鋼鐵工業(yè)在線(xiàn)X射線(xiàn)測量技術(shù)的應用
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假設在厚度為0 時(shí)的噪聲值為SN0，則厚度為X 時(shí)的噪聲為：
圖4 相對統計噪聲與半厚度之間關(guān)系
使用X 射線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行濃度、化學(xué)成分分析時(shí)，射線(xiàn)源的能量和強度可以調節顯得尤為重要。在進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)，一般是利用X 射線(xiàn)的熒光效應，通過(guò)對被測化學(xué)元素的原子激發(fā)產(chǎn)生該種元素的特征譜線(xiàn)，但被測元素的激發(fā)譜線(xiàn)容易受到其它元素譜線(xiàn)的影響，從而降低了系統的檢測精度，可以利用X 射線(xiàn)的能量調節和濾片技術(shù)，實(shí)現對特有元素的譜線(xiàn)激發(fā)，而不激發(fā)或降低其它元素的激發(fā)，從而實(shí)現對特有元素的高精度測量。
2.1.3 使用上更安全和可靠。
X 射線(xiàn)是加速的熱電子碰撞陽(yáng)極靶產(chǎn)生的，因此在切斷電源后便沒(méi)有任何射線(xiàn)，而同位素放射源是密封在源罐中，即使關(guān)閉射線(xiàn)源的快門(mén)也存在一定劑量的泄露射線(xiàn)，不利于人身和設備的安全。
圖5 穿透物質(zhì)后X射線(xiàn)能譜的變化
2.2.1 高壓范圍限制
X 射線(xiàn)的能量取決于施加的高壓，由于受技術(shù)的限制，高壓不能不受限制地增加。在熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上使用的X 射線(xiàn)源高壓一般為160 kV，冷軋使用100 kV 左右，相對于放射性同位素發(fā)射出的γ射線(xiàn)而言如表1 所示，其能量要小得多，因此穿透物質(zhì)的能力不如放射性同位素，目前鋼鐵工業(yè)上的X 射線(xiàn)源的高壓最高在200 kV 左右，如果再增加高壓會(huì )帶來(lái)制造和維護成本的增加，因此在寬厚板等工廠(chǎng)，厚度和凸度的測量通常都是采用放射性同位素方法。
表1 常用放射性同位素的射線(xiàn)能量 
加速熱電子在碰撞陽(yáng)極靶過(guò)程中，99%的能量轉換成熱量，只有1%轉換成X 射線(xiàn)，因此在陽(yáng)極靶上產(chǎn)生的熱量很大，必須對其進(jìn)行冷卻，冷卻效果的好壞直接影響到設備的測量精度和使用壽命。在實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常受到水質(zhì)、管路等影響，使冷卻效率下降。
2.2.3 吸收系數的變化
由于X 射線(xiàn)的能譜為連續譜，低能部分很容易被吸收，造成能譜的偏移，即X 射線(xiàn)的硬化現象，如圖6 所示，其結果是射線(xiàn)能量和強度都發(fā)生變化，不象放射性同位素在穿透物質(zhì)時(shí)只是強度發(fā)生變化，而能量不會(huì )發(fā)生變化，這種變化的結果造成在X 射線(xiàn)能量不同時(shí)吸收系數不同。
不同元素吸收系數與射線(xiàn)能量的關(guān)系如圖7 所示，橫坐標為射線(xiàn)能量，縱坐標為吸收系數。
圖6 射線(xiàn)能量與吸收系統關(guān)系
圖7 電離室
2.2.4 探測器要求的增加
目前X 射線(xiàn)測量技術(shù)主要采用電離室作為射線(xiàn)檢測部件，其檢測原理是通過(guò)射線(xiàn)進(jìn)入電離室產(chǎn)生氣體電離，通過(guò)對電離后的離子對加壓，產(chǎn)生弱電流信號（10-9～10-11A），然后將弱電流信號轉換成電壓信號，并進(jìn)行數據的轉換和處理。由于X 射線(xiàn)是連續譜，要求測量X 射線(xiàn)的電離室對整個(gè)能譜范圍內的X 射線(xiàn)進(jìn)行有效的檢測，應用在傳統放射性同位素測量設備上的電離室只需要對特定能量的射線(xiàn)進(jìn)行有效檢測。隨著(zhù)現代生產(chǎn)工藝對產(chǎn)品檢測和控制精度要求的提高，要求電離室的尺寸減小，而檢測效率提高，對電離室的制造工藝提出了更高的要求。
3 寶鋼X 射線(xiàn)測量設備的應用實(shí)績(jì)
寶鋼自 1997 年首次在2030 冷軋5 機架上使用X 射線(xiàn)測量設備以來(lái)，設備良好的精度和快速響應促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量和控制精度的提高，到目前X 射線(xiàn)測量設備已達25 套（不包括三期后工程）。對新建設的主生產(chǎn)線(xiàn)上都配置使用X 射線(xiàn)測量設備，也逐步將老的主生產(chǎn)線(xiàn)上同位素測量設備升級或改造成X 射線(xiàn)測量設備。測量物理量包括厚度、凸度、邊緣降、鋅層厚度、電工鋼膜厚、電解液離子濃度等。在帶鋼厚度測量方面，從以前的單點(diǎn)測量發(fā)展到對帶鋼整個(gè)橫斷面的精細測量（每5 mm 寬度1 個(gè)測量點(diǎn)），在鍍層測量方面，可以根據需要對不同成分層進(jìn)行的實(shí)時(shí)多層測量。
在鋼鐵工業(yè)上，在線(xiàn)X 射線(xiàn)測量技術(shù)也需要一個(gè)不斷完善和發(fā)展的過(guò)程，在現場(chǎng)實(shí)際應用過(guò)程中仍然存在不少問(wèn)題，主要是設計上的缺陷和沒(méi)有充分考慮到現場(chǎng)環(huán)境因素的影響。經(jīng)過(guò)我們多年的努力，成功地解決了X 射線(xiàn)源的冷卻問(wèn)題，提高了X 射線(xiàn)源的使用壽命；解決了化學(xué)成分對厚度測量結果的影響，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度；成功地完成了X 射線(xiàn)源、探測器、標樣箱等關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化。
4 結束語(yǔ)
① 在線(xiàn)X 射線(xiàn)測量設備精度、可靠性比傳統的放射性同位素設備高，而且其功能在不斷地增加，對現有系統進(jìn)行少量的改進(jìn)即可實(shí)現多物理量的同時(shí)測量。比如X 射線(xiàn)凸度儀進(jìn)行適當升級就可以實(shí)現帶鋼溫度的測量、寬度測量、平直度測量、凸度邊降測量、局部高點(diǎn)測量等，從而能完成過(guò)去需要多臺測量設備才能完成的任務(wù)；
② 在線(xiàn)X 射線(xiàn)測量設備具備完善的自我診斷功能，提高了系統的可維護性；
③ 隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，在測量現場(chǎng)就完成測量信號的快速采集和數字化處理，通過(guò)系統內部總線(xiàn)及部件之間的網(wǎng)絡(luò )連接，測量設備不但能提供各種工藝所需要的信號，而且通過(guò)集成在測量系統內部的歷史數據統計分析軟件，可以為生產(chǎn)技術(shù)人員對可能出現的問(wèn)題提供指導。(end)
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