光谱分析软件_便携式X射线荧光光谱分析仪检测误差控制

作者&＃xff1a; 周志伟

单位&＃xff1a; 重庆川维建安工程有限公司

来源&＃xff1a;《金属加工(冷加工)》杂志  

便携式X射线荧光光谱分析仪具有操作简单、分析快速和对样品无损伤等优点&＃xff0c;广泛用于金属生产、加工和工业管道安装工程质量控制。但对部分合金材料检测时&＃xff0c;铜、锰、钛、钒和铝等元素结果&＃xff0c;出现&＃xff0d;15%以上偏差。当材料中钒、钛等含量较低时&＃xff0c;有检测不到的现象&＃xff0c;严重干扰检测人员判断。为解决这些问题&＃xff0c;经长期检测积累和试验&＃xff0c;提出两种控制检测误差的手段&＃xff1a;①优化样品和检测环境。②以几种特征元素检测结果作为判定指标&＃xff0c;直接确定材料种类、牌号。

1碳钢、合金钢检测误差控制

(1)碳钢检测误差控制。常用的碳钢以GB/T699、GB/T700和GB/T701推荐牌号为主&＃xff0c;其中Q235系例、20#、35#、45#等最普遍。成分由铁基及碳、硅、锰、磷和硫5种常规元素及少量杂质构成。光谱仪检测碳钢&＃xff0c;有两种机型&＃xff0c;一种全元素检测仪&＃xff0c;能快速检测样品中的金属和非金属元素成分&＃xff0c;另一种只检测样品中金属元素成分。

全元素光谱仪检测时&＃xff0c;样品中各元素被高能射线激发&＃xff0c;非金属元素被激发后&＃xff0c;特征谱线很不稳定&＃xff0c;容易被空气吸收&＃xff0c;加之量少&＃xff0c;谱线强度弱&＃xff0c;检测器吸收到的荧光量少&＃xff0c;结果偏低。为减少误差&＃xff0c;对样品表面深度清洁&＃xff0c;显金属光泽&＃xff0c;同时配备99.99%氩气保护激发元素充分吸收。为使分析准确&＃xff0c;对检测样品和环境有严格要求&＃xff0c;需携带氩气&＃xff0c;造成操作不便&＃xff0c;使全元素光谱仪使用有限。而金属元素检测仪使用更广泛&＃xff0c;检测碳钢时&＃xff0c;结果显示铁、锰及杂质合金成分&＃xff0c;识别不出牌号。但成分与标准值对比&＃xff0c;误差较大。选取20#、Q235B和45#钢&＃xff0c;用美国伊诺斯α&＃xff0d;2000便携式X射线荧光合金光谱分析仪&＃xff0c;25℃室温&＃xff0c;检测25s&＃xff0c;与试验室检测结果比对&＃xff0c;结果如表1所示。

为减少碳钢检测误差&＃xff0c;用改善样品表面粗糙度和优化检测环境加以控制。样品用400目金相砂纸打磨出5cm×5cm检测窗口&＃xff0c;金属光泽&＃xff0c;表面粗糙度值Ra≥0.25μ&＃xff4d;&＃xff0c;优化检测条件&＃xff1a;无强电磁干扰&＃xff0c;温度25℃&＃xff0c;检测25s。再次对处理后的20#、Q235B和45#样品光谱检测&＃xff0c;锰含量分别为&＃xff1a;0.40&＃xff0c;0.38&＃xff0c;0.50&＃xff0c;误差下降明显。标准规定碳钢锰含量在0.25%&＃xff5e;1.00%之间&＃xff0c;对合金光谱检测仪而言&＃xff0c;检测出的锰含量在此区间&＃xff0c;无论用何种方法控制&＃xff0c;都只显示碳钢&＃xff0c;不能识别具体牌号&＃xff0c;但当碳钢、合金钢混料时用光谱仪分类不失为一种好办法。锰成分偏低主要由3方面原因引起&＃xff1a;①检测环境和样品制备不规范。②仪器本身&＃xff0c;射线能量大&＃xff0c;样品被激发后&＃xff0c;产生特征谱线极易被外界吸收。③钢中锰、铁两元素被激发后互相干扰。从元素周期表中可知&＃xff0c;锰、铁原子序数分别为25、26&＃xff0c;特征谱线突变值分别是&＃xff1a;25Mnγ_k&＃xff1d;8.07&＃xff0c;J_k&＃xff1d;0.876&＃xff0c;26Feγ_k&＃xff1d;7.87&＃xff0c;J_k&＃xff1d;0.873&＃xff0c;锰、铁J_k线吸收差0.003&＃xff0c;样品激发后&＃xff0c;铁J_k线与锰J_k线互相干扰&＃xff0c;加之碳钢中铁含量≥98%&＃xff0c;而锰含量≤1.00%&＃xff0c;被激发后锰荧光量较铁少&＃xff0c;被吸收锰谱线少&＃xff0c;使锰成分值偏低。

(2)合金钢检测误差控制。按合金含量高低&＃xff0c;合金钢分高、低合金钢。低合金钢中除铁基外&＃xff0c;各合金成分≤2.00%&＃xff0c;典型的如40Cr、Q345、15CrMo及12Cr1MoVG等&＃xff0c;其成分在碳钢基础上加入少量合金元素&＃xff0c;大大改善材料性能。高合金钢根据加入合金种类和量的不同&＃xff0c;形成繁多的体系和牌号&＃xff0c;如生产、生活中应用较多的18&＃xff0d;8型奥氏体不锈钢。合金光谱仪对其检测时&＃xff0c;能检测出合金含量在0.05%以上的成分&＃xff0c;仪器对比后&＃xff0c;显示材料成分及牌号。样品中铜、锰、钛、钒和铝元素含量较低时&＃xff0c;可能没有显示值&＃xff0c;或显示值严重偏低&＃xff0c;达不到标准规定合金成分下限。特别是检测点5m范围内有焊接作业&＃xff0c;或样品表面温度超过55℃&＃xff0c;检测V(钒)含量≤2.00%样品时&＃xff0c;V(钒)成分很难检测到。以锅炉管12Cr1MoVG为例&＃xff0c;常规检测&＃xff0c;不管如何处理样品表面和增加检测时间&＃xff0c;V(钒)含量显示均≤0.06%&＃xff0c;而Cr、Mo两种元素显示正常。

控制低合金钢检测误差&＃xff0c;一是通过改善检测环境&＃xff1a;清洁样品&＃xff0c;温度在5&＃xff5e;35℃之间&＃xff0c;停止检测点5m范围内焊接作业&＃xff0c;检测25s&＃xff0c;重复检测&＃xff0c;数据有较好的重现性和准确性。二是根据Cr&＃xff0c;Mo成分显示&＃xff0c;确定材料牌号&＃xff0c;即当检测多次Cr、Mo含量稳定&＃xff0c;有0.05%以上V(钒)显示(钒标准值0.15%&＃xff5e;0.25%)&＃xff0c;虽偏差很大&＃xff0c;也可以判定材质V(钒)成分满足要求。但最好对同期采购和同规格、型号余料复测&＃xff0c;以旁证检测结论。

合金检测仪无法检测非金属元素&＃xff0c;便无法识别以碳含量多少定系例牌号的材质&＃xff0c;如低合金钢30CrMoA、35CrMo&＃xff0c;两者Cr(0.80%&＃xff5e;1.10%)&＃xff0c;Mo(0.15%&＃xff5e;0.25%)含量一致&＃xff0c;碳含量略有差异。高合金奥氏体不锈钢S30403/S30408、S31603/S31608等之类&＃xff0c;合金成分一致&＃xff0c;仅以碳含量高低区分牌号&＃xff0c;仅凭光谱合金成分无法准确判定具体牌号。 

对这类误差控制&＃xff0c;从几方面进行&＃xff1a;①对允许破坏的样品进行全定量检测&＃xff0c;根据定量分析结果找对应牌号。②若在石油、石化行业&＃xff0c;按石化标准SH3501&＃xff0d;2013和中国石化建[2015]495号文件&＃xff0c;均未强制要求检测非金属含量&＃xff0c;只要合金成分合格&＃xff0c;就判定材料合格。石油、石化行业这一规定依据&＃xff1a;①建立动态合格供应商制度&＃xff0c;严格监测供货品质。②从冶炼技术发展来分析&＃xff0c;熔炼在线分析是大型钢厂的标准配置&＃xff0c;成分控制较好。加之近年钢材去产能&＃xff0c;小冶炼厂、地条钢厂关停&＃xff0c;劣质钢材大幅减少。基于此&＃xff0c;只检测金属元素即可&＃xff0c;就不用纠结是否有非金属成分数据&＃xff0c;当合金钢中铬、镍和钼等成分合格&＃xff0c;直接判定材料合格。

随着制造成本上涨和冶炼水平提高&＃xff0c;厂家一般会把锰、铬、镍、钼和钛等成分控制在标准允许值下限。以某化工厂乙炔炉管为例&＃xff0c;设计为美标321(国标对应08Cr19Ni11Ti)&＃xff0c;一次检修时&＃xff0c;对3支炉管光谱检测&＃xff0c;结果如表2所示。

　　从表中看出&＃xff0c;铬、镍含量低&＃xff0c;不满足GB/T14976&＃xff0d;2013要求&＃xff0c;但结合GB/T222&＃xff0d;2012对数据误差处理&＃xff0c;铬、镍含量≥10.00%时&＃xff0c;允许偏差±0.3%&＃xff0c;铬、镍含量满足要求。钛含量与碳有6×C%&＃xff5e;0.80%的关系&＃xff0c;在不能确定碳含量的情况下&＃xff0c;只要铬、镍成分合格&＃xff0c;检测成分有中少量钛&＃xff0c;直接判定材料合格。

2检测条件对数据误差的影响

(1)检测时间对结果影响体现在两方面&＃xff1a;①X射线管衰减程度&＃xff0c;设备累计使用小于1 000h&＃xff0c;灵敏度高&＃xff0c;6s内能出准确结果。使用到2 500h后&＃xff0c;射线管衰减增大&＃xff0c;检测时间小于15s时&＃xff0c;数据误差明显增大&＃xff0c;将检测时长调整为25s以上&＃xff0c;结果准确性提高。②样品本身对检测时间要求&＃xff0c;检测合金含量低的材料和轻金属元素时&＃xff0c;检测时长设置在25s以上&＃xff0c;能获得较准确结果。随着设备使用年限较长&＃xff0c;检测时间还应增加。

(2)检测环境的影响。3种环境下检测&＃xff0c;数据误差大&＃xff1a;①强磁环境。检测时&＃xff0c;测点5m范围内有焊接作业&＃xff0c;成分显示异常&＃xff0c;甚至出现乱码&＃xff0c;是因为焊接高频电弧对荧光吸收造成干扰&＃xff0c;检测强磁设备时&＃xff0c;结果也会异常&＃xff0c;针对这类误差&＃xff0c;应停止焊接作业&＃xff0c;关闭强磁设备。②温度。设备说明书介绍&＃xff0c;适用温度-10&＃xff5e;50℃&＃xff0c;实际上&＃xff0c;理想检测温度为5&＃xff5e;35℃&＃xff0c;环境温度在38&＃xff5e;45℃时&＃xff0c;应减少检测次数&＃xff0c;每检测50次左右&＃xff0c;停机15min。样品表面高于60℃时&＃xff0c;不能检测。③湿度。设备内光、电元件对干湿度要求较高&＃xff0c;雨、雾天检测&＃xff0c;做好防护措施。设备不用时&＃xff0c;放置于干燥剂环境&＃xff0c;做好平时维护保养&＃xff0c;减少设备不稳定带来误差。 

&＃xff13;结语

当下&＃xff0c;便携式X射线荧光光谱仪型号多&＃xff0c;但基本原理一样&＃xff0c;针对繁杂的材料品种&＃xff0c;检测人员在具备一定金属材料知识基础上&＃xff0c;应用文中提到方法&＃xff0c;就能快速&＃xff0c;准确的检测出结果。当然检测是集材料学、理化等专业知识和经验积累的技术&＃xff0c;不可能一文解全面&＃xff0c;希望通过本文的叙述和分析&＃xff0c;能减少检测误差&＃xff0c;提高检测水平。

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