производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр
Анализ углерода в мелких деталях с помощью лазерного анализатора

Производственные процессы, требующие контроль качества на всех этапах поставок, часто сталкиваются с задержками и сложностями, когда требуется определение химического состава, включая углерод в мелких деталях, типа сварочных электродов, проволоки, крепежа, тонких пластин и трубок малого диаметра.

На сегодняшний день текущие процессы по определению химического анализа металлов и сплавов можно осуществить с помощью оптико-эмиссионного спектрометра, но учитывая мелкий размер детали, вырезать образец соответствующих размеров для проведения анализа будет невозможным. В случае если прибора нет в наличии, то потребуется отправить образцы в стороннюю лабораторию. Но, как правило, такие варианты могут повлечь за собой дополнительные затраты и потерю времени. Кроме этого, эти факторы могут привести к штрафам регулирующих органов, нарушить график запуска проекта или, что еще хуже, создать критические проблемы, связанные с безопасностью.

В данной статье рассматривается современный метод контроля содержания углерода и подтверждения марок стали для маленьких образцов. Для решения данной задачи разработаны новые портативные лазерные (LIBS) спектрометры серии SciAps, в частности: «Лазерный портативный анализатор SciAps Z-901 CSi» и «Лазерный портативный анализатор Z-902 Carbon», которые обеспечивают быстрый, всесторонний анализ с точным определением Углерода прямо на месте, а также в условиях производства или склада.

Введение

При проведении химического анализа входного, межоперационного, и выходного контроля многие специалисты столкнулись с проблемой тестирования деталей, которые слишком малы для анализа. Проблема все больше усложнялась, если содержание углерода требовалось не просто для идентификации, но и для оценки этого металла. Для решения этой задачи можно выделить следующие варианты, такие как:

  • Адаптация оптических оптико-эмиссионных спектрометров для анализа мелких проб;
  • Использование портативного, но менее полного рентгеновского XRF анализа;
  • Отправка материалов в стороннюю лабораторию.

  • Лазерная эмиссионная искровая спектроскопия

Для качественной сортировки металлов и подтверждения марок стали в полевых условиях давно используется оптико-эмиссионная спектроскопия (OES). Но при анализе мелких деталей по-прежнему возникают сложности.

Примером таких сложностей заключаются габаритные приборы с датчиком, оснащенные герметизированной камерой, для создания аргоновой среды, где аргон является необходимым условием для точного определения углерода. Например, в случае если деталь меньше камеры: трубопроводы или трубки диаметром 3–5 см, то становится невозможным поддерживать инертную атмосферу, что приводит не ошибочным результатам анализа.

Адаптация оптических оптико-эмиссионных спектрометров

Некоторые производители нашли выход из данной проблемы. Они разработали адаптеры для маленьких деталей. Эти адаптеры присоединяются к измерительному блоку. Однако, для соответствия различным размерам и геометрии деталей требуется несколько типов адаптеров, что существенно повышает стоимость прибора при приобретении всех необходимых адаптеров для спектрометра. Например, адаптер для сварочной проволоки не такой, как для ниппелей трубопроводов. Без нужных адаптеров тестирование мелких деталей с помощью оптико-эмиссионного спектрометра становится практически невозможным, и необходимо рассматривать другие варианты.

Рентгенофлуоресцентная спектроскопия XRF

Для проверки металла в полевых условиях популярно использовались портативные рентгенофлуоресцентные анализаторы (РФА) , способные проверять мелкие детали. Но рентгеновские анализаторы (РФА) не всегда могут предоставить все данные, необходимые для подробных программ проверки наилучших доступных технологий (НДТ).

К примеру, если деталь очень мала, она может не получить достаточного количества рентгеновских лучей для определения точного хим. состава из-за рассеивания луча. Кроме этого, еще одним затруднением является в том, что рентгенофлуоресцентные анализаторы (РФА) не могут измерять углерод.

Исходя из этого, портативный РФА может проверять, является ли материал 316ss, 304ss или углеродистой сталью, но не могут определить относится марка 316 или 304 к классу L или H, или является ли эта деталь изготовленной из углеродистой стали марки 1020 (сталь 20) или 1030 (сталь 30). Для этого необходимо содержание углерода. Следовательно, необходимы альтернативные методы для эффективного анализа и оценки этих деталей.

Сторонний лабораторный анализ

Кроме всего перечисленного, для проверки на соответствие спецификации марки можно отправить мелкие детали в лабораторию, что обеспечит точные результаты. Однако такой вариант является затратным по времени, т.к. для анализа потребуются дни, а не минуты, и необходимо, чтобы детали были отправлены в лабораторию.

Другим способом является сбор стружки из материала вручную и с использованием механических приспособлений для получения небольшого количества материала для отправки в лабораторию. Этот метод позволяет сохранить и не разрушать оригинальные детали на месте, но все равно требует задержки по времени и затрат по денежным средствам.

Лазерная эмиссионная искровая спектроскопия

LIBS или ЛИЭС — это лабораторная лазерная технология, имеющая много сходств с искровой оптико-эмиссионной спектроскопией (OES). Там, где OES использует непрерывную электрическую искру в качестве источника возбуждения, лазер обжигает материал импульсным лазером для создания плазмы на его поверхности. Спектрометр измеряет свет от плазмы и отдельные длины волн, чтобы выявить содержание элементов, которое определяется количественно с помощью предустановленных калибровок. Используя эту технологию, портативный лазерный анализатор Z-902 Carbon включает в себе комплексное решение для проверки металлов в полевых условиях, которое включает анализ углерода.

Исходя из чего, лазерные анализаторы имеют запатентованную конструкцию, что обеспечивает хорошую обдувку и создание инертной среды без необходимости адаптеров-уплотнений для круглых поверхностей или мелких деталей. Портативные анализаторы SciAps могут анализировать детали меньшего размера, чем камера сгорания, без каких-либо адаптеров. Как только поверхность образца подготовлена и деталь установлена вровень с внутренней камерой, сфокусированный лазер «стреляет» в материал и, испаряя его, производит плазму. Тестируемая площадь составляет около 0,05 мм, примерно, как диаметр волоса, что позволяет легко анализировать даже самые маленькие детали. В качестве сравнения, для обычных оптико-эмиссионных спектрометров (OES) требуется очень большая площадь, около четверти диаметра, и уплотнение для проведения тестирования в среде аргона.

Рис. 1. Анализ Углерода сварного шва марки ER308L, толщиной ¼” сSciAps Z-902
Рис. 2. Анализ Углерода винта машины диаметром ¼”, сталь 316H с SciAps Z-902
Рис. 3. Анализ Углерода ниппеля трубы диам. 1” s/160 A106 для обслуживания установки HF алкилирования с SciAps Z-902
Рис. 4. Анализ Углерода в проволоке 1/8 дюйма, сталь 316L с SciAps Z-902

Выводы

Портативные лазерные анализаторы являются уникальным и комплексным решением для проведения анализа металлов и сплавов на месте, в полевых условиях. Вам больше не придется заниматься сбором стружки, отправкой материала в стороннюю лабораторию или сборкой и подключением различных адаптеров, что позволит не только сэкономить значительные ресурсы на предприятии, но сэкономить время.

Разработанные лазерные анализаторы LIBS (ЛИЭС) для закругленных поверхностей и мелких деталей, с запатентованной конструкцией со встроенной продувки аргоном, которая не требует уплотнения при установке на объект анализа, обеспечивает большой охват контроля критически важных объектов, что включает даже небольшие элементы, удерживающие давление, которые часто не учитываются из-за их малого размера или сложной геометрии.

В заключение отметим, что лазерные анализаторы LIBS (ЛИЭС) – это эффективное решение для быстрого анализа всех критически важных компонентов, включая мелкие детали, которые часто не включаются в процесс анализа, так как являются сложными для проверки.

Источник:

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.