近期XRF发展影响植物基合金材料试验

近期XRF发展影响植物基合金材料试验

摘要

本文讨论了非破坏性的优点,当场合金分析。本实用的手持式X射线荧光光谱解释在实践中直接应用到工业材料试验。除了技术和其传统用途的概述,发现显着的近期发展及其影响直接关系到合金PMI。显着提高硬件和软件带来了一个新的水平速度,更广泛的元素范围,并提高了准确性合金材料实地测试。具体而言,10倍的检测器的性能,更好的灵敏度为5~50倍,大多数元素分析轻元素,如镁,铝,硅,磷,和S的一个新的能力,在“测试”高温,光束准直为优异的焊缝分析其中所讨论的创新。

关键词:X射线荧光(XRF),手持式XRF(HH-XRF),硅漂移探测器(SDD),电离,正极材料识别(PMI)​​,合金牌号识别

1引言
对于工业零部件供应商或工业厂房业务,合金牌号ID /材料验证是一个关键问题。无论是耐腐蚀,温度耐受性,或机械特性,合金设计规定。合金材料混合,可能导致元件故障。组件故障成本包括时间,维修和更换,丢失(泄漏)材料,环境和火灾隐患,或批处理污染。

HH-XRF是一种快速,非破坏性的方式来确认合金牌号。无论是制作组件,接收合金材料,安装管道,阀门,或其他关键任务项目,或只是一个简单的确认检查,在服务过程中系统,HH-XRF提供快速的,权威性的资料确认。 HH-XRF用户可以迅速ID材料混淆,提高材料的控制流程,并享受快速的投资回报。

1.1基础的手持式X射线荧光光谱

大多数合金下降为::HH X射线荧光光谱(图1)的检测元件的范围内。合金样品,因为他们的同质性和高度敏感的元素为主,XRF分析仪的理想选择。

图1。 XRF-MG检测的到U的元素
有三个基本组件应用X射线荧光光谱(图2):

样品的激发(电离) - 步骤1,2,和3的X-射线源;
从激发(电离)测试材料(光子)发出的X射线签名捕获 - 步骤4;
成样品的化学和一年级的ID - 第5步处理这个光谱特征。

图2。 XRF分析的步骤

由于XRF是近地表测量(~10微米深的合金样品),油漆,电镀,腐蚀,或喷丸表面可能需要准备/研磨。目前,只有钠(Na)的比重的元素可测试与HH-X射线荧光光谱。没有直接测量碳,铍,硼,锂是目前可能的。

但是,即使这些限制,XRF提供快速大多数合金(2秒钟),典型的非破坏性,原位测试。坚固耐用的工业包装是专为室内,室外和高温应用。虽然不是100%的冶金认证,HH-XRF通常可以测量大多数工业合金的99。5%以上。要验证一个档次,这仅仅是必要的,以区别于其他类似等级。通常情况下,这是很容易做到。很容易排序的等级是99%相同,如SS-303,SS-304,SS-321,SS-347,或9和Chrome 9浏览器+ V级的具体差异,HH-XRF可见。这些差异可以小到0。05%。

用者自付,因为他们去实验室分析,每测试(时间和金钱),HH-X射线荧光光谱不同,几乎所有的成本是前期资本成本。 XRF一旦购买,每个测试是一个两秒钟的“点和拍摄”事件。由于额外的测试费用是微不足道的,这邀请多余的测试。

在接收到验证来料,在门口进行测试。在使用或安装的时间来捕捉任何接收材料处理错误后,再次测试。焊条,无论是摆放在错误的垃圾桶或采取错误的垃圾桶,可以核对无误或拒绝在这个问题上,两秒钟。而且,再次测试上安装的组件服务,或在装运前的最终检验QC。

一个单一的接收测试不会赶上下游制造或安装错误。材料试验的目的不仅是为了确认该材料是正确的,而且要纠正出错的过程,导致混淆。多余的测试是最快和最简单的方式发现和消除重大弄混。

在20世纪80年代开始,现场便携式XRF测试不锈钢,铬钼钢,镍合金,钴合金最适合。低合金钢,铜,钛牌号已在更有限的方式处理因为许多这些成绩的识别需要能够直接测量轻元素,如铝,硅,硫,磷或利益。铝管牌号进行了测试,仅在非常有限的基础。铝有意义的测试是必不可少的镁,铝,硅的含量在0.5%以下的直接测量。表1(见下文)的地方典型的检出限(检测限)关键XRF合金测试要素上的“技术/时间线”。

表1中。选择,近似的LOD与时间(技术)铁合金

  1980s and 90s 2000s 2010s
Detector Hg Iodide and SiPin SiPin Silicon Drift
Resolution/Count Rate 500-1000eV/1k-2k cps 250 eV/4000 cps 160 eV/100k cps
Source Isotope X-ray tube X-ray tube
Mg -Magnesium (in Al) Not detectable >2% w purge* 0.200%
Al – Aluminum Not detectable Marginal w purge 0.200%
Si – Silicon Not detectable Marginal w purge 0.050%
P – Phosphorous Not detectable Marginal w purge 0.014%
S – Sulfur Not detectable Marginal w purge 0.01%*
Ti – Titanium 1% and higher 0.20% 0.008%
V – Vanadium 1% and higher 0.20% 0.008%
Cr – Chromium 0.50% and higher 0.05% 0.008%
Ni – Nickel 0.50% and higher 0.20% 0.009%
Cu – Copper 0.50% and higher 0.20% 0.006%
Mo – Molybdenum 0。20% and higher 0.05% 0.002%


2最近的创新HH-XRF
在刚刚过去的一年或两年,如表中所示1以上,已实现显着改善检测限。检测限,精度和测试长度都相同的分析因素 - 净计数率驱动。一个更有效的源的组合,10倍的速度检测器的计数率和改进的电子装置,元素是不可能仅仅在几年前,现在可以在较低的水平,更快,具有更好的精度比典型的元素分析在上世纪80年代和90年代。在众多的改进:

2.1单块的X射线管

单块的X射线管设计:

消除了高压电源和X射线管之间的电缆连接;
提高了可靠性,并允许更紧凑的仪器的设计;
降低电气噪声提高信噪比 - 更低的检出限,上面列出。
2.2进级图书馆的特点及功能

2。2。1杂质元素ID

检出限通常低于100 ppm时,常见的杂质元素,如钛,钒,钴,铜,钨,铌,锡可以测量和确定流浪汉材料,使优级匹配,图书馆级的完整性,明确共同鉴定杂质元素及其浓度。

图3。杂质元素检测

2.2.2标称值包含

名义价值入选(图4)使用规格档次将不可见XRF元素的期望值。从本质上讲,这是一个切实可行的办法来增加有用信息,对轻元素的短,简单的测试。除了给运营商的抬头,预计样品含有铝或硅或硼铍时,它不能或没有测量,平衡物质价值以及纠正。因此,当一个自信的品位匹配,面值包含提供有用的信息,通常是更好的化学。

图4。标称值包括,不包括

在上面的屏幕截图,在左边的屏幕截图显示了面值列入两秒钟的测试显示标称值(预期值)的铝。在中心的20秒的测试显示了对铝的测定值。

在这两种情况中,用户获得几乎相同的和准确的信息。在第三的情况下,同档次的利益“面值纳入”两秒钟的镜头时没有标识,但没有列出铝值显示钛比实际值高5%。事实上,乙酸精度优于1%,但准确性,因为缺少的铝,5%!

2.3其他高级库函数

2.3.1直接品位比较

直接品位比较功能比较分析两个最好的比赛在图书馆的等级规格和标志流浪汉和颜色代码的规范元素;

2.3.2级比赛消息

级比赛消息给出了一个快速的,可定制的消息特定的档次相匹配的分析仪。如同级消息是有用的合金具有多于一个共同的名称,用于引导用户对处理的材料,或提供其他有关材料的补充信息。

2。3。3 SMARTSORT

SMARTSORT允许分析仪自动决定何时进行扩展测试对于轻元素。这是一个节省时间的功能,它允许用户使用更短的测试时间,但自动扩大测试直接测量轻元素时所需的精确等级ID。

3通风散热/高温测试性能的

3。1散热挑战

有三种类型的散热挑战:
测试环境温度高;
激烈的测试,在服务组件;
重型的测试周期(运行许多测试和长测试60秒或更多,每次测试之间只需要几秒钟)。
这些挑战可以单独或组合出现。

最近的一项创新是排汗带走热量从仪器(图5)改进设计。分析仪的顶部部分作为散热器或散热片。

脊型的铝表面上的仪器顶部是直接关系到在仪器内的热量的主要来源。其结果是一种高效,指示相差的热分析仪的优先通道。此前,只有金属探头提供了此功能。这种新的设计延伸分析仪的处理能力,热应力,服务业PMI测试。

图5。新的设计信息,以更好的散热

3.2热卖测试的用户指南

随着合金测试,测试火爆,服务组件包括用户指南:

极限测试长度为7秒或更少(典型的为2到4秒SDD模型);
只测试材料低于900度/ 480度C;
测试时使用只有小学或“传统”的能量束。
使用“黄色”的Kapton窗口(图6)。
无轻元素测试。直接测试轻元素
O要求“明确”普理灵窗口(图6)。普理灵融化在350华氏度,因此不能用热水兼容,在服务测试;
O要求第二,电子束能量较低的电压顺序运行;
这第二个轻元素束的测试长度,这实在是太长了热增加了10至60秒,服务样本。
测试频率测试每分钟1/60测试每小时(作为一般规则);
温度高于600 F或315Ç,使用一个临界技术,以尽量减少传热。

图6。普理灵和Kapton的Windows

倾斜的技术如下所示(图7)。

图7。冲洗和倾斜技术

生成下面的数据(表2)比较,在奥林巴斯凯科-X应用实验室的使用薄的,保护性的,陶瓷的热屏蔽(在图7中的第3张照片“引爆技术”(第2张照片,图7。) )。分析仪的检测器是由珀耳帖(Peltier)冷却器冷却至-35℃,测试时,热样品,所需的电压来驱动珀耳帖冷却检测器的增加。此表显示“​​分析仪必须有多难”的工作,保持适当的检测器温度。
表2中。珀尔帖V与时间

900F-V与时间珀尔帖

0 20

倾斜的技术,给我们带来惊喜,在炎热的样品比热面具效果更好。虽然热面具仍然是一个选择,因为它是更好的温度高于600 F比冲洗技术(第3张照片,图7),倾斜技术工作范围内保持良好一路攀升至900 F样品。使用“热面膜冲洗”技术,机组停机结束前90分钟的测试。

光束准直相机小光斑分析
由于合金是一种有利的物质(均质和丰富具有很强的响应元件)HH-XRF测试,测试不规则形状或非常小的碎片是很容易做到。但是,当2个不同的金属是并排的,是与焊接测试的情况下,关键是要缩小光束,则可以瞄准当前窄波束,以使测试可能只有一个特定的金属。

使用一个内部的,8位滤光片轮之间的X射线管和样本窗口的状态的X射线束。简单的用户界面允许用户选择一个3毫米的准直光束光斑。除此之外,一个内置的摄像头允许所需的精确瞄准,实际上打的更小的目标。

下面的两个屏幕截图显示相机视图和红色的瞄准圈定位光斑。第一种观点只是一张名片,给规模的想法。第二个示出了位于测量角焊缝的右边缘的光束点。此焊缝测量7毫米跨越 - 因此,这将是实际测量的中心,左和右边缘的浓度差异。在这种情况下,用不锈钢焊接材料碳钢钢板焊接在一起。这是做为XRF示范目的 - 不是建桥!在这种情况下的左,右边缘上的镍的浓度,分别为5.2%和5.8%。该中心是7.2%的镍。这些是从焊缝的边缘向中心移动,如期望的种类的差异。

图8。相机的例子,小光点准直

同样地,在表面研磨是必需的,使用的相机和准直器在两个方面是很方便的:

用户可以看到该样本是从地面;
光斑较小,允许对磨花更少的时间。
结论
HH-XRF PMI测试产生直接在许多方面的投资回报率。例如,在接收测试消除丧失了劳动和拒绝组件的成本。再次在安装或制造测试,防止失去劳动力和材料成本的浪费。测试时安装或制造完成(最终QC)防止混淆和组件故障或产品报废损失。

HH-XRF有了戏剧性的硬件和软件的进步,基于PMI的程序可以测试更多的材料,在较短的时间分析的信心更大。这是因为目前HH-XRF技术:

明确测试范围更广的材料;
迅速,简单的排序等级相差小于0.5%;
测试火爆,服务限制更少的材料;
更好的测试使用光束准直焊缝化学。
随着范围更广的“可测试性”的材料,缩短测试时间,测试(生产率),操作简单(更多的人可以做的测试),高容量,多余的测试变得更具成本效益的战略。更多的材料混合,可以防止和纠正在每次测试的成本低得多。

最终,无论是过程时间或客户满意度,任何组织想成为其中的一部分的材料混合。快速,冗余HH-XRF测试提供了一个实用的,符合成本效益的解决方案。


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