X射线机焦点尺寸测量方法的标准分析

工业射线检测一直是产品质量检测的重要方法,X射线机作为主要的射线装置得到广泛应用。作为X射线机的重要性能指标之一,焦点尺寸直接影响射线照相不清晰度。

工业X射线机焦点尺寸在使用过程中会发生变化,引起变化的因素主要有射线管阴极灯丝与聚焦性能发生变化、阳极靶受损等[1]。射线管阴极灯丝形状及聚焦性能是决定焦点尺寸的主要参数之一,阴极灯丝形状及聚焦性能发生变化,电子束流在阳极靶上撞击区域发生变化,导致焦点尺寸发生变化;随着X射线管的使用时间增长,阳极靶受损程度增大,阳极面变得凸凹不平,导致漫射线增加,从而导致实际使用或测量中焦点尺寸发生变化。

为了确定X射线机焦点尺寸,确保X射线机性能指标与检测工艺规定的符合性,满足射线检测质量要求,设备供应商、用户及相关各方一直都十分关注X射线机焦点尺寸测量方法。

1　国内外现状

为了有效评价X射线管性能,X射线管制造商、用户及行业协会组织制定了很多相关的标准。20世纪70年代,国际电工组织IEC就制定了针对医用X射线机的焦点尺寸测量方法,英国标准BS6530规定了医用诊断射线管焦点特性测定方法[2],BS 6932规定了工业射线照相用微焦点和小焦点射线管有效焦点尺寸测量方法(包括棒阳极管)。除此之外,欧洲和美国材料试验协会也分别制定了相应标准。目前,具有典型代表的有三个标准, IEC60336[3],EN 12543[4]和ASTM E1165[5]。三个标准的测试对象、方法和适用范围不同,测试结果处理和分析方法也有差异。IEC 60336于1970年正式发布,是国际上最早制订的关于X射线管焦点特性及尺寸测量的标准,经过1982,1993和2005年三次修改和完善,目前已经是第四版。IEC 60336—2005中主要包括了三种焦点尺寸测量方法:狭缝法、针孔法和星卡法。EN 12543—1999针对不同目的,分类制定了五种方法:扫描法(EN 12543-1)、针孔法(EN12543-2)、狭缝法(EN 12543-3)、边缘法(EN 12543-4)(适用于焦点尺寸>0.5 mm,最大电压500 kV的X射线机,针对没有针孔板或狭缝的情况下,是一种较为简单和粗略判断焦点尺寸变化的测量方法)、EN 12543-5(适用于5~300μm、电压≤225 kV的X射线管焦点的测量,是专门针对微焦点系统的测量方法)。

ASTM E 1165-04是专门针对线状X射线管焦点长度和宽度的测量方法,适用于最大电压≤500 kV的工业X射线机。ASTM E 1165采用针孔成像原理,主要针对焦点尺寸≥0.3 mm以上的X射线管[6]。

国内,JB/T 9402—1999《工业射线探伤机性能测试方法》附录B规定了焦点尺寸测量的过程和一般要求[7]。

2　焦点尺寸测量方法

2.1　分类

目前各标准中规定的方法可以划分为三大类,第一类是扫描法,直接用机械扫描方式,以辐射计数测量焦点的辐射强度分布,确定焦点尺寸;第二类是成像法,采用针孔板或狭缝获得焦点的射线照相图像,从图像直接确定焦点尺寸;第三类是计算方法,采用高吸收材料制作的星卡、边界法等,获得射线照相图像,测量图像强度,进行计算或转换后确定焦点尺寸。