放射性碘—125密封籽源生产用激光焊接系统

徐鹏程

摘 要：目前，碘-125密封籽源在国外除被广泛用于前列腺癌的治疗外，对其他部位不同类型肿瘤治疗的研究也取得了一定的成果，例如恶性神经胶质瘤，非小细胞肺癌等。先前我公司生产放射性碘-125密封籽源完全采用人工手动焊接方法，成品率很低，只有70%左右，造成原材料的大量浪费，且使放射性碘-125这种核素的挥发量加大，造成的污染也较高。为克服上述生产过程中的弊端，需要进行生产技术改造，设计出一种“绿色环保”的“节约型”碘-125密封籽源焊接系统，既能提高劳动生产效率，满足密封籽源的大批量生产要求，从而满足医院的临床使用，又能降低可挥发性放射性物质对生产、环境的污染，同时也能减少射线对操作人员的辐射伤害。

关键词：碘-125密封籽源；焊接系统；大批量生产

中图分类号：TG75 文献标识码：A

一、碘-125密封籽源的生产工艺介绍

1 碘-125密封籽源解剖图（图1）

2 碘-125密封籽源生产工艺框图（图2）

3 碘-125密封籽源主要的生产工序

（1）冷钛管的激光焊接；

（2）银丝的预处理；

（3）放射性银丝的制备；

（4）装载放射性銀丝；

（5）热钛管的激光焊接；

（6）籽源清洗；

（7）籽源剂量检测及入库。

金属钛管的焊接在碘-125密封籽源的整个生产过程中占两道工序，如何提高生产效率及成品合格率至关重要。

二、总体设计介绍

1 碘-125密封籽源激光焊接系统的组成

碘-125密封籽源激光焊接系统由以下7部分组成：

（1）激光焊接机；

（2）步进马达；

（3）金属钛管支架；

（4）可编程控制驱动器；

（5）气体保护装置；

（6）视频监控装置；

（7）精密定位装置。

2 碘-125密封籽源激光焊接系统各组成部分框图（图3）

3 碘-125密封籽源激光焊接系统各组成部分的功能及原理

（1）激光焊接机

完成碘-125密封籽源外包壳金属钛管的焊接密封。金属钛管是碘-125密封籽源的原料之一。进口来的钛管为管状结构，长度为7mm～8mm，直径为0.8mm，两端开口。生产工序中首先需要使用激光焊接机将钛管的一端密封（冷焊），当装载好带有放射性碘-125的银丝后，再封闭另一端（热焊）。本身可以进行参数的设置及焊接能量的选择。

（2）步进马达

带动金属钛管进行旋转，步长为20000/周，每旋转到指定角度则激光焊接机发出一次激光束进行局部焊熔。

（3）金属钛管支架

钛管被固定在支架上，随步进马达进行同步旋转，以便进行激光焊接。支架采用铝质或铜质材料制成，既容易加工又较轻便耐磨。

（4）可编程控制驱动器

是激光焊接系统的控制部分，并驱动步进马达按指令进行旋转运动，同时控制激光焊接机激光束的发出及气体保护装置的启停。

（5）气体保护装置

使用惰性气体氩气进行激光焊接时的保护，防止被焊接钛管表面氧化而发黑，同时使焊接熔融物迅速凝固密封。

（6）视频监控装置

将钛管被焊接部位完全放大显示在屏幕之上，对钛管实施准确定位；可清晰观测到每颗钛管的焊接过程，从而及时调整焊接时的各项参数，确保焊接密封效果；准确发现焊接的次品及时去除以防流入到下到工序。

（7）精密定位装置

由于钛管直径很小，要实现完好的密封，必须实现对被焊接钛管X-Y-Z轴的准确定位，使激光器发出的激光准确聚焦打在指定位置，提高焊接效率和成品率；同时使钛管焊接部位完全显示于屏幕中心，便于观察检测。

三、激光焊接系统各组成部分设计介绍

1 可编程控制驱动器

它是整个激光焊接系统的核心控制部分，主要包括激光焊接机激光脉冲的发出或停止；控制保护气体的输出或关停；控制并驱动步进马达带动金属钛管支架旋转或停止。

（1）内部运行软件

需要使之与计算机相连，并通过如下编程系统进行编辑、调试、传输等获得。程序编制调试好并传入控制器后，即可使之与计算机断开独立运行。软件操作系统及Si3540型可编程控制驱动器均来自于德国生产厂商：Applied Motion Products公司。

（2）与各设备连接的控制接口介绍（如图4所示）

①单项AC 110V/220V电源连接口

通过开关切换AC 110V和220V。

②步进马达连接口

A+、A-，连接马达的一组线圈；B+、B-，连接马达的另一组线圈。

③RS232通讯接口

程序编辑后需要进行调试或加载到可编程控制器时；需要将可编程控制器里的程序上传至PC机时，通过此连接接口进行通讯传输。

④输入、输出接口（6、4、8）

该三组接口中，其中用于步进马达正、反转控制（LIMITS）的一组是悬空的，无需使用。Outputs 1-3的输出控制口中OUT1+、OUT1-，控制激光焊接机的启动；OUT2+、OUT2-，控制激光焊接机的停止；OUT3+、OUT3-，控制保护气体氩气的启、停。Inputs 1-4的控制口中只使用了IN/JOGCOM、INPUT1，用于脚踏开关的控制输入，其余都悬空不用。

⑤碘-125密封籽源激光焊接软件程序框图（图5）

2 激光焊接机

选择国外进口YAG激光焊接机，可同时连接三路光纤传输系统。本设计为便于焊接操作，只采用单一的传输光纤，其内径为0.8mm，最大输出功率为14J/P，脉宽5ms，可调，输出频率为1-25PPS。焊接时因金属钛管的壁很薄，所使用能量控制在1.3-1.8J即可完成熔融密封。

3 步进马达

选择德国生产厂商：Applied Motion Products公司的步进马达是最佳选择。但我公司除了使用他们的产品而外，还选择了日本三洋的产品，使用效果也是很好，而且国内就能买到，也非常便宜。

4 精密定位装置

此精密定位装置我已作为第一发明人成功申请到实用新型专利，专利号为：CN203664928U，名称为“放射性密封籽源激光焊接精密定位装置”。本精密定位装置，包括一底板平台、固定于底板平台上的激光出射头固定调节部件和水平位移调节部件、以及水平位移调节部件固定连接的钛管固定部件。其中激光出射头固定调节部件上设有Z轴位移粗调滑动块和Z轴位移细调调节器；水平位移调节部件上设有X轴位移调节器和Y轴位移调节器；通过以上部件的精密配合，可用于对碘-125密封籽源的大批量生产，提高生产效率，降低可挥发性放射性物质对生产、环境的污染，同时减少射线对操作人员的辐射。

5 气体保护装置

使用惰性气体氩气作为保护气体，氩气纯度为99.99%，气体来源于钢瓶，通过减压阀、流量计、气嘴及管道在焊接时进行送气，将整个被焊接的钛管笼罩在一个保护气流下，从而使焊接部位光洁明亮，无色斑。

6 视频监控装置

包括十字发生器和显示器。十字发生器用于在显示器上产生十字，有利于碘-125密封籽源焊接时定位在显示器中心，且被放大，便于观察。

结论

目前，我公司生产的碘-125密封籽源采用的激光焊接系统已有四套系统在同时使用，运转正常，效率高，获得了经济效益和社会效益的双丰收。国内其他同类产品的生产厂家也都采用我们的焊接方式，取得了较好的效益。

参考文献

[1]基于PLC的激光拼焊生产线控制系统设计[A].第六届全国信息获取与处理学

术会议论文集（1）[C].2008.

[2]李少华，康蓉娣.激光焊接技术及其应用[J].舰船防化，2011（04）.