Как выбрать портативный рентгеновский аппарат

Портативный рентгеновский аппарат для неразрушающего контроля (НК) — это техника, которая позволяет исследовать внутреннюю структуру объектов, таких как металлические детали, сварные соединения, трубы и прочее. Неправильный выбор оборудования может привести к увеличению временных затрат или к невозможности проведения работ. Сформулируем ключевые характеристики устройства, которые необходимо учесть при покупке.

Описание

По параметрам напряжения, которое подается на трубку, портативные рентгеновские генераторы делятся на следующие виды:

• постоянного действия;
• импульсные;
• полупериодные.

Конструктивно устройства состоят из блока излучения, источника напряжения и ПУ.

Технические условия не предписывают, где и какой тип оборудования использовать. В нормативной документации обычно указываются 2 группы — гамма-дефектоскопы и рентгеновские аппараты. Для каждой из них определены эксплуатационные условия с дополнительными комментариями. Например, что для определенного объекта контроля можно применять аппарат постоянного действия.

Принцип работы

Источником ионизирующего излучения в устройстве служит рентгеновская трубка. Внешне она выглядит как металлокерамическая или стеклянная колба, внутри которой находится вакуум. Он исключает поглощение электронов газовой средой, чтобы не возник пробой. В рентгеновских трубках постоянного действия используется эффект термоэлектронной эмиссии, в импульсных — взрывная эмиссия электронов.

Как устроены аппараты постоянного действия

Основные элементы устройств — рентгеновские трубки. С одной стороны у них находится вольфрамовая мишень (может быть выполнена в форме конуса или наклонной пластины), с другой — нить накаливания. Через нее проходит ток и при этом образуется облако электронов. Иначе такое явление называется термоэлектронная эмиссия.

Под воздействием напряжения электроны толкают друг друга, передавая импульс движения, и ударяются о мишень. При их торможении и создается рентгеновское излучение.

Работа полупериодных аппаратов

Как и приборы постоянного потенциала, они поставляются с металлокерамическими и стеклянными трубками, которые также оснащены вольфрамовой или молибденовой мишенью и нитью накаливания. В полупериодных генераторах не предусмотрен умножитель, поэтому они могут функционировать на невысоких или средних частотах.

Импульсные аппараты

Производятся только со стеклянными трубками. Одна сторона снабжена анодом в форме иглы, другая — лезвийным катодом. Воздействие короткого импульса высокого напряжения вызывает мини-взрыв. В результате образуется облако плазмы, что служит источником заряженных электронов. Дальнейший процесс их ускорения и генерации излучения протекает аналогично аппаратам постоянного действия.

Тренировка трубки

О перация выполняется для повышения электрической прочности, достижения правильных рабочих значений и увеличения срока эксплуатации. Различают 2 вида тренировки — ручную и автоматическую. Как правило, они проводятся в начале смены. Внештатно тренировки выполняют в случае переохлаждения, перегрева прибора или при других ошибках.

Практически у всех полупериодных и аппаратов постоянного действия есть специальные встроенные программы. В них зафиксированы параметры, экспозиция и время проведения тренировок трубки. Это удобнее, быстрее и не требует участия специалиста.

В импульсных устройствах не предусмотрена функция автоматической тренировки. Перед тем, как производить контроль, дефектоскописты выполняют несколько пробных просветов с увеличением времени экспозиции.

Излучение

По типу расположения окна для передачи энергии рентгеновские генераторы разделяют на 2 группы:

• С боковым выходом. Такие приборы могут иметь панорамную или направленную геометрию излучения. Варианты телесных углов — 40 х 360° и 40 х 60°.
• С торцевым расположением. У окон излучения такого типа бывает направленная или панорамная геометрия. Типичный телесный угол при этом — 150°.

С боковым выходом излучения сконструированы в основном аппараты постоянного действия, но среди них встречаются модели и с торцевым расположением. Например, «Март-200».

Полупериодные приборы производятся только с боковым расположением окна. У них панорамное или направленное излучение.

Импульсные аппараты выпускают только с торцевым выходом. Их можно применять как для панорамного, так и для направленного просвечивания.

Диапазоны силы тока

Выбор напряжения зависит от требуемой глубины проникновения рентгеновского излучения в материал, позволяющей получить информацию об объекте при неразрушающем контроле. Чем выше сила тока, тем толще предметы может просветить прибор. При этом слишком большое напряжение не подойдет для работы с тонкими объектами. Такое сочетание не создаст контраста между дефектной и бездефектной зонами, а снимок в этом случае получится с одинаковой плотностью почернения. Чтобы правильно провести контроль, необходимо придерживаться требований ГОСТ 20426-82.

Аппараты постоянного действия

Д ля оптимального режима экспозиции позволяют установить ток в диапазоне 0,1–12 А и рабочее напряжение от 5 до 300 кВт. Показатели варьируются, если нужно создать более контрастное изображение или увеличить скорость снимка.

В приборах постоянного действия нельзя одновременно выставлять максимальные ток и напряжение. Такое условие необходимо соблюдать из-за того, что охлаждающая система может отводить лишь ограниченный объем тепла. Питание рентгеновской трубки происходит почти постоянным напряжением — пульсация составляет несколько процентов. Для выхода на рабочий режим прибору требуется несколько секунд.

Полупериодные устройства

Функционируют от напряжения 30–360 кВт и тока 1–8 мА. Такой диапазон позволяет создать оптимальный режим экспозиции. Для контрастного изображения подачу тока увеличивают, а напряжение уменьшают. Если необходимо ускорить получение снимка, ток снижают, а напряжение усиливают.

В полупериодных аппаратах разрешено одновременно выставлять максимальные значения тока и напряжения, так как в процессе работы анод охлаждается.

Питание рентгеновской трубки в таких аппаратах производится напряжением с большой продолжительностью импульсов. Их форма напоминает трапецию с длительностью фронтов 25 %.

Импульсные аппараты

Н е позволяют регулировать напряжение и ток, но способны менять численность импульсов и продолжительность экспозиции. Например, на приборах «Арина» для установки времени есть специальный таймер. А в аппаратах XRS экспозицию можно задавать численностью импульсов.

Напряжение на рентгеновскую трубку подается импульсами с частотой в несколько герц. Их продолжительность в среднем составляет 20 нс. Схематично форма импульса напоминает треугольник.

Максимально просвечивающаяся толщина

Производители рентгеновских аппаратов в руководстве к использованию всегда заявляют этот параметр. При этом они указывают условия получения требуемых значений, а именно:

• состав материала исследуемого объекта;
• вид пленки;
• оптическая плотность почернения;
• время экспозиции;
• расстояние фокуса;
• вид усиливающих экранов.

При сопоставлении этих величин можно рассчитать максимально просвечиваемую толщину для конкретного типа прибора.

Качество снимков

Приборы постоянного действия имеют существенные преимущества перед импульсными. Применяя первые в работе, можно:

• устанавливать их на большее расстояние от исследуемого объекта, тем самым увеличивая четкость изображения;
• использовать меньшее напряжение и более высокий ток — в этом случае снимки получаются более контрастными.

Чувствительность контроля изображений должна соответствовать ГОСТ 7512-82.

При работе импульсных аппаратов на малом расстоянии зачастую применяются флуоресцентные усиливающие экраны и высокочувствительная пленка. Это сочетание обусловлено малыми дозами ионизирующей радиации. В результате качество снимков страдает за счет большой геометрической нерезкости.

Качество изображений полупериодных приборов сопоставимо со снимками аппаратов постоянного действия.

Производительность оборудования

Рентген-генераторы постоянного действия — самые высокопроизводительные среди портативных устройств. Сравнить такой параметр можно при помощи анализа номограмм экспозиции, если взять среди общих условий контроля следующие показатели:

• объект — лист из стали толщиной 70 мм;
• пленка — D7;
• фокусное расстояние — 700 мм;
• оптическая плотность снимка — D=2.

Для расчёта времени экспозиции (в минутах):

1. Выберите на нижней шкале требуемую толщину.
2. Начертите диагональ до пересечения с кривой нужного напряжения.
3. Прочертите прямую влево до пересечения со шкалой экспозиции.
4. Полученное значение разделите на показатель тока при требуемом напряжении.

Устройство полупериодных аппаратов предполагает импульсное, а не непрерывное излучение, а значит их производительность будет уступать приборам постоянного действия. Исходя из этого и время выполнения снимков у них будет на 50 % выше.

Самые низкопроизводительные среди портативных — импульсные аппараты. На номограммах можно увидеть, что с их помощью изображения получаются в несколько раз медленнее.

Размеры фокусного пятна

С этим понятием неразрывно связана резкость рентгеновского снимка. Выбирая аппарат для неразрушающего контроля, необходимо учитывать стандарты, по которым указан такой параметр. Для этого разработано три нормативных документа: ГОСТ 22091.9-86, EN 12543, IEC 336.

У подавляющего большинства рентген-генераторов размер фокусного пятна 2 или 3 мм. Но в некоторых вариантах аппаратов постоянного действия показатель равен 0,4 мм. Они созданы специально для контроля в аэрокосмической и атомной промышленности, где к функциональным объектам применяются повышенные требования. Полупериодные аппараты для решения таких задач не подходят, а у импульсных отсутствуют мелкофокусные модели.

Система охлаждения

У рентгеновских трубок КПД составляет не более 10 %, поэтому основная мощность распространяется в виде тепла на аноде. Для его отвода может использоваться один из вариантов системы охлаждения:

1. Пассивная воздушная. Снижает температуру за счет естественного теплообмена. В этом случае тепло от трубки к корпусу передается за счет изоляционной среды, которой наполнен прибор.
2. Принудительная воздушная. Для охлаждения аппарата используется радиатор с вентилятором. Тепло от трубки передается, как и в первом случае.
3. Принудительная водяная. В аппарате установлены трубки для циркуляции воды, которая перекачивается и охлаждается при помощи насоса. Такая система предполагает малую подвижность оборудования и используется только на приборах постоянного действия.
4. Автономная. По сути, это внешние вентиляторы, которые охлаждают аппараты при работе в жарком климате.

Импульсные приборы не предполагают оснащения системой охлаждения, поэтому в их работе обязательны длительные перерывы.

Период непрерывной работы рентгеновских аппаратов

Приборы постоянного действия функционируют по времени в зависимости от температуры окружающей среды, системы охлаждения и изоляционной среды. К примеру, зарубежные модели могут непрерывно работать от 5 до 60 минут. А вот российским аппаратам отдых и охлаждение могут потребоваться уже после 15 минут.

Ограничены в этом плане и некоторые полупериодные устройства. Например, китайские модели Raycraft и XXG ограничены 5-минутным циклом. После этого им требуется отдых в течение этого же времени.

Импульсные аппараты могут работать без перерыва полторы минуты. На охлаждение же отводится четыре с половиной минуты. Более длительное время работы резко сокращает функциональный ресурс и может полностью вывести аппарат из строя.

Изоляционная среда

Делится на 2 типа:

• Газонаполненная — для генераторов с металлокерамическими трубками. Элегаз там находится под давлением. При естественном старении уплотнителей или механических повреждениях он может вытечь, а при температурах ниже -20 °С начинает конденсироваться.
• Маслонаполненная — для аппаратов со стеклянными трубками. Высоковольтное масло хорошо проводит тепло и позволяет поднять больший ток.

С элегазом выпускается большинство полупериодных приборов. Импульсные же напротив маслонаполненные (исключение модели «Арион»).

Рабочая температура

Один из важных параметров для работы рентгеновского оборудования в российском климате. Некоторые аппараты функционируют при температуре -45 °С. К ним относятся модели с маслонаполненной средой, среди них СБК и РПД. В газонаполненных приборах из-за низких температур может снизиться давление элегаза, при этом сработает блокировка. Не исключена возможность загустения на морозе и высоковольтного масла. Тогда изоляционная среда не сможет отводить тепло, что приведет к перегреву устройства.

Масса и габариты

Многие аппараты постоянного действия тяжелые — только один блок излучения может весить больше 40 кг. Есть и исключения. Например, модели «Март» и СБК весят до 10 кг, но ввиду этого они ограничены по мощности.

Большой вес и у полупериодных приборов. В среднем он составляет 20–30 кг. А в аппарате SITE-X 3605 блок излучения весит 46 кг.

Масса импульсных аппаратов не превышает 10 кг. Есть даже модели весом 2,5 кг (например, «Арион-150»). Это позволяет одному специалисту провести контроль на большой высоте или в труднодоступных местах. Есть и минус в этом варианте — в довесок придется приобретать дозиметр, а он стоит почти как сам импульсный генератор.

Энергопотребление

Приборы постоянного действия потребляют до 1,6 кВт. Модели с малой мощностью могут комплектоваться аккумуляторами. При отсутствии электросети возможно подключение бензогенераторов.

Наибольшее значение энергопотребления полупериодных аппаратов составляет 2,6 кВт. Из-за большой мощности аккумуляторы для них не предусмотрены.

Импульсные приборы в среднем потребляют 0,2 кВт электроэнергии. В комплект дополнительного питания входят аккумуляторный блок, провода и зарядное устройство.