CN114428099A - X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置及方法 - Google Patents

X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置及方法，用于所述阳极靶盘的寿命进行评价，所述试验装置包括加热源和真空腔室，所述阳极靶盘置于所述真空腔室内，所述阳极靶盘用于接收阴极出射的X射线轰击的区域称为环形轨迹区域，所述加热源使所述环形轨迹区域的温度达到实际工作温度。利用该试验装置能够模拟阳极靶盘的实际工作环境，并对阳极靶盘的寿命进行测试。该方法测试简便，结果可靠，而且试验装置可以重复使用，相对于阳极靶盘直接装管破坏性测试，既节省了时间，又节省了费用。

Description

X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置及方法
技术领域
本发明涉及阳极靶盘热冲击测试技术领域，特别涉及一种X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置及方法。
背景技术
X射线管用以产生X射线，在医学诊断、安全检查和无损探伤等各个领域发挥着重要的作用。X射线管的基本原理是，其阴极灯丝加热激发出来的热电子，在阴阳极加速电场作用下撞击到阳极靶盘。其中1％的能量转化为X射线，而剩余约99％的能量转化为热能，从而导致受撞击部位温升很快。固定阳极X射线管中，电子持续撞击在同一位置，局部温升很快，可连续加载但功率很低；旋转阳极X射线管采用阳极轴承带动阳极靶盘在真空管壳内高速旋转的方法，进而将热量分散到整个靶盘，相对固定阳极X射线管显著提高了可连续加载功率。
常见的大功率X射线管用旋转阳极靶最上面一层较薄的钨铼合金作为轨道层，和TZM钼合金复合在一起，而钼合金背面又焊接有石墨层。在X射线管加载过程中，靶盘焦斑轨迹温度超过2300℃，TZM基体工作温度超过1400℃，并且运行速度高达9000r/min以上。X射线管在实际工作过程中，靶盘长期处于高温-低温冷热循环交替状态，因此钼合金和石墨的焊接质量直接决定了靶盘的寿命。目前，常用阳极靶盘寿命考核的方法为直接装管进行曝光测试，不仅周期长，而且费用较高，随着靶盘研发的需要，迫切需要一种简单方便的靶盘寿命考核方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置及方法，替代现有的阳极靶盘寿命考核方式，该试验装置提供的测试环境与阳极靶盘实际工作环境基本一致，测试结果可靠，测试方法简单方便。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，用于对所述阳极靶盘的寿命进行评价，所述试验装置包括加热源和真空腔室，所述阳极靶盘置于所述真空腔室内，所述阳极靶盘用于接收阴极出射的X射线轰击的区域称为环形轨迹区域，所述加热源使所述环形轨迹区域的温度达到实际工作温度。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，所述加热源为通过电子束枪产生的定向区域加热源，所述加热源能产生束流定向作用于所述环形轨迹区域。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，还包括支撑体，所述支撑体用于支撑所述阳极靶盘。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，还包括旋转动力***，所述旋转动力***位于所述真空腔室外，所述旋转动力***连接所述支撑体进而能带动所述阳极靶盘转动，对所述阳极靶盘实现动态热冲击测试。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，所述支撑体的上段位于所述真空腔室内，所述支撑体的下段通过动态密封穿至所述真空腔室外与所述旋转动力***连接。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，所述真空腔室的侧壁为电子级别的密封石英钟罩，使所述真空腔室能够为所述阳极靶盘在测试过程中提供真空环境。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，所述密封石英钟罩可以为所述阳极靶盘在测试过程中提供真空度≤5×10-4Pa的真空测试环境。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，还包括温度传感器和控制***，所述控制***与所述温度传感器、所述旋转动力***和所述加热源均连接，所述温度传感器将温度实时反馈给所述控制***实现与所述加热源联动，所述温度传感器为红外测温温度传感器。
进一步地，在上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置中，所述控制***存储有参数，所述参数包括热冲击次数、加热时间、热冲击时间间隔、温度和真空度，所述控制***具有显示界面可以实时显示并记录试验过程中的所述参数。
另一方面，提供了一种利用上述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置进行试验的方法，包括如下步骤：
首先将阳极靶盘固定于支撑体上，真空腔体内抽真空至5×10-4Pa以内，在控制***中设置热冲击试验的加热时间、热冲击次数、热冲击时间间隔和温度；
然后调整定向区域加热源在阳极靶盘的环形轨迹区域的相对位置，启动控制***，开始试验，试验结束后，观察阳极靶盘的状态，并对阳极靶盘进行分析评价。
分析可知，本发明公开一种X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置及方法，利用该试验装置能够模拟阳极靶盘的实际工作环境，并对阳极靶盘的寿命进行考核评价。该试验装置采用电子束枪产生的高能束流定向作用于阳极靶盘用于接收阴极出射的X射线轰击的环形轨迹区域，并设定升温时间基本与实际阳极靶盘曝光加载时间一致。真空腔室采用密封石英钟罩为试验提供提供真空环境，即可以实现红外测温又可以实时观察阳极靶盘热冲击试验表面状态，同时阳极靶盘固定于支撑体上，阳极靶盘通过支撑体在旋转动力***带动下可以按照一定的转速旋转，测试环境与阳极靶盘实际工作环境非常接近，保证测试结果能直观反应靶盘质量和使用寿命。该方法测试简便，结果可靠，而且试验装置可以重复使用，相对于阳极靶盘直接装管破坏性测试，既节省了时间，又节省了费用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1本发明一实施例的结构示意图。
附图标记说明：1加热源；2真空腔室；3阳极靶盘；4支撑体；5旋转动力***；6温度传感器；7控制***。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，用于对阳极靶盘3的寿命进行考核评价，该试验装置包括加热源1和真空腔室2，阳极靶盘3置于真空腔室2内，阳极靶盘3能够旋转，阳极靶盘3用于接收阴极出射的X射线轰击的区域称为环形轨迹区域，加热源1能够使环形轨迹区域的温度按照实际加载时间达到阳极靶盘3的实际工作温度，进而为测试阳极靶盘3提供接近实际工作环境的测试环境，使测试结果可靠。
进一步地，为了使加热源1对环形轨迹区域的加热更加均匀，加热源1为通过电子束枪产生的定向区域加热源，加热源1能产生束流定向作用于环形轨迹区域，进而能够通过电子束振荡加热环形轨迹区域。
进一步地，该试验装置还包括支撑体4，支撑体4用于支撑阳极靶盘3。
进一步地，该试验装置还包括旋转动力***5，旋转动力***5位于真空腔室2外，旋转动力***5连接支撑体4进而能带动阳极靶盘3转动，在试验过程中，可以通过设定阳极靶盘3随旋转动力***5按照一定的转速转动实现对阳极靶盘3的动态热冲击测试，也可以将旋转动力***5转速设置为0r/min，实现对阳极靶盘3的静态热冲击测试。
进一步地，支撑体4的上段位于真空腔室2内，支撑体4的下段通过动态密封穿至真空腔室2外与旋转动力***5连接，旋转动力***5能够通过支撑体4带动阳极靶盘3高速旋转，使阳极靶盘3的测试环境接近实际工作环境，保证测试结果的可靠性。
进一步地，真空腔室2的侧壁为电子级别的密封石英钟罩，使真空腔室2能够为阳极靶盘3在测试过程中提供真空环境。真空腔室2采用密封石英钟罩，即可以实现红外测温又可以在试验中实时观察阳极靶盘3的热冲击表面状态。
进一步地，密封石英钟罩可以为阳极靶盘3在测试过程中提供真空度≤5×10-4Pa的真空测试环境。利用密封石英钟罩所形成的真空测试环境，并通过旋转动力***5的高速旋转，使测试环境接近阳极靶盘3实际工作环境，保证测试结果能够直观反应阳极靶盘3的质量和使用寿命。
进一步地，该试验装置还包括温度传感器6和控制***7，控制***7与温度传感器6、旋转动力***5和加热源1均连接，温度传感器6将温度实时反馈给控制***7实现与加热源1联动，温度传感器6为红外测温温度传感器。基于红外测温的温度传感器6能够透过真空腔室2的侧壁进行测温，并且能够将阳极靶盘3的轨迹温度实时反馈于控制***7，控制***7根据反馈的温度信息控制加热源1对环形轨迹区域进行加热，实现与加热源1的联动。
进一步地，控制***7存储有参数，参数包括热冲击次数、加热时间、热冲击时间间隔、温度、真空度，热冲击次数、加热时间、热冲击时间间隔、温度等，上述参数是模拟阳极靶盘3实际工作的重要参数体现，试验设置上述参数时尽量接近实际工况，以便得到阳极靶盘3热冲击之后的实际状况，控制***7具有显示界面可以实时显示并记录试验过程中的参数，为在试验完成后对阳极靶盘3进行分析评价提供数据支撑。
本发明还公开了一种利用上述的阳极靶盘热冲击试验装置进行试验的方法，包括如下步骤：
首先将阳极靶固定于支撑体4上，真空腔体内抽真空至5×10-4Pa以内，根据试验要求，在控制***7中设置热冲击试验的加热时间、热冲击次数、热冲击时间间隔和温度；然后调整定向区域加热源1在阳极靶盘3的环形轨迹区域的相对位置，启动控制***7，开始试验，试验结束后，观察阳极靶盘3在热冲击试验后的状态，并结合控制***7所记录的试验过程中的参数对阳极靶盘3进行分析评价。
在本发明的一实施例中，将控制***7中的参数设置为：加热时间为5s、加热温度为2000℃、保温2s、热冲击时间间隔为60s、旋转动力***5的转速0r/min、热冲击次数10000次等，在上述参数下对阳极靶盘3进行静态热冲击测试。
在本发明的另一实施例中，将控制***7中的参数设置为：加热时间为5s、加热温度为2000℃、保温2s、热冲击时间间隔为60s、旋转动力***5转速2000r/min、热冲击次数10000次等，在上述参数下对阳极靶盘3进行动态热冲击测试。
上述实施例中的参数的设置主要参考阳极靶盘3的实际工况，阳极靶盘3实际工作时最高转速达9000r/min，对旋转动力装置的轴承要求较高，如果该试验装置利用旋转动力***5达到实际工况的转速，则使试验变得比较复杂，成本较高。因此，该试验装置采用旋转动力***5带动旋转，转速较低，一般在3000r/min以内。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
一种阳极靶盘热冲击试验装置，利用该试验装置能够模拟阳极靶盘3的实际工作环境，并对阳极靶盘3的寿命进行考核评价。该试验装置采用电子束枪产生的高能束流定向作用于阳极靶盘3用于接收阴极出射的X射线轰击的环形轨迹区域，并设定升温时间基本与实际阳极靶盘3曝光加载时间一致。真空腔室2采用密封石英钟罩为试验提供真空环境，即可以实现红外测温又可以实时观察阳极靶盘3在热冲击试验过程中表面的状态，同时阳极靶盘3固定于支撑体4上，阳极靶盘3通过支撑体4在旋转动力***5带动下可以按照一定的转速旋转，进而能够实现对阳极靶盘3的静态热冲击测试和动态热冲击测试，测试环境与阳极靶盘3实际工作环境非常接近，保证测试结果能直观反应阳极靶盘3的质量和使用寿命。该方法测试简便，结果可靠，而且试验装置可以重复使用，相对于阳极靶盘3直接装管破坏性测试，既节省了时间，又节省了费用。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，用于对所述阳极靶盘的寿命进行评价，其特征在于，所述试验装置包括加热源和真空腔室，
所述阳极靶盘置于所述真空腔室内，
所述阳极靶盘用于接收阴极出射的X射线轰击的区域称为环形轨迹区域，
所述加热源使所述环形轨迹区域的温度达到实际工作温度。
2.根据权利要求1所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
所述加热源为通过电子束枪产生的定向区域加热源，所述加热源能产生束流定向作用于所述环形轨迹区域。
3.根据权利要求1所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
还包括支撑体，所述支撑体用于支撑所述阳极靶盘。
4.根据权利要求3所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
还包括旋转动力***，所述旋转动力***位于所述真空腔室外，所述旋转动力***连接所述支撑体进而能带动所述阳极靶盘转动，对所述阳极靶盘实现动态热冲击测试。
5.根据权利要求4所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
所述支撑体的上段位于所述真空腔室内，所述支撑体的下段通过动态密封穿至所述真空腔室外与所述旋转动力***连接。
6.根据权利要求1所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
所述真空腔室的侧壁为电子级别的密封石英钟罩，使所述真空腔室能够为所述阳极靶盘在测试过程中提供真空环境。
7.根据权利要求6所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
所述密封石英钟罩可以为所述阳极靶盘在测试过程中提供真空度≤5×10-4Pa的真空测试环境。
8.根据权利要求4所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
还包括温度传感器和控制***，所述控制***与所述温度传感器、所述旋转动力***和所述加热源均连接，
所述温度传感器将温度实时反馈给所述控制***实现与所述加热源联动，所述温度传感器为红外测温温度传感器。
9.根据权利要求8所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置，其特征在于，
所述控制***存储有参数，所述参数包括热冲击次数、加热时间、热冲击时间间隔、温度和真空度，所述控制***具有显示界面可以实时显示并记录试验过程中的所述参数。
10.利用权利要求1-9中任一项所述的X射线管用旋转阳极靶盘热冲击试验装置进行试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先将阳极靶盘固定于支撑体上，真空腔体内抽真空至5×10-4Pa以内，在控制***中设置热冲击试验的加热时间、热冲击次数、热冲击时间间隔和温度；
然后调整定向区域加热源在阳极靶盘的环形轨迹区域的相对位置，启动控制***，开始试验，试验结束后，观察阳极靶盘的状态，并对阳极靶盘进行分析评价。
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