微焦點X射線機工作原理及常見故障原因分析

王濤 趙龍燦

摘 要 微焦點X射線機是一種重要的無損檢測設備，使用的領域逐漸變廣，每臺設備造價高昂，目前相關的維修資料較缺乏。本文主要介紹微焦點X射線機的故障維修，簡要介紹微焦點X射線機的結構及工作原理，舉例并結合原理對常見故障進行分析總結。

關鍵詞 微焦點X射線機;工作原理;故障維修

微焦點X射線機主要應用于工業(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)制造領域，微焦點X射線機廣泛用于鑄件、鍛件、焊接件內(nèi)部缺陷的檢測，如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等缺陷，也在工序間大量使用，用于評判每個工序的加工質(zhì)量。微焦點X射線機比定向型的X射線機采購成本更高，市場保有量相對更少，相關的故障維修參考資料也較少。本文主要介紹微焦點X射線機的故障維修，簡要介紹微焦點X射線機的結構及工作原理，舉例并結合原理對常見故障進行分析總結。

1微焦點X射線機工作原理及結構

X射線是一種波長在0.005nm-10nm之間的電磁波，它是原子內(nèi)層電子在高速運動電子流沖擊下，產(chǎn)生能級躍遷而發(fā)射的電磁輻射。用于檢測的是波長短于0.1nm的X射線，叫作硬X射線，他的能量更大，穿透能力更強。在微焦點X射線機中產(chǎn)生X射線的過程是：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極靶兩端，提供一個高壓電場，使釋放的電子加速，形成高速的電子流，轟擊陽極錐形靶，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動的高壓電場（高壓電源，也叫高壓發(fā)生器，提供高電位差。）;三是在電子運動方向上，設置一個能急劇阻止電子運動的障礙物（陽極錐靶）;四是要有一個高度真空的空間（射線管的真空室），讓上述過程在高真空環(huán)境下進行，使電子在強電場中加速時，不受氣體分子阻擋，同時保護燈絲不被氧化燒毀。微焦點X射線機的關鍵部件是射線管、高壓發(fā)生器、陽極錐靶、高壓電纜、聚焦控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、I/O單元。與定向X射線機相比，主要的不同是具有可拆卸的陽極靶、需要定期更換的陰極燈絲、開放式的真空系統(tǒng)，以及冷卻方式通常為空氣冷卻。了解微焦點X射線機的工作原理和組成結構，有助于梳理維修思路，找到故障現(xiàn)象下的真實原因，更快速地找到發(fā)生故障的部位[1]。

2故障維修實例

2.1 故障實例1

故障現(xiàn)象：開機后無法開啟高壓，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，打開真空室檢測燈絲，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，實際上mA和kV存在先后開啟的邏輯，當高壓正常開啟后，燈絲電流才接著開啟。在排除燈絲、高壓電纜、和mA功能的問題后，故障位置鎖定在高壓發(fā)生器上。無損檢測射線機上的高壓發(fā)生器大多都采用英國GULMAY公司的CF系列產(chǎn)品，其核心部件是高壓變壓器，經(jīng)過多級放大變壓產(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極高壓板，該板24V供電電源正常，重點檢查IGBT晶體管是否工作，晶體管輸入電壓正常，缺少啟動電壓，晶體管未進入工作狀態(tài)，取下晶體管來測試，其功能正常;經(jīng)查晶體管啟動電壓來自另一塊小的驅(qū)動板，驅(qū)動板上同一路測試點有電壓輸出，但沒有到達高壓板上，回路中間有短路電壓被拉低了，解決短路問題后開機測試，設備所有功能恢復正常。故障時要進入鉛房進行維修，必須先做好防護，在靶桿周圍加裝屏蔽鉛板，防止射線突然開啟的意外。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立系統(tǒng)，燈絲狀態(tài)顯示紅色表示不滿足高壓開啟條件，kV控制和mA控制是先后開啟的關系，了解這些邏輯可以避免造成誤判。

2.2 故障實例2

故障現(xiàn)象：高壓能正常開啟，無法加載電流。

故障分析及維修：從故障現(xiàn)象來看，無法加載電流的情況下，高壓還能維持開啟，后續(xù)也沒有停機的動作，如2.1例所說，系統(tǒng)先是加載高壓，接著才加載電流，高壓開啟的動作可以解釋，異常之處是高壓開啟后發(fā)現(xiàn)電流未加載也沒有執(zhí)行停機的動作。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，將檢修重點放在PLC模塊上，其中A6單元的功能是電流控制及聚焦，控制mA開關的電壓是24V，該值正常，卻未測得電流反饋值。查資料知道A4單元中預留了mA控制功能，只是沒有聚焦功能，當電腦指令電流為30μA時，測得A4模塊第3腳上有0.3V的反饋值，因為相應的接口并未接線，可以判斷該值是一個邏輯出來的虛假值，正是此虛假值干擾了系統(tǒng)的判斷，高壓就一直開啟。將A6單元上相關的引線移到A4單元對應的接口上，電流功能恢復正常，射線開啟，只是無法進行聚焦。由此判斷A6單元已故障損壞，更換A6單元后，系統(tǒng)所有功能恢復正常。此例是由PLC模塊故障引起的問題，故障現(xiàn)象具有一定迷惑性，對各參數(shù)間的邏輯進行分析，鎖定故障出現(xiàn)在PLC中，節(jié)省了維修時間[2]。

3結束語

通過對微焦點X射線機工作原理和主要構件的介紹，以及對典型故障的分析，總結該類型設備維修時思路，其中重點是X射線系統(tǒng)中高壓電源、燈絲電源、聚焦電源是三個獨立的系統(tǒng)，相互之間又存在邏輯關聯(lián)。微焦點X射線機大多數(shù)的故障都是由硬件問題引起。結合上述論述以及個人工作經(jīng)驗，總結微焦點X射線機常見的故障如下：

kV、mA故障。這兩個問題常伴隨出現(xiàn)，當kV、mA都報故障時，應關注兩者出現(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能測量到，故障時會有報錯。

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

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

參考文獻

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

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