XRF анализатори

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1/2022 • 01.03.2022

  • Преносимите XRF анализатори най-често се използват за инспекция и валидиране на правилния материален състав на детайли

  • Потребителите лесно могат да свържат уредите към мобилни приложения и облачни услуги, което позволява непосредствено споделяне на резултатите, както и на снимки на измерваните детайли и материали

  • По отношение на самите уреди еволюцията е в посока по-надеждни, издръжливи и функционални анализатори, което води и до разширяване на спектъра на приложение

Преносимите уреди за рентгенофлуоресцентен (XRF) анализ обследват материалите бързо, надеждно и рентабилно. Те могат да идентифицират елементния състав на даден материал в рамките на няколко секунди, улеснявайки производителите при избора на подходящите за потребностите им клас метал и допуски. Такова ниво на прецизност е от критично значение за постигането на желаните характеристики на детайлите, особено в аерокосмическия сектор, нефтената и газовата промишленост и фармацевтичната индустрия.

XRF също е единствената на пазара напълно безразрушителна технология за анализ на материали. Методът не нарушава повърхността на пробата, което го прави подходящ за инспекция не само на суровини, но и на готови продукти. В миналото проверката за наличие на примеси се извършва предимно чрез химически методи или с индуктивна плазма. Тези технологии се отличават с висока точност, но са времеемки и скъпи. XRF е много по-лесна за внедряване и предоставя резултати в рамките на минути, а не часове. Преносимите XRF анализатори могат просто да бъдат насочени към инспектирания детайл и след натискане на спусъка резултатите се визуализират на лесно четим дисплей в рамките на няколко секунди. В допълнение потребителите лесно могат да свържат уредите към мобилни приложения и облачни услуги, което позволява непосредствено споделяне на резултатите, както и на снимки на измерваните детайли и материали. Въпреки че XRF анализаторите могат да се използват в продължение на години с минимални изисквания за поддръжка, производителите трябва ежегодно да подновяват сертификацията на инструментите.

 

Как XRF анализаторите допринасят за по-добро качество

Преносимите XRF анализатори най-често се използват за инспекция и валидиране на правилния материален състав на детайли. Практиката показва, че понякога доставчикът предоставя на компаниите грешния материал случайно, а понякога и нарочно. Също така сертификатите на материалите могат да бъдат загубени или объркани. Затова проверката на постъпващите в едно предприятие суровини става все по-разпространена практика.

XRF технологията е и универсална – тя се използва от търговци на скрап, производители, геолози, извършващи проучвателни дейности, отговорници по съответствието с Директива за ограничаване на опасните вещества (RoHS) и др. Общото между всички тези приложения е необходимостта от идентифициране на материалите, потвърждаване, че определени компоненти са изработени от подходяща сплав, или да се верифицира липсата на опасни елементи, например олово или живак. Ако не се приложи аналитична техника като XRF, компаниите просто сляпо се доверяват на документацията, предоставена от доставчика.

 

Технологични тенденции

Свързаност, цифровизация и данни са ключовите думи в развитието на XRF технологията. Данните стават все по-важни за всички индустриални сектори. Това се отнася до набиране и съхранение на резултатите, както и предоставяне на висок клас инструменти за анализ и управление, което означава, че XRF устройствата трябва да бъдат онлайн. Някой компании дори произвеждат XRF инструменти за монтаж и интегриране в автоматизирани системи за инспекция. Това дава възможност за елиминиране на човешки грешки, допускани в резултат на умора на оператора например. В миналото XRF инспекцията се извършва при монтаж на детайла, но днес клиентите изместват тази дейност към веригата на доставка. Специалистите смятат, че производител, чиято продукция е изцяло инспектирана, има конкурентно предимство.

По отношение на самите уреди еволюцията е в посока по-надеждни, издръжливи и функционални анализатори, което води и до разширяване на спектъра на приложение. Докато някои пазари са запознати с възможностите на XRF, други тепърва започват да осъзнават стойността на елементния анализ чрез преносими устройства. Преносимите XRF анализатори се превръщат в утвърдена технология, като разликите в техническите спецификации стават все по-малки. Основни задачи, като сортирането на стомана например, вече могат да бъдат извършени с помощта на който и да е XRF анализатор. Разликите са в нишови приложения, които изискват многогодишен опит в индустрията и знания за развитието на клиентските изисквания. Това може да включва получаване на сплави от нови елементи или нови регулации по отношение на отделянето на примеси.

 

Избор на уред

Първата стъпка при избора на XRF анализатор е да се определят класовете или групите сплави, които ще се анализират. След това е необходимо да се избере видът на детектора – PIN или силициев дрифт детектор (silicon drift detector, SDD). Първите работят въз основа на по-стара технология, която е с по-ниска цена, но се характеризира и с по-ниска чувствителност в сравнение с SDD. Ако се предвижда да се измерва концентрацията на леки елементи като магнезий, алуминий, силиций, фосфор и сяра, следва да се избере SDD. В случай че скоростта на изпитване е от значение, експертите препоръчват да се заложи отново на SDD, който може да идентифицира повечето сплави за секунда – две. Същата задача се изпълнява от инструмент с PIN детектор за 8 до 10 секунди. Ако се изпитват множество проби, времето за анализ може да се натрупа, което прави SDD инструментите по-рентабилния избор. Уредите с SDD детектор имат по-ниски прагове на откриваемост спрямо PIN инструментите. Трябва да се има предвид обаче, че обявените от производителя на уреда прагове на откриваемост са при идеални условия.

Някои производители предлагат пълна гама от анализатори с разнообразие от възможности по отношение на материала, от който е изграден анодът. Типично материалите включват родий, сребро и волфрам. Родият е най-подходящ за измерване на леки елементи, волфрамът – за високоенергийни елементи като кадмий, а среброто е с универсален характер.

Когато документирането на инспекцията е важно, може да се избере анализатор с вградени камери, заснемащи тестваната проба и позицията на инструмента. Някои анализатори се предлагат с колиматор, който стеснява рентгеновия лъч така, че диаметърът на светлинното петно намалява от 10 до 3 mm. Това позволява анализиране на по-малки площи, например на заваръчен шев на тръба. Анализаторите с Wi-Fi свързаност дават възможност за бързо вземане на решения и лесен достъп до резултатите. Повечето съвременни анализатори предлагат и опция за директен експорт на данните чрез USB порт.
Спецификациите на XRF анализаторите трябва да се изберат спрямо условията на експлоатационната среда. Сред най-важните параметри са класът на защита, устойчивост при изпускане и работна температура.

Най-добрият подход за избор на XRF анализатор е тестването на уреда за целите и при условията, в които ще се използва. Това е единственият начин да се разбере дали инструментът е подходящ за конкретните материали, дали интерфейсът е достатъчно лесен за използване и навигиране и дали се предоставя необходимата информация.

 

Предизвикателства при използването на XRF

XRF анализаторите – както преносимите, така и настолните, все пак не са перфектни, твърдят експерти. Някои потребители се притесняват от рентгеновото излъчване, но преносимите анализатори използват рентгенови лъчи с ниска мощност. Важно е да се спазва правилото уредът да не се насочва към човек, а единствено към пробата, когато спусъкът е натиснат. При спазване на дадените от производителя инструкции за експлоатация XRF анализаторите са напълно безопасни.

Въпреки че XRF е най-широко прилаганата технология за анализ на метали чрез преносими уреди, тя има някои ограничения. Последната тенденция в областта е навлизането на лазерно индуцираната емисионна спектрометрия (LIBS). Тя е по-подходяща за сплави с леки елементи като берилий, алуминий, магнезий, силиций и литий. Благодарение на това, че се използва лазер, се елиминират притесненията, свързани с рентгеновите лъчи, както и разходите по регистриране и лицензиране на уредите.

Въпреки че преносимите XRF анализатори обещават бързина, гъвкавост и мобилност изборът на представителна проба също може да се окаже предизвикателство, като това е в сила за всяко преносимо устройство за анализ на метали. Ако се търси много високо ниво на точност, се препоръчва използване на настолен XRF анализатор и подготовка на пробата, например смилане и хомогенизиране.

Top