微焦点X射线机工作原理及常见故障原因分析

王涛 赵龙灿

摘 要 微焦点X射线机是一种重要的无损检测设备，使用的领域逐渐变广，每台设备造价高昂，目前相关的维修资料较缺乏。本文主要介绍微焦点X射线机的故障维修，简要介绍微焦点X射线机的结构及工作原理，举例并结合原理对常见故障进行分析总结。

关键词 微焦点X射线机;工作原理;故障维修

微焦点X射线机主要应用于工业、医疗和电子行业，用于诊断产品是否存在缺陷。在工业制造领域，微焦点X射线机广泛用于铸件、锻件、焊接件内部缺陷的检测，如裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷，也在工序间大量使用，用于评判每个工序的加工质量。微焦点X射线机比定向型的X射线机采购成本更高，市场保有量相对更少，相关的故障维修参考资料也较少。本文主要介绍微焦点X射线机的故障维修，简要介绍微焦点X射线机的结构及工作原理，举例并结合原理对常见故障进行分析总结。

1微焦点X射线机工作原理及结构

X射线是一种波长在0.005nm-10nm之间的电磁波，它是原子内层电子在高速运动电子流冲击下，产生能级跃迁而发射的电磁辐射。用于检测的是波长短于0.1nm的X射线，叫作硬X射线，他的能量更大，穿透能力更强。在微焦点X射线机中产生X射线的过程是：灯丝电源加热灯丝，使灯丝表面聚集大量活跃电子，并出现尖端放电的现象释放出电子;高压电源的高压输出端分别夹在阴极灯丝和阳极靶两端，提供一个高压电场，使释放的电子加速，形成高速的电子流，轰击阳极锥形靶，其中1%的能量由于韧致辐射产生X射线并向四周发射，其余99%的能量转化为热量。

产生X射线需要具备四个条件：一是能发射一定数量电子的电子源（灯丝电源和阴极灯丝）;二是迫使这些电子向指定方向作高速运动的高压电场（高压电源，也叫高压发生器，提供高电位差。）;三是在电子运动方向上，设置一个能急剧阻止电子运动的障碍物（阳极锥靶）;四是要有一个高度真空的空间（射线管的真空室），让上述过程在高真空环境下进行，使电子在强电场中加速时，不受气体分子阻挡，同时保护灯丝不被氧化烧毁。微焦点X射线机的关键部件是射线管、高压发生器、阳极锥靶、高压电缆、聚焦控制系统、真空系统、I/O单元。与定向X射线机相比，主要的不同是具有可拆卸的阳极靶、需要定期更换的阴极灯丝、开放式的真空系统，以及冷却方式通常为空气冷却。了解微焦点X射线机的工作原理和组成结构，有助于梳理维修思路，找到故障现象下的真实原因，更快速地找到发生故障的部位[1]。

2故障维修实例

2.1 故障实例1

故障现象：开机后无法开启高压，监视器中灯丝状态显示红色。

故障分析及维修：通常灯丝状态显示红色，表示灯丝已经烧断，打开真空室检测灯丝，发现灯丝状况良好;接着检查PLC模块I/O单元，mA指示灯不亮，该现象可能表示mA功能异常，实际上mA和kV存在先后开启的逻辑，当高压正常开启后，灯丝电流才接着开启。在排除灯丝、高压电缆、和mA功能的问题后，故障位置锁定在高压发生器上。无损检测射线机上的高压发生器大多都采用英国GULMAY公司的CF系列产品，其核心部件是高压变压器，经过多级放大变压产生0-225kV的高压。高压变压器密封在油箱中，通常不易发生故障。先檢查油箱上的棒阳极高压板，该板24V供电电源正常，重点检查IGBT晶体管是否工作，晶体管输入电压正常，缺少启动电压，晶体管未进入工作状态，取下晶体管来测试，其功能正常;经查晶体管启动电压来自另一块小的驱动板，驱动板上同一路测试点有电压输出，但没有到达高压板上，回路中间有短路电压被拉低了，解决短路问题后开机测试，设备所有功能恢复正常。故障时要进入铅房进行维修，必须先做好防护，在靶杆周围加装屏蔽铅板，防止射线突然开启的意外。此例的启发是加热灯丝的低压电源和射线管的高压电源是两套独立系统，灯丝状态显示红色表示不满足高压开启条件，kV控制和mA控制是先后开启的关系，了解这些逻辑可以避免造成误判。

2.2 故障实例2

故障现象：高压能正常开启，无法加载电流。

故障分析及维修：从故障现象来看，无法加载电流的情况下，高压还能维持开启，后续也没有停机的动作，如2.1例所说，系统先是加载高压，接着才加载电流，高压开启的动作可以解释，异常之处是高压开启后发现电流未加载也没有执行停机的动作。由于高压功能正常，可以排除射线管、灯丝、真空等部件的疑问，将检修重点放在PLC模块上，其中A6单元的功能是电流控制及聚焦，控制mA开关的电压是24V，该值正常，却未测得电流反馈值。查资料知道A4单元中预留了mA控制功能，只是没有聚焦功能，当电脑指令电流为30μA时，测得A4模块第3脚上有0.3V的反馈值，因为相应的接口并未接线，可以判断该值是一个逻辑出来的虚假值，正是此虚假值干扰了系统的判断，高压就一直开启。将A6单元上相关的引线移到A4单元对应的接口上，电流功能恢复正常，射线开启，只是无法进行聚焦。由此判断A6单元已故障损坏，更换A6单元后，系统所有功能恢复正常。此例是由PLC模块故障引起的问题，故障现象具有一定迷惑性，对各参数间的逻辑进行分析，锁定故障出现在PLC中，节省了维修时间[2]。

3结束语

通过对微焦点X射线机工作原理和主要构件的介绍，以及对典型故障的分析，总结该类型设备维修时思路，其中重点是X射线系统中高压电源、灯丝电源、聚焦电源是三个独立的系统，相互之间又存在逻辑关联。微焦点X射线机大多数的故障都是由硬件问题引起。结合上述论述以及个人工作经验，总结微焦点X射线机常见的故障如下：

kV、mA故障。这两个问题常伴随出现，当kV、mA都报故障时，应关注两者出现的先后顺序，高压发生器的工作频率为45kHz。

PLC模块故障，主要是I/O单元的故障，模拟值和反馈值都应能测量到，故障时会有报错。

聚焦故障，会导致射线不均匀。跟聚焦电源输出稳定性和灯丝完整度有较大关系，聚焦电源输出误差较大时、灯丝位置不合适或灯丝尖端打弧出现气泡时，聚焦性能会下降，零件触碰靶杆外壳时，聚焦无法完成。

真空系统的故障。一定的高真空度是射线机工作的前提条件，真空泵极限真空下降，真空计氧化，管道及接头泄漏都会引起真空故障。

参考文献

[1] 张小海.射线检测[M].北京：机械工业出版社，2013：39-47.

[2] 余晓松.X线机高频高压发生器故障分析与维修[J].中国医疗设备，2015（9）：87，170.