便攜式合金分析儀-VANTA

 引言

對于工業(yè)組件供應商來說，或者在工業(yè)廠區(qū)的操作中，PMI檢測和材料的鑒別都是非常關鍵的環(huán)節(jié)。合金材料的設計需根據(jù)具體的要求而定，如：抗腐蝕性能、溫度耐受性能，或某些機械特性。合金材料的混淆會導致所生產(chǎn)的組件出現(xiàn)問題。組件出現(xiàn)問題會造成成本損失，其中包括：停工、維修與更換、材料損失（或泄漏）、環(huán)境危險和火災、以及成批污染。

手持式XRF（HH-XRF）是一種快速無損檢測（NDT）技術，用于檢測合金的組成成分，確認合金的牌號，并對材料的成分進行辨別（PMI）。無論是生產(chǎn)組件，接收合金材料，安裝管道、閥門或其它關鍵性的部件，還是對在役工藝流程系統(tǒng)進行簡單的確認檢查，手持式XRF分析儀都可以對材料進行快速、明確的辨別。使用PMI分析儀的操作人員可以迅速辨別材料的混淆情況，從而改進了控制材料的過程，并快速獲得利潤回報。

1.1 手持式XRF技術的基礎知識

大多數(shù)合金的組成成分為手持式XRF技術可以探測到的元素（圖1）。合金樣本，因其同質(zhì)性，以及其主要包含的成分多為反應非常靈敏的元素，而成為XRF技術理想的分析對象。

圖1. XRF技術可探測的元素 - 從鎂到鈾

XRF技術的應用過程包含3個基本部分（圖2）：

• 一個用于激勵（電離化）樣本的X射線源（步驟1、2、3）
• 截取所發(fā)射的X射線在被激勵（電離化）的材料上產(chǎn)生的（光子）特征圖像（步驟4）；
• 處理所獲得的光譜特征圖像，并將其轉(zhuǎn)化為樣本的化學成分和牌號ID結(jié)果（步驟5）。

圖2. XRF分析過程的幾個步驟

由于XRF技術只可對近表面的區(qū)域進行檢測（只能檢測合金樣本中10微米左右的高層度），因此要分析帶漆層、帶鍍層、受腐蝕、或是帶噴丸處理表面的材料，可能需要對樣本進行前處理/磨光。目前，手持式XRF分析儀只可以檢測重于鈉（Na）的元素�，F(xiàn)在還不能對碳、鈹、硼或鋰元素進行直接測量。

但是，即使存在這些局限性，XRF技術依然可以在原地進行快速（大多數(shù)合金需2秒鐘時間），而且一般是無損的檢測。堅固耐用的XRF工業(yè)用套裝設備可用于室內(nèi)、室外和高溫應用。雖然手持式PMI分析儀不能保證對所有合金進行冶金認證，但是一般來說可以檢測99.5%以上的大多數(shù)工業(yè)合金。要核查一個牌號，只需從其它相似的牌號中區(qū)別出這個牌號即可。一般來說，很容易完成這個操作。手持式XRF可以分辨出特定牌號的不同特性，從而可以非常容易地對含有99 %相同成分的牌號進行區(qū)分，如：SS-303、SS-304、SS-321和SS-347；再如：9鉻和9鉻 V。這些合金的區(qū)別可以小到只有0.05%的不同成分。

進行實驗室分析，用戶需（根據(jù)所使用的時間和所花費的資金）支付每次檢測的費用，而使用手持式XRF分析儀，用戶所花費的幾乎所有成本都是前期資本成本。用戶購買了XRF PMI分析儀后，他們的每次檢測都只是一個耗時2秒鐘的“瞄準和發(fā)射”過程。由于每次檢測的額外成本微不足道，因此用戶可以進行大量重復的檢測。

生產(chǎn)商在接收材料時需要對材料進行PMI檢測，以在廠門前對來料進行核查。在使用和安裝時需再次對材料進行檢測，以發(fā)現(xiàn)在處理來料時可能產(chǎn)生的存放錯誤。一根焊條，無論是錯放在了一個箱子中，還是取自一個錯誤的箱子，都可以通過檢測，在兩秒鐘之內(nèi)得到合格或不合格的驗證結(jié)果。然后，對安裝好的、準備投入使用的組件再次進行檢測，或者在運送產(chǎn)品之前對產(chǎn)品進行較后的質(zhì)量控制檢測。

只在接收來料時進行一次檢測，不能發(fā)現(xiàn)在制造或安裝的下游過程中出現(xiàn)的錯誤。對材料進行檢測的目的不僅是為了確認材料的正確性，也是為了糾正在放置材料的過程中出現(xiàn)的錯誤，以避免出現(xiàn)材料混淆問題。使用PMI分析儀進行大量重復的檢測是一種可以發(fā)現(xiàn)和避免材料混淆的較快、較容易的方法。

從20世紀80年代開始，野外便攜式XRF分析儀就已經(jīng)成為檢測不銹鋼、鉻鉬鋼、鎳合金和鈷合金的較理想的工具。分析儀對低合金鋼、銅和鈦的牌號的處理則會受到更多限制，因為要辨別這些牌號，分析儀需要具有直接測量輕元素的性能，如：鋁、硅、硫和磷。過去只在較少的情況下對鋁合金的牌號進行檢測。要完成有效的鋁合金檢測，對低于0.5%含量水平的鎂、鋁和硅元素進行直接測量，至關重要。下面的表1列出了XRF分析儀可獲得的各種主要合金元素基于“技術/時間線”的典型檢出限（LOD）。

表1. 鐵合金中所選元素相對于時間（技術）的大約檢出限

	20世紀的80年代和90年代	21世紀的前十年	21世紀的第二個十年
探測器	碘化汞（Hg Iodide）和硅條帶（SiPin）	硅條帶（SiPin）	硅漂移
分辨率/計數(shù)率	500-1000eV/1k-2K cps（每秒計數(shù)）	250 eV/4000 cps	160 eV/100k cps
源	同位素	X射線管	X射線管
Mg - 鎂（在鋁中）	不能探測	>2%，有空氣凈化情況下*	0.200%
Al - 鋁	不能探測	較低量，有空氣凈化情況下	0.200%
Si - 硅	不能探測	較低量，有空氣凈化情況下	0.050%
P - 磷	不能探測	較低量，有空氣凈化情況下	0.014%
S - 硫	不能探測	較低量，有空氣凈化情況下	0.01%
Ti - 鈦	1%以上	0.20%	0.008%
V - 釩	1%以上	0.20%	0.008%
Cr - 鉻	0.50%以上	0.05%	0.008%
Ni - 鎳	0.50%以上	0.20%	0.009%
Cu - 銅	0.50%以上	0.20%	0.006%
Mo - 鉬	0.20%以上	0.05%	0.002%