对于工业组件供应商来说,或者在工业厂区的操作中,PMI检测和材料的鉴别都是非常关键的环节。合金材料的设计需根据具体的要求而定,如:抗腐蚀性能、温度耐受性能,或某些机械特性。合金材料的混淆会导致所生产的组件出现问题。组件出现问题会造成成本损失,其中包括:停工、维修与更换、材料损失(或泄漏)、环境危险和火灾、以及成批污染。
手持式XRF(HH-XRF)是一种快速无损检测(NDT)技术,用于检测合金的组成成分,确认合金的牌号,并对材料的成分进行辨别(PMI)。无论是生产组件,接收合金材料,安装管道、阀门或其它关键性的部件,还是对在役工艺流程系统进行简单的确认检查,手持式XRF分析仪都可以对材料进行快速、明确的辨别。使用PMI分析仪的操作人员可以迅速辨别材料的混淆情况,从而改进了控制材料的过程,并快速获得利润回报。
大多数合金的组成成分为手持式XRF技术可以探测到的元素(图1)。合金样本,因其同质性,以及其主要包含的成分多为反应非常灵敏的元素,而成为XRF技术理想的分析对象。
图1. XRF技术可探测的元素 - 从镁到铀
XRF技术的应用过程包含3个基本部分(图2):
图2. XRF分析过程的几个步骤
由于XRF技术只可对近表面的区域进行检测(只能检测合金样本中10微米左右的高层度),因此要分析带漆层、带镀层、受腐蚀、或是带喷丸处理表面的材料,可能需要对样本进行前处理/磨光。目前,手持式XRF分析仪只可以检测重于钠(Na)的元素。现在还不能对碳、铍、硼或锂元素进行直接测量。
但是,即使存在这些局限性,XRF技术依然可以在原地进行快速(大多数合金需2秒钟时间),而且一般是无损的检测。坚固耐用的XRF工业用套装设备可用于室内、室外和高温应用。虽然手持式PMI分析仪不能保证对所有合金进行冶金认证,但是一般来说可以检测99.5%以上的大多数工业合金。要核查一个牌号,只需从其它相似的牌号中区别出这个牌号即可。一般来说,很容易完成这个操作。手持式XRF可以分辨出特定牌号的不同特性,从而可以非常容易地对含有99 %相同成分的牌号进行区分,如:SS-303、SS-304、SS-321和SS-347;再如:9铬和9铬 V。这些合金的区别可以小到只有0.05%的不同成分。
进行实验室分析,用户需(根据所使用的时间和所花费的资金)支付每次检测的费用,而使用手持式XRF分析仪,用户所花费的几乎所有成本都是前期资本成本。用户购买了XRF PMI分析仪后,他们的每次检测都只是一个耗时2秒钟的“瞄准和发射”过程。由于每次检测的额外成本微不足道,因此用户可以进行大量重复的检测。
生产商在接收材料时需要对材料进行PMI检测,以在厂门前对来料进行核查。在使用和安装时需再次对材料进行检测,以发现在处理来料时可能产生的存放错误。一根焊条,无论是错放在了一个箱子中,还是取自一个错误的箱子,都可以通过检测,在两秒钟之内得到合格或不合格的验证结果。然后,对安装好的、准备投入使用的组件再次进行检测,或者在运送产品之前对产品进行较后的质量控制检测。
只在接收来料时进行一次检测,不能发现在制造或安装的下游过程中出现的错误。对材料进行检测的目的不仅是为了确认材料的正确性,也是为了纠正在放置材料的过程中出现的错误,以避免出现材料混淆问题。使用PMI分析仪进行大量重复的检测是一种可以发现和避免材料混淆的较快、较容易的方法。
从20世纪80年代开始,野外便携式XRF分析仪就已经成为检测不锈钢、铬钼钢、镍合金和钴合金的较理想的工具。分析仪对低合金钢、铜和钛的牌号的处理则会受到更多限制,因为要辨别这些牌号,分析仪需要具有直接测量轻元素的性能,如:铝、硅、硫和磷。过去只在较少的情况下对铝合金的牌号进行检测。要完成有效的铝合金检测,对低于0.5%含量水平的镁、铝和硅元素进行直接测量,至关重要。下面的表1列出了XRF分析仪可获得的各种主要合金元素基于“技术/时间线”的典型检出限(LOD)。
表1. 铁合金中所选元素相对于时间(技术)的大约检出限
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20世纪的80年代和90年代 | 21世纪的前十年 | 21世纪的第二个十年 |
探测器 | 碘化汞(Hg Iodide)和硅条带(SiPin) | 硅条带(SiPin) | 硅漂移 |
分辨率/计数率 | 500-1000eV/1k-2K cps(每秒计数) | 250 eV/4000 cps | 160 eV/100k cps |
源 | 同位素 | X射线管 | X射线管 |
Mg - 镁(在铝中) | 不能探测 | >2%,有空气净化情况下* | 0.200% |
Al - 铝 | 不能探测 | 较低量,有空气净化情况下 | 0.200% |
Si - 硅 | 不能探测 | 较低量,有空气净化情况下 | 0.050% |
P - 磷 | 不能探测 | 较低量,有空气净化情况下 | 0.014% |
S - 硫 | 不能探测 | 较低量,有空气净化情况下 | 0.01% |
Ti - 钛 | 1%以上 | 0.20% | 0.008% |
V - 钒 | 1%以上 | 0.20% | 0.008% |
Cr - 铬 | 0.50%以上 | 0.05% | 0.008% |
Ni - 镍 | 0.50%以上 | 0.20% | 0.009% |
Cu - 铜 | 0.50%以上 | 0.20% | 0.006% |
Mo - 钼 | 0.20%以上 | 0.05% | 0.002% |
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