放射性碘—125密封籽源生產用激光焊接系統

徐鵬程

摘 要：目前，碘-125密封籽源在國外除被廣泛用于前列腺癌的治療外，對其他部位不同類型腫瘤治療的研究也取得了一定的成果，例如惡性神經膠質瘤，非小細胞肺癌等。先前我公司生產放射性碘-125密封籽源完全采用人工手動焊接方法，成品率很低，只有70%左右，造成原材料的大量浪費，且使放射性碘-125這種核素的揮發量加大，造成的污染也較高。為克服上述生產過程中的弊端，需要進行生產技術改造，設計出一種“綠色環保”的“節約型”碘-125密封籽源焊接系統，既能提高勞動生產效率，滿足密封籽源的大批量生產要求，從而滿足醫院的臨床使用，又能降低可揮發性放射性物質對生產、環境的污染，同時也能減少射線對操作人員的輻射傷害。

關鍵詞：碘-125密封籽源；焊接系統；大批量生產

中圖分類號：TG75 文獻標識碼：A

一、碘-125密封籽源的生產工藝介紹

1 碘-125密封籽源解剖圖（圖1）

2 碘-125密封籽源生產工藝框圖（圖2）

3 碘-125密封籽源主要的生產工序

（1）冷鈦管的激光焊接；

（2）銀絲的預處理；

（3）放射性銀絲的制備；

（4）裝載放射性銀絲；

（5）熱鈦管的激光焊接；

（6）籽源清洗；

（7）籽源劑量檢測及入庫。

金屬鈦管的焊接在碘-125密封籽源的整個生產過程中占兩道工序，如何提高生產效率及成品合格率至關重要。

二、總體設計介紹

1 碘-125密封籽源激光焊接系統的組成

碘-125密封籽源激光焊接系統由以下7部分組成：

（1）激光焊接機；

（2）步進馬達；

（3）金屬鈦管支架；

（4）可編程控制驅動器；

（5）氣體保護裝置；

（6）視頻監控裝置；

（7）精密定位裝置。

2 碘-125密封籽源激光焊接系統各組成部分框圖（圖3）

3 碘-125密封籽源激光焊接系統各組成部分的功能及原理

（1）激光焊接機

完成碘-125密封籽源外包殼金屬鈦管的焊接密封。金屬鈦管是碘-125密封籽源的原料之一。進口來的鈦管為管狀結構，長度為7mm～8mm，直徑為0.8mm，兩端開口。生產工序中首先需要使用激光焊接機將鈦管的一端密封（冷焊），當裝載好帶有放射性碘-125的銀絲后，再封閉另一端（熱焊）。本身可以進行參數的設置及焊接能量的選擇。

（2）步進馬達

帶動金屬鈦管進行旋轉，步長為20000/周，每旋轉到指定角度則激光焊接機發出一次激光束進行局部焊熔。

（3）金屬鈦管支架

鈦管被固定在支架上，隨步進馬達進行同步旋轉，以便進行激光焊接。支架采用鋁質或銅質材料制成，既容易加工又較輕便耐磨。

（4）可編程控制驅動器

是激光焊接系統的控制部分，并驅動步進馬達按指令進行旋轉運動，同時控制激光焊接機激光束的發出及氣體保護裝置的啟停。

（5）氣體保護裝置

使用惰性氣體氬氣進行激光焊接時的保護，防止被焊接鈦管表面氧化而發黑，同時使焊接熔融物迅速凝固密封。

（6）視頻監控裝置

將鈦管被焊接部位完全放大顯示在屏幕之上，對鈦管實施準確定位；可清晰觀測到每顆鈦管的焊接過程，從而及時調整焊接時的各項參數，確保焊接密封效果；準確發現焊接的次品及時去除以防流入到下到工序。

（7）精密定位裝置

由于鈦管直徑很小，要實現完好的密封，必須實現對被焊接鈦管X-Y-Z軸的準確定位，使激光器發出的激光準確聚焦打在指定位置，提高焊接效率和成品率；同時使鈦管焊接部位完全顯示于屏幕中心，便于觀察檢測。

三、激光焊接系統各組成部分設計介紹

1 可編程控制驅動器

它是整個激光焊接系統的核心控制部分，主要包括激光焊接機激光脈沖的發出或停止；控制保護氣體的輸出或關停；控制并驅動步進馬達帶動金屬鈦管支架旋轉或停止。

（1）內部運行軟件

需要使之與計算機相連，并通過如下編程系統進行編輯、調試、傳輸等獲得。程序編制調試好并傳入控制器后，即可使之與計算機斷開獨立運行。軟件操作系統及Si3540型可編程控制驅動器均來自于德國生產廠商：Applied Motion Products公司。

（2）與各設備連接的控制接口介紹（如圖4所示）

①單項AC 110V/220V電源連接口

通過開關切換AC 110V和220V。

②步進馬達連接口

A+、A-，連接馬達的一組線圈；B+、B-，連接馬達的另一組線圈。

③RS232通訊接口

程序編輯后需要進行調試或加載到可編程控制器時；需要將可編程控制器里的程序上傳至PC機時，通過此連接接口進行通訊傳輸。

④輸入、輸出接口（6、4、8）

該三組接口中，其中用于步進馬達正、反轉控制（LIMITS）的一組是懸空的，無需使用。Outputs 1-3的輸出控制口中OUT1+、OUT1-，控制激光焊接機的啟動；OUT2+、OUT2-，控制激光焊接機的停止；OUT3+、OUT3-，控制保護氣體氬氣的啟、停。Inputs 1-4的控制口中只使用了IN/JOGCOM、INPUT1，用于腳踏開關的控制輸入，其余都懸空不用。

⑤碘-125密封籽源激光焊接軟件程序框圖（圖5）

2 激光焊接機

選擇國外進口YAG激光焊接機，可同時連接三路光纖傳輸系統。本設計為便于焊接操作，只采用單一的傳輸光纖，其內徑為0.8mm，最大輸出功率為14J/P，脈寬5ms，可調，輸出頻率為1-25PPS。焊接時因金屬鈦管的壁很薄，所使用能量控制在1.3-1.8J即可完成熔融密封。

3 步進馬達

選擇德國生產廠商：Applied Motion Products公司的步進馬達是最佳選擇。但我公司除了使用他們的產品而外，還選擇了日本三洋的產品，使用效果也是很好，而且國內就能買到，也非常便宜。

4 精密定位裝置

此精密定位裝置我已作為第一發明人成功申請到實用新型專利，專利號為：CN203664928U，名稱為“放射性密封籽源激光焊接精密定位裝置”。本精密定位裝置，包括一底板平臺、固定于底板平臺上的激光出射頭固定調節部件和水平位移調節部件、以及水平位移調節部件固定連接的鈦管固定部件。其中激光出射頭固定調節部件上設有Z軸位移粗調滑動塊和Z軸位移細調調節器；水平位移調節部件上設有X軸位移調節器和Y軸位移調節器；通過以上部件的精密配合，可用于對碘-125密封籽源的大批量生產，提高生產效率，降低可揮發性放射性物質對生產、環境的污染，同時減少射線對操作人員的輻射。

5 氣體保護裝置

使用惰性氣體氬氣作為保護氣體，氬氣純度為99.99%，氣體來源于鋼瓶，通過減壓閥、流量計、氣嘴及管道在焊接時進行送氣，將整個被焊接的鈦管籠罩在一個保護氣流下，從而使焊接部位光潔明亮，無色斑。

6 視頻監控裝置

包括十字發生器和顯示器。十字發生器用于在顯示器上產生十字，有利于碘-125密封籽源焊接時定位在顯示器中心，且被放大，便于觀察。

結論

目前，我公司生產的碘-125密封籽源采用的激光焊接系統已有四套系統在同時使用，運轉正常，效率高，獲得了經濟效益和社會效益的雙豐收。國內其他同類產品的生產廠家也都采用我們的焊接方式，取得了較好的效益。

參考文獻

[1]基于PLC的激光拼焊生產線控制系統設計[A].第六屆全國信息獲取與處理學

術會議論文集（1）[C].2008.

[2]李少華，康蓉娣.激光焊接技術及其應用[J].艦船防化，2011（04）.