X射线在检测金属材料厚度中的应用

　　0　引言

　　在冶金制造行业,我们常常需要对金属材料的厚度进行测量,尤其在连铸连轧生产线上需要对热轧薄钢板的厚度进行实时高精度的测量,这就需要一套稳定性很强,测量精度非常高的厚度测量系统。在广东珠江钢铁有限公司的实践证明,利用X射线装置来进行这方面的测量具有非常明显的优越性能。

　　1　测量原理与装置

　　利用X射线测量金属材料厚度是一种无损测量方法,X射线是波长介于10^-5~10^-11mm之间的电磁波,当X射线穿过金属物质后会使强度衰减,其射线强度的衰减规律,用下式表示:

　　式中,I0为X射线的入射射线强度;I为X射线穿过被测金属材料后的射线强度;μ为衰减系数;d为被测金属材料的厚度。其测量系统如图1所示。

       显然,当知道X射线的入射射线强度I0与穿过被测金属材料后的射线强度I,就可以根据上式计算出待测金属材质厚度d。

　　为了高精度地测量出金属厚度d,设计了一套系统,主要是由X射线发射装置,信号接收装置及信号处理装置3部分组成,如图2所示。

　　1·1　X射线发射装置

　　为了产生X射线,需要特殊的金属材质与特制的高压真空金属管以便产生出实际所需要的X射线,选用德国IMS公司生产的110kV高压的X射线管,可以产生出高强度且稳定性极高的X射线。X射线管主要由阴极、阳极靶与高压真空管等3部分组成。阴极通常是由呈螺旋状的钨丝做成灯丝,具备良好的热容量和很强的导热能力,(熔化温度达3 380℃,具备很长的金属使用寿命)。当工作时,在X射线管正负极两端接上110 kV直流高压,螺旋型的细丝状钨丝很快加热到2 000℃以上,发射出大量电子,电子在高压电场的作用下从阴极以极高的速度向阳极运动,形成灯管电流。X射线管的阴极起着发射电子与聚焦电子的作用,它由发射电子的钨丝和聚焦电子的凹面阴极头组成。一般阳极靶与管轴垂直方向成20°倾斜角,X射线束则形成了一个约40°圆锥体向外辐射出去。

　　由于有大量的电子会同时不间断地从阴极飞向阳极,当X射线管电压高达100 kV时,电子以1.65×10⁸m/s的速度在空管内运行,撞击阳极,产生大量的热能,这需要阳极必须具备耐撞击与良好的导热性能,在实际工作时,X射线管周围配置水冷系统对阳极进行冷却。从钨原子中脱离出来的电子大部分动能转化为热能被丢失,只有3%左右的电子的动能转化为X射线。

　　1·2　X射线接收装置

　　X射线接收装置由充有氦、氖惰性气体的密闭金属罐(又称电离室)及附加电路组成。电离室外层为耐腐蚀、高强度的合金钢,当X射线照射到电离室时,室内的惰性气体被电离出电子,失去电子的原子成为带正电的离子,电子在电场的作用下从阴极向阳极运动,而离子在电场的作用下从阳极向阴极运动,两者将在外接电路中形成电流I。为了屏蔽外部信号的干扰,当电离室电流范围在10-12A到10-17A之间时,电离室需要接地[1]。