 LED 顯示器、發(fā)光二極管狀態(tài)說(shuō)明如下所述： （ 1） 數(shù)碼顯 示器（共 8 位） a、狀態(tài)： 3位，顯示當(dāng)前工作狀態(tài)或故障代碼； b、千伏： 3位，顯示機(jī)器工作 KV值或預(yù)置 KV值； c、時(shí)間： 2位，顯示機(jī)器工作時(shí)間或預(yù)置時(shí)間。 8 圖 24 側(cè)面板圖 源 開(kāi)關(guān) ； 源 線插 座； 接 X射 線發(fā) 生器 電纜 插座； 險(xiǎn)絲 管座； 險(xiǎn)絲 管座； 9 3 X射線探傷機(jī)主電路及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 射線探傷機(jī)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體框架 本系統(tǒng)由操縱臺(tái)、 X 射線發(fā)生器和低壓連接電纜三部分組成。 側(cè)面插座盤(pán)有電源插座、連接 電纜插座、斷路器、報(bào)警揚(yáng)聲器、熔斷器和接地端子。 根據(jù)各部分電路的功能特點(diǎn)，本系統(tǒng)分 主電路電路部分、驅(qū)動(dòng)電路部分和面板電路部分三大模塊。 X 射線發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 X 射線發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如 圖 32 所示，高壓變壓器和 X 射線管安裝在同一個(gè)管桶 10 內(nèi)，其外殼用鋁板加工而成，采用六氟化硫氣體絕緣，供電頻率為 125～ 300Hz，為便于 X射線管散熱采用了陽(yáng)極接地方式，在陽(yáng)極靶伸出的端部安裝一個(gè)多葉片的鋁散熱器，再用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫冷卻，加強(qiáng)了散熱效果。另外，在管桶內(nèi)鐵心和外部散熱器上各裝有一個(gè)溫度繼電器，用來(lái)防止溫度過(guò)高而損壞機(jī)器。濾波后的直流電壓與給定電壓在電壓調(diào)節(jié)單元中進(jìn)行比較，控制晶閘管導(dǎo)通角，使輸出電壓與設(shè)定電壓相等，且保持較高的穩(wěn)定度。 X 射線探傷機(jī)原理框圖如圖 33所示： 晶 閘 管 橋式 整 流 器L C 濾 波 器 逆 變 器半 控 整 流觸 發(fā) 電 路單 片 機(jī)電 流 調(diào)節(jié) 單 元鍵 盤(pán)顯 示X 射 線發(fā) 生 器2 2 0 V5 0 H z~電 壓 反 饋電 路逆 變 器 觸發(fā) 電 路功 率 放大 電 路電 源電 路 圖 33 X射線探傷機(jī)原理框圖 11 基于晶閘管的主電路及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 本部分是采用晶 閘管為核心，設(shè)計(jì)了 X 射線機(jī)的逆變功能模塊和整流功能模塊，并針對(duì)主電路的觸發(fā)要求合理設(shè)計(jì)了其驅(qū)動(dòng)電路。以下是主電路和驅(qū)動(dòng)電路的具體設(shè)計(jì)。下面分別對(duì)各功能模塊的功能及工作原理進(jìn)行描述。整流電路把 220V 交流電整流，再進(jìn)行 LC 濾波，輸出一個(gè)較平滑的直流電作為逆變電路的輸入電壓，并送到電壓反 饋電路的輸入端。 此外，在整流后加上濾波電感和負(fù)載，這樣感性負(fù)載的特點(diǎn)是電流的變化落后于電壓的變化，這就有可能在電源正半周結(jié)束時(shí)，陽(yáng)極電流仍大于維持電流，使晶閘管久久不能關(guān)斷，破壞了整個(gè)電路正常工作，稱這種現(xiàn)象為晶閘管“失控”，必 12 須嚴(yán)加防止。必須注意，續(xù)流二極管的極性不能接錯(cuò)，否則會(huì)造成短路事故。 逆變功能模塊 原理圖如圖 35 所示 : C 3 14 u / 4 0 0 VC 3 24 u / 4 0 0 VC 3 34 u / 4 0 0 VC 3 44 u / 4 0 0 VC72 2 4 K / 6 3 0 E 1C82 2 4 K / 6 3 0 E 1D5N 8 1 F R 6 08D3N 8 1 F R 6 08D4M U R 3 0 1 2 0 P TL2R11 0 0 Ω /4 0 WR751ΩR851ΩR22 Ω /3 0 WS C R 4S C R 3V C CA1（9）A1（5）A1（7）123A R 31 0 K 4 3 1A R 21 0 K 4 3 1 圖 35 逆變功能模塊原理圖 在電路 圖中 SCR SCR4 分別為主、副晶閘管， L2 為換向變壓器（電感）， C3C3 C3 C34 為換 向電容， D4 為反饋二極管（削尖峰）， AR D5為逆峰吸收回路，C C R7 和 R8分別為主、副晶閘管過(guò)壓吸收保護(hù)元件， AR AR3 為壓敏電阻。換向電容兩端電壓等于 VCC 時(shí)，下正上負(fù)，為強(qiáng)迫副晶閘管關(guān)斷準(zhǔn)備。同時(shí)， C3 C3 C3 C3 L2（ 2）經(jīng) SCR D3 串聯(lián)諧振，使電容放電后再充電為上正下負(fù)，反偏振蕩停止。 C3 C3 C3 C34剩余電荷經(jīng) SCR L2（ 3）、 D4 串聯(lián)諧振，使電容電壓 上 負(fù) 下 正而停止，電源繼續(xù)向電容充電，開(kāi)始下 一個(gè)過(guò)程。 航空頭管腳分配 航空頭是操作臺(tái)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(jī)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(hào) 顏色定義 功能 1 黃色 ~220V(N) 2 懸空 3 綠色 升壓變壓器初級(jí) 4 黃色 ~220V(L) 5 紅色 升壓變壓器初級(jí) 6 灰色 溫度反饋 7 懸空 8 白色 電流反饋 9 黑色 地 14 123456789外殼接地端（黑線）N （黃線）220V 交流電懸空（白線）懸空V C C220V 交流電S （黃線）升壓端（綠線）（灰線）航 空 頭 部 分（紅線）注：做實(shí)驗(yàn)時(shí)航空頭 6 、 9 接電爐，3 、 5 接地， 8 接電流表。下面分別對(duì)各功能模塊的功能及工作原理進(jìn)行描述。零點(diǎn)檢測(cè)電路如圖 37所示： 12345678I C 1L M 3 1 1 NR410KD6D5C 1 40 . 1 uC 1 30 . 1 uR510K+ 5 VJ P 1 （ 9 ）單片機(jī) ( I N T 1 )J P 2 （ 9 ）J P 2 （ 11 ） 圖 37 零點(diǎn)檢測(cè)功能模塊原理圖 15 電路 工作原理是： 220V 交流電壓經(jīng)電源變壓器降壓后送到零點(diǎn)檢測(cè)電路的兩個(gè)輸入端，經(jīng) C1 C14 濾波和 D D6限幅后送到電壓比較器的反相輸入端。 半控整流觸發(fā)功能模塊 半控橋觸發(fā)電路 主要作用是對(duì) 整流功能模塊 輸出的直流電壓進(jìn)行調(diào)整和控制。 半控橋觸發(fā)電路 如圖 38所示 ： R 2 720KD 1 3D 1 1T39013C 2 40 . 1 uR 2 610Ω+ 1 2 VC X / R X7C L R11Q12Q5A9B10CX6I C 2 BM 7 4 H C 1 2 3 B 1 RC 3 3200P+ 5 VR 2 120KC 2 70 . 0 1 uJ P 1 （ 3 ）B3J P 1 ( 3 )J P 3 （ 1 ）J P 3 （ 5 ）J P 3 （ 3 ） 圖 38 半控橋觸發(fā)功能模塊原理圖 半控橋觸發(fā)功能模塊中， 74HC123 與其外圍電路組 成脈寬可調(diào)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，來(lái)自單片機(jī)的頻率信號(hào)送到 74HC123 的 9腳，由 74HC123 的 5 腳產(chǎn)生矩形脈沖，經(jīng)C24 和 R27 微分電路微分后，產(chǎn)生正負(fù)尖脈沖送 T3的基極并放大后送到脈沖變壓器B3 分別觸發(fā) 整流功能模塊 中的兩個(gè)晶閘管。 逆變器觸發(fā)功能模塊 逆變器觸 發(fā)功能模塊