Абстрактные
В этой статье обсуждаются преимущества неразрушающего анализа на месте сплава. Полезность ручных анализаторов XRF (HH-XRF), также известная как анализаторы PMI или анализаторы сплавов XRF, поясняется на практических примерах, которые непосредственно применяются к проверке положительного материала (PMI). Помимо обзора технологии и ее традиционных применений, отмечены замечательные последние разработки, и их влияние напрямую связано с тестированием PMI сплава. Резко улучшенное аппаратное и программное обеспечение обеспечивает новую скорость уровня, более широкий элементный диапазон и повышенную точность полевых испытаний материалов сплавов. В частности, 10-кратная эффективность детектора, в 5-50 раз лучшая чувствительность для большинства элементов, новая способность анализировать светлые элементы, такие как Mg, Al, Si, P и S, высокотемпературное «тестирование при эксплуатации»
1. Введение
Для поставщиков промышленных компонентов или промышленных предприятий проверка PMI и проверка материалов являются ключевыми проблемами. Независимо от коррозионной стойкости, термостойкости или механических характеристик сплавы определяются по дизайну. Смешение материала из сплава может привести к сбою компонента. Затраты на отказ компонентов включают время простоя, ремонт и замену, потерянный (утечка) материал, опасность для окружающей среды и пожара или загрязнение партии.
Handheld XRF (HH-XRF) — это метод быстрого неразрушающего контроля (NDT) для измерения состава сплавов, подтверждения классов сплавов и проведения проверок PMI. HH-XRF обеспечивает быстрое, окончательное подтверждение материала, независимо от того, производят ли компоненты, получая материалы из сплава, устанавливая трубы, клапаны или другие критически важные элементы или просто проверяя надежность в технологических процессах. Операторы PMI Analyzer могут быстро смешивать материалы для материалов, улучшать процессы управления материалами и получать быстрый возврат инвестиций.
1.1 Основы ручной XRF
Большинство композиций сплавов попадают в диапазон детектируемых элементов для HH-XRF (рис. 1). Образцы сплавов из-за их однородности и преобладания высокочувствительных элементов идеально подходят для анализа XRF.
Существует три основных компонента для применения XRF (рисунок 2):
- Источник рентгеновского излучения для возбуждения образца (ионизация) — этапы 1, 2 и 3;
- Захват излученной рентгеновской сигнатуры (фотонов) из возбужденного (ионизированного) тестового материала — шаг 4;
- Обработка этой спектральной подписи в химии образцов и идентификатора уровня — шаг 5.
Поскольку XRF представляет собой измерение поверхности (глубину ~ 10 микрон для образцов сплава), окрашенные, покрытые, подвергнутые коррозии или шероховатые поверхности могут потребовать подготовки / шлифования. В настоящее время только элементы, более тяжелые, чем натрий (Na), могут быть протестированы с помощью HH-XRF. В настоящее время нет прямых измерений углерода, бериллия, бора или лития.
Но даже с этими ограничениями XRF обеспечивает быструю (две секунды для большинства сплавов), как правило, неразрушающую проверку на месте. Прочная промышленная упаковка предназначена для использования в помещениях, на открытом воздухе и при высоких температурах. Хотя это не 100% -ная металлургическая сертификация, анализаторы PMI для карманных компьютеров обычно могут измерять 99,5% большинства промышленных сплавов. Чтобы проверить класс, необходимо только отличить его от других аналогичных марок. Как правило, это легко сделать. Оценки, которые на 99% идентичны, такие как SS-303, SS-304, SS-321 и SS-347, или 9 Chrome и 9 Chrome + V, легко сортируются по специфичным для HH-XRF различиям по классам. Эти различия могут составлять всего 0,05%.
В отличие от лабораторного анализа, когда пользователь платит по ходу (по времени и деньгам) за каждый тест, с HH-XRF, почти вся стоимость — это авансовые капитальные затраты. После приобретения анализатора XRF PMI каждый тест представляет собой двухсекундное событие «точка и стрельба». Поскольку дополнительные затраты на тест тривиальны, это требует избыточного тестирования.
Инспекция PMI выполняется при приеме для проверки входящих материалов на двери. Повторите тест во время использования или установки, чтобы поймать любую ошибку после обработки материала после приема. Сварочный стержень, установленный в неправильном бункере или извлеченный из неправильного бункера, может быть проверен правильно или отклонен в течение двух секунд. И, повторите тест либо на установленном компоненте в процессе эксплуатации, либо в окончательном QC перед отправкой.
Один тест при приеме не будет отслеживать ошибки в процессе изготовления или установки. Целью тестирования материалов является не только подтверждение правильности материала, но и исправление ошибочных процессов, вызывающих замешивание. Избыточное тестирование с помощью анализатора PMI — это самый быстрый и простой способ найти и устранить материальные путаницы.
Начиная с 1980-х годов полевой портативный XRF лучше всего подходит для испытания нержавеющих сталей, хромомолибденовых сталей, никелевых сплавов и кобальтовых сплавов. Низколегированные стали, медные и титановые марки обрабатываются более ограниченным образом, поскольку идентификация многих из этих марок требует или дает возможность непосредственно измерять такие легкие элементы, как алюминий, кремний, сера и фосфор. Алюминиевые сорта испытывались только в очень ограниченной степени. Прямое измерение магния, алюминия и кремния на уровнях ниже 0,5% имеет важное значение для значимых испытаний алюминия. В таблице 1 (ниже) указаны типичные пределы обнаружения (LOD) для ключевых элементов тестирования XRF-сплава на «технологической / временной линии».
Таблица 1, Избранные, Приближенные LOD и время (технология) в сплавах железа
V — ванадий1% и выше0,20%0,008%Cr — Хром0,50% и выше0,05%0,008%Ni — никель0,50% и выше0,20%0,009%Cu — медь0,50% и выше0,20%0,006%Мо — молибден0,20% и выше0,05%0,002%
| 1980-е и 90-е годы | 2000-е годы | 2010-е годы | |
|---|---|---|---|
| детектор | Hg Iodide and SiPin | SiPin | Silicon Drift |
| Источник | Изотоп | Рентгеновская трубка | Рентгеновская трубка |
| Mg — магний (в Al) | Не обнаруживается | > 2% w продувка * | 0,200% |
| Al — Алюминий | Не обнаруживается | Маргинальная очистка | 0,200% |
| Si — кремний | Не обнаруживается | Маргинальная очистка | 0,050% |
| P — фосфор | Не обнаруживается | Маргинальная очистка | 0,014% |
| S — Сера | Не обнаруживается | Маргинальная очистка | 0,01% |
| Ti — титан | 1% и выше | 0,20% | 0,008% |
2 Последние инновации в портативных анализаторах
Всего за прошедший год или два, как показано в таблице 1 выше, были достигнуты значительные улучшения в пределах обнаружения. Пределы детектирования, точность и длина теста зависят от одного и того же коэффициента анализа — коэффициента чистого счета. Комбинация более эффективного источника, в 10 раз быстрее скорости счета детектора и улучшенная электроника означает, что элементы, которые были невозможны всего несколько лет назад, теперь можно выполнять на более низких уровнях, быстрее и лучше, чем типичные элементы, проанализированные обратно в 80-х и 90-х годах. Среди многих улучшений:
2.1 Моноблочная рентгеновская трубка
Конструкция моноблочной рентгеновской трубки:
- Устраняет кабельное соединение между источником высокого напряжения и рентгеновской трубкой;
- Повышает надежность и обеспечивает более компактную конструкцию прибора;
- Снижает электрический шум, улучшая отношение сигнал / шум, что способствует более низким пределам обнаружения, перечисленным выше.
2.2. Функции и функции библиотеки расширенной оценки
2.2.1 Идентификатор элемента бродяг
При частотах обнаружения, составляющих менее 100 ч. / Млн, общие элементы бродяг, такие как титан, ванадий, кобальт, медь, вольфрам, ниобий и олово, могут быть измерены и идентифицированы как материал бродяг, что обеспечивает превосходное соответствие классов, целостность библиотеки и четкую идентификацию общих бродячих элементов и их концентрации.
2.2.2 Включение номинальной стоимости
Включение номинального значения (рисунок 4) использует спецификации классов для включения ожидаемых значений элементов, не видимых для анализаторов PMI XRF. По сути, это практический способ добавить полезную информацию о световых элементах в короткий простой тест. Помимо предоставления оператору головного мозга, что образец, как ожидается, будет содержать алюминий или кремний или бор или бериллий, если он не может быть или не был измерен, значение баланса также корректируется. Таким образом, при уверенном совпадении классов, включение номинальной стоимости обеспечивает полезную информацию и, как правило, лучшую химию.
В приведенных выше снимках экрана результаты, показанные слева, показывают двухсекундный тест с включенным номинальным значением, показывающим номинальное (ожидаемое значение) алюминия. 20-секундный тест в центре показывает измеренное значение для алюминия.
В этих двух случаях пользователь получает практически идентичную и точную информацию. В третьем случае двухсекундный снимок без использования «включения номинальной стоимости» обозначает один и тот же класс, но не содержит алюминия и показывает, что титан будет на 5% выше фактического значения. Фактически, заявленная точность для титана лучше, чем 1%, но точность из-за отсутствия алюминия снижается на 5 процентов!
2.3 Дополнительные расширенные функции библиотеки
2.3.1 Сравнение прямых оценок
Функция сравнения прямых оценок сравнивает анализ с двумя лучшими совпадениями со спецификацией класса в библиотеке, а также с брандмауэрами и элементами спецификации по цветовому коду;
2.3.2 Обмен сообщениями о матчах
Grade Match Messaging дает быстрое, настраиваемое сообщение, относящееся к классу, согласованному с анализатором. Обменный обмен сообщений полезен для сплавов с более чем одним общим именем, для руководства пользователями относительно обработки материала или для предоставления другой дополнительной информации о материале.
2.3.3 SmartSort
SmartSort позволяет анализатору PMI автоматически решать, когда выполнять расширенное тестирование для легких элементов. Это функция экономии времени, которая позволяет пользователю использовать более короткие тесты большую часть времени, но автоматически продлить тестирование, когда для точного идентификатора уровня необходимо прямое измерение световых элементов.
3 Эффективность рассеивания тепла / высокая температура
3.1. Проблемы с рассеиванием тепла для анализаторов PMI
Существует три вида проблем рассеивания тепла:
- Испытание при высоких температурах окружающей среды;
- Тестирование нагретых, неработающих компонентов;
- Тяжелые тестовые циклы (запуск многих тестов и длительных тестов — 60 секунд или более — всего через несколько секунд между каждым тестом).
Эти проблемы могут возникать отдельно или в сочетании.
Недавняя новинка — это усовершенствованный дизайн для отвода тепла от инструмента (рисунок 5). Верхняя часть анализатора действует как радиатор или радиатор.
Ребристая алюминиевая поверхность в верхней части анализатора PMI напрямую связана с первичными источниками тепла внутри прибора. Результатом является эффективный, предпочтительный канал, который направляет тепло от анализатора. Ранее эта функция обеспечивала только металлический зонд. Этот новый дизайн расширяет способность анализатора справляться со стрессом горячего тестирования PMI в рабочем состоянии.
3.2 Руководящие принципы PMI для тестирования
Для проверки положительной идентификации материала (PMI) руководство пользователя для тестирования горячих компонентов в процессе эксплуатации включает:
- Ограничение тестовой длины до 7 секунд или менее (обычно от 2 до 4 секунд для моделей SDD);
- Тестирование только материалов ниже 900 градусов F / 480 градусов C;
- Тестирование с использованием только первичного или «традиционного» энергетического луча.
- Использование только «желтого» окна Каптона (рис. 6).
- Нет тестирования светового элемента. Непосредственное тестирование световых элементов —
- Требуется «четкое» окно Prolene (рисунок 6). Пролон плавится при 350 градусах F и, следовательно, несовместим с горячим, находящимся в рабочем состоянии покоем;
- Требуется вторая, более низкая энергия пучка напряжения запускается последовательно;
- Этот второй световой элемент eam добавляет от 10 до 60 секунд к тестовой длине, которая слишком длинна для горячих образцов без обслуживания.
- Тестирование с частотой 1 тест в минуту / 60 тестов в час (как правило);
- Для температур выше 600 F или 315 C с использованием техники опрокидывания для минимизации теплопередачи.
Данные, приведенные ниже (таблица 2), сравнивают «технику опрокидывания» (2-я фотография, рис. 7) с использованием тонкого защитного керамического теплового экрана (3-я фотография на рисунке 7). Детектор анализатора PMI охлаждается охладителем Пельтье до -35 ° C. При тестировании горячих образцов напряжение, необходимое для привода Пельтье для охлаждения детектора, увеличивается. В этой таблице указано «насколько сложно» анализатор PMI должен работать для поддержания надлежащей температуры детектора.
Техника наклона, возможно, неинтуитивно, лучше работает на горячих образцах, чем изолирующая тепловая маска. Хотя тепловая маска остается вариантом, потому что она лучше для температур выше 600 F, чем традиционная техника промывки (3-я фотография, рис. 7), метод наклона хорошо работает в пределах рабочего диапазона вплоть до образцов 900 F.
4 Коллимация луча с камерой для анализа PMI малого пятна
Поскольку легированный металл является подходящим материалом (однородным и богатым сильными, чувствительными элементами) для тестирования HH-XRF, легко может быть проведен анализ PMI нерегулярных форм или очень мелких кусочков. Однако, когда 2 разнородных металла примыкают или соприкасаются, как это может быть в случае сварных испытаний, ключ заключается в сужении луча рентгеновского излучения, а затем для прицеливания этого узкого луча, так что испытание может быть специфичный только для одного из металлов.
Для кондиционирования рентгеновского луча используется внутреннее 8-позиционное фильтрующее колесо, расположенное между рентгеновской трубкой и окном образца. Простой пользовательский интерфейс позволяет пользователю выбирать точку луча, коллимированную на 3 мм в диаметре. Кроме того, встроенная камера позволяет точно нацеливаться на фокусировку исключительно на меньшем целевом показателе анализа.
Ниже приведены два снимка экрана, показывающие вид камеры и красный прицельный круг для определения точки луча. Первое представление — это просто визитная карточка, чтобы дать представление о масштабе. Второй показывает пятно луча, предназначенное для измерения правого края сварного шва. Этот сварной шов имеет длину 7 мм, поэтому было бы целесообразно измерить центр, левый и правый края для различий в концентрации. В этом случае две пластины из углеродистой стали свариваются вместе с сварочным материалом из нержавеющей стали. Это было сделано только для демонстрационных целей XRF — не для строительства мостов! В этом случае концентрация никеля на левом и правом краях составляет 5,2% и 5,8% соответственно. Центр составляет 7,2% никеля. Это те различия, которые можно было бы ожидать от края сварного шва к центру.
5. Выводы
Идентификация положительного материала (PMI) с HH-XRF во многом дает прямую отдачу от инвестиций. Например, тестирование с помощью анализатора PMI при получении исключает стоимость потерянного труда и отклоненных сборок. Инспекция PMI при монтаже или изготовлении снова предотвращает потери трудозатрат и затраты на израсходованные материалы. И тестирование PMI, когда установка или изготовление завершены (окончательный контроль качества), предотвращает смешивание и потери, связанные с отказом компонентов или отказом продукта.
Благодаря огромным достижениям в области аппаратного и программного обеспечения, программы PMI, основанные на HH-XRF, могут тестировать больше материалов за меньшее время с большей аналитической уверенностью. Это связано с тем, что текущая технология анализа сплавов HH-XRF может:
- Определенно тестировать более широкий спектр материалов;
- Быстро и просто сортировать сортировки, которые отличаются менее чем на 0,5%;
- Испытайте горячие, неработающие материалы с меньшими ограничениями;
- Лучшая тестовая химия сварки с использованием коллимации луча.
Благодаря более широкому спектру «тестируемых» материалов, более короткому времени тестирования (большей производительности тестирования), более простой работе (больше людей могут проводить тестирование), избыточное и избыточное тестирование становится более экономичной стратегией. Более существенные смешения могут быть предотвращены и исправлены с гораздо меньшей стоимостью за один тест.
В конце концов, независимо от того, является ли процесс успехом или удовлетворенностью клиентов, ни одна организация не хочет быть частью переполнения материала. Быстрое, избыточное тестирование PMI HH-XRF обеспечивает практическое и экономичное решение.
Материалы взяты с сайта https://www.olympus-ims.com, переведены специально для https://olympusndt.ru