Что такое и как работает анализатор металлов и сплавов

Анализатор состава металлов. Спектр возможностей современных моделей

Неразрушающий контроль химического состава с помощью анализатора металлов и сплавов используется в различных отраслях хозяйственной деятельности. На металлобазах и предприятиях Вторчермета так определяют марки сплавов, использованных в утилизируемых узлах. В металлургии цель использования этой техники – контроль качества исходного сырья. Археологи применяют анализаторы для ориентировочного определения срока давности обнаруженных находок, а геологи – с целью количественного и качественного состава грунтов и минералов.

Классификация современных технологий анализа металлов

Химический анализ металлов позволяет количественно определять элементный состав материала, чем обеспечивается контроль качества, исследования причин отказов конструкций и т. п. Металлохимический анализ также применяется при так называемом обратном проектировании, когда исследуется характер отказа, по которому устанавливается, использовался ли правильный сплав.

Химический состав и микроструктура большинства металлических образцов могут быть определены одним из следующих способов:

  1. Металлографическим анализом и энергодисперсионной оптической спектрометрией. Способ используется для массового элементного анализа сталей, нержавеющих сталей, чугунов, медных, алюминиевых, кобальтовых, никелевых, оловянных и цинковых сплавов.
  2. Методом индуктивно связанной плазмы. Используется при массовом анализе небольших образцов, где требуется высокая точность даже при низких концентрациях элементов.
  3. Рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Метод применяется для анализа никелевых сплавов и для полуколичественного анализа всех систем сплавов.
  4. Инфракрасном сжиганием, которое находит применение при определении в металле углерода, серы, а также связанных кислорода и водорода.

Если конкретные элементы должны быть определены с особо высокой точностью, то для их измерения могут проводиться испытания по всем вышеупомянутым методам. В необходимых случаях при помощи твердомеров определяется также и твёрдость образцов, что служит дополнительным подтверждением наличия в металле определённых химических элементов. В тех же целях производятся и испытания сталей на искру.

Типы анализаторов металла

Оптические эмиссионные спектрометры реализуют технологию, которая использует интенсивность света (испускаемого пламенем, плазмой, либо любым иным источником энергии, который действует на нужной длине волны) для определения количества элемента в образце. Эмиссионные спектрометры работают так. Через образец пропускают высококонцентрированный электрический разряд большой тепловой мощности, нагревая его до температуры, при которой начинается термоэлектронная эмиссия. В результате происходит световое излучение на определённой длине волн, которое улавливается монохроматором. Современные приборы оснащаются источниками контролируемого искрового разряда, что позволяет вести количественный анализ состава металлов.

Плазменные спектрометры относятся к устройствам портативного типа. Электрическая энергия в форме искры генерируется между электродом и образцом металла, в результате чего испарённые атомы приводятся в состояние высокой энергии — плазмы разряда.

Возбуждённые в плазме атомы и ионы создают уникальный спектр излучения, характерный для каждого элемента. Таким образом, один элемент генерирует многочисленные характерные спектры излучения. Этот свет разделяется дифракционной решёткой для извлечения спектра излучения для целевых элементов. Интенсивность каждого спектра излучения зависит от концентрации элемента в образце.

Анализаторы, которые действуют по лазерному принципу, используются преимущественно для оценки наличия в металле алюминия и его сплавов.

Принцип действия основан на оценке длины волны излучения, которое активируется лазерным лучом. Эргономика прибора представляет собой пистолетную форму. Включение лазерного анализатора производится кнопками, которые размещены у триггера. Считывание результатов измерений производится с помощью наклоняемого под любым углом сенсорного экрана.

Особенностью лазерных анализаторов является наличие микрочипа, для работы которого необходимо устанавливать специальную программу. С его помощью выбирается матрица измерений, производится сам химический состав и идентифицируется наличие определённого вещества.

Анализаторы металлов рентгенофлуоресцентного принципа действия предназначены для определения компонентов легирования, следов и сторонних примесей в различных марках сталей. Образец подвергается воздействию рентгеновского излучения, при этом поглощённые электроны проходят в электронно-лучевой анализатор, а отражённые — в рентгеновский спектрометр. Там сигнал усиливается и через дискриминатор величины импульса выводится на экран. Поскольку для количественного анализа используется одновременно два различных блока, то точность получаемых результатов является наибольшей.

От чего зависит цена приборов?

Практическая ценность анализатора любого типа определяется:

  1. Диапазоном определения процентного состава элементов.
  2. Номенклатурой определяемых элементов.
  3. Размерами анализатора.
  4. Сложностью подготовки и эксплуатации прибора.

Цена анализатора металлов зависит от престижности фирмы-производителя, а также от доступности её сервисных служб на территории России. Наибольшей популярностью в мире пользуются анализаторы металлов, произведённые в Японии, Германии и США. С осторожностью стоит относиться к измерительной технике, которая производится в таких странах как Китай, Малайзия или Филиппины: используя лицензированные компоненты, такие установки не всегда отличаются должным качеством сборки, хотя их цена довольно привлекательна.

Стоимость связана и с габаритами устройства. Стационарные анализаторы металла работают от сети и проще в обслуживании, в то время как надёжность портативных моделей сильно зависит от качества аккумуляторных батарей, которые зачастую поставляются фирмами с более низким рейтингом доверия.

Наиболее надёжными и востребованными моделями на отечественном рынке анализаторов металлов и сплавов считаются:

  • Из стационарных приборов – анализатор М5000 китайского производства стоимостью от 1 млн. руб.
  • Из портативных приборов – рентгенофлуоресцентные анализаторы линейки DELTA от торговой марки Olympus (Япония), цена которых, в зависимости от возможностей прибора, составляет от 1 до 2 млн. руб.
  • Многофункциональные ручные лазерные анализаторы Эланик от российского ООО «Лазер-экспорт». Цена – по запросу.

Анализаторы металлов, спектрометры, виды, цены и принцип работы

Анализатор металлов и сплавов – основные виды и принципы работы

Самая важная и насущная задача на всех пунктах приёма сырья ( ломбард, металлобаза, пункт приёма металла, цех входного контроля является процесс сепарирования (идентификация) сырья по маркам и химическому составу. По внешнему виду и первичным признакам в настоящее время невозможна верная идентификация содержания медь и титан от сплавов на их же основе. Некоторые ещё более сложноопределяемые элементы как никель в нержавейки – определить без специальных приборов просто не возможно, поэтому все большую популярность набирают анализаторы и спектрометры.

По состоянию на 2018 год, самыми передовыми методами химического контроля металла и сплавов, являются метод оптической эмиссии (оптико-эмиссионный, атомно абстракционный , энергодисперсионный) и рентгенлфлуоресцентный (рентгеновский метод). Так же в данной статье мы расскажем о портативных лазерных анализаторах и раскроем принцип работы и поговорим о всех плюсах и минусах данного метода.

Принцип работы рентгенофлуоресцентных анализаторов и спектрометро

Спектрометры, анализаторы работают на основе миниатюрной рентгеновской трубки и детектора. Методом флуоресценции, воздействуют на атомы разных химических элементов, после чего считывается излучение фотонов. Самые передовые портативные анализаторы используют напряжение до 50000 В.

Сегодня все больше предприятий в России и странах СНГ, заменяют свои старые стационарные приборы, которые используют в специальнооборудованных лабораториях (включая помещение, аттестация персонала и так далее) на портативные анализаторы, спектрометры, которые не требуют специальной сертификации и подготовки помещения, пришедшие на смену устаревшим приборам.

Основными отличительными особенностям присущая всем современным анализаторам – портативность, что позволяет использовать анализатор непосредственно там, где это нужно (улица, цех, шахта, склад, поле, лаборатория и так далее). Вторым отличительным плюсом можно считать скорость анализа. При рутинной задаче в идентификации марки металла и сплава будет достаточно 2-5 секунд, если же нужно определить содержание золота в горной породе или найти в перемолотых автомобильных катализаторах тысячные граммы платины, родия и палладия, то для более точного измерения время анализа увеличивается до необходимого значения. В таком случаи мы получим точность по нужным нам элементам до 1-2 грамм на тону.

Анализ происходит одновременно от 45 до 79 позициям для определения химического состава металла и сплавов, в зависимости от типа прибора. Каждый отдельный элемент анализируется на разном напряжении для более точного определения содержания, после чего мы получаем результат на экране прибора.

Принцип работы и описание портативного рентгеновского спектрометра

Из чего состоит анализатор?

Самыми важными составляющими анализатора является – миниатюрная рентген трубка и детектор, так же экран, материнская плата и регистрирующее устройство. Батареи, корпус с внешним радиатором для отвода тепла. При этом вся конструкция внутри залита специальным пластиком, представляет собой монолитную основу, что позволяет полностью исключить разбалтывание, отхода проводов, скапливание пыли и влаги, предохранит при падении и ударе. Прибор полностью герметичен и не имеет отверстий для попадания пыли и влаги, отвод тепла идёт на внешний радиатор и носик прибора, поэтому анализатор после длительного времени работы может стать тёплым – это совершенно нормально, не стоит пугаться, там установлены от перегрева специальные датчики.

Технология развивается и в дальнейшем компактные портативные анализаторы металла полностью вытеснят большие стационарные спектрометры.

Возможности и достоинства рентгенофлуоресцентного метода:

  • Полное отсутствие опасных радиоизотопов.
  • в не зависимости от атомной массы элементов, анализатор одновременно может анализировать от 24-67 элементов, в зависимости от модели и производителя. Тут хочется сказать что приборы линейки Vanta, являются неоспоримым лидером как по точности, так и по количеству определяемых элементов.
  • возможность выдавать результаты в процентном соотношении, сравнивать между собой все марки и определять соответствие ГОСТу и марке.
  • возможность работать везде (цех, улица, поле, шахта, в горах, лесах, свалках и так далее) и получать результаты исследования за несколько секунд. С последующим сохранением и возможностью переносить данные на компьютер и принтер. Так же современный софт позволяет формировать удобные отчёты, которые в последствии можно прикладывать к продукции.
  • Область анализа в 5 раз больше чем у лазерных и оптико-эмиссионных и составляет до 1.5 см², что дает возможность к поиску любых полезных ископаемых
  • – самое важное, конечно возможность анализировать фракции до 50 мкм , шлаки, пыль, стружку, отходы, песок и определять содержание редких элементов. Так же ключевая особенность является минимальная подготовка образца перед анализом. Достаточно пройтись шлифмашинкой и можно начинать анализ.
  • – не требуется настройка на специальных настроечных образцах, не нужно заранее знать основу, современные анализаторы оснащены всевозможными функциями автоопределение основы, что конечно же значительно экономит время, силы и денежные средства
  • – полностью универсальный прибор. Размер не имеет значения, так же как и состояние: жидкость, масло, песок, сухая смесь, стружка, металл, пластик и так далее. Возможность настроить прибор практически под любую задачу.
Читайте также:  Применение крепежной продукции в электромонтажных работах

Данные приборы уже более 15 лет успешно применяются на самых крупных предприятиях и в самых различных областях промышленности. В начале данный метод считался не достаточно точным, и он широко применялся только на пунктах приёма металла, ломбардах и других местах, где требуется оперативный анализ. С тех пор прошло много времени и технологии вкупе с опытом технических специалистов позволили повысить точность до тысячных и десятитысячных по некоторым элементам, что позволило данным приборам занять лидирующую позицию по продажам.

Не сомневаемся, что в скором времени портативные спектрометры и анализаторы полностью вытеснят стационарные установки и приборы.

Вот пример работы портативного анализатора в условиях металлобазы в России (работа велась в конце ноября, самым бюджетным портативным анализатором Delta Element )

Спектрометр для сортировки металла и сплавов

Портативный спектрометр Olympus Delta Element для входного контроля металла и сплавов.

Анализатор металлов и сплавов: классификация и стоимость устройств

Многие предприятия в хозяйственной деятельности для контроля за химическим составом и не разрушаемостью элементов используют специальный инструмент, который называется анализатор металлов и сплавов. При помощи данного устройства, к примеру, на предприятиях Вторчермета и металлобазах вычисляется марка сплавов, применяемых в разных утилизированных узлах. В сфере металлургии анализатор применяется для контроля качества используемого сырья.

Приспособление нашло свое применение не только в области металлургии и сферах с ней связанных – так, например, геологи используют этот же инструмент с целью определения качественного и количественного состава минералов и грунта на площадке работ, археологи же пользуются приспособлением для определения приблизительного возраста находки!

Каким образом происходит анализ металлов?

Благодаря химическому анализу металлов появляется возможность определять количественно элементный состав исследуемого объекта. Исходя из этого, можно узнать, например, о причинах отказа и разрушения разного рода металлических конструкций. В сфере строительства и проектирования металлохимический анализ используется при обратном проектировании, во время которого изучается характер отказа какой-либо конструкции. Это, в свою очередь, позволяет проектировщикам и конструкторам делать вывод касательно правильности выбора сплава.

Микроструктура и химический состав многих металлов вычисляются следующими методами:

  1. Инфракрасным сжиганием, которое позволяет определить в образце наличие серы, углерода и связанных водорода и кислорода.
  2. При помощи оптической энергодисперсионной спектометрии и металлографического анализа. Данный метод применяется по большей части при массовом элементном анализе цинковых, медных, кобальтовых, алюминиевых, оловянных и алюминиевых сплавов, чугунов, нержавеющих и обычных сталей.
  3. Фотоэлектронной рентгеновской спектроскопией. Используется для полуколичественного анализа различных сплавов и полного анализа никелевых сплавов.
  4. Способом индуктивно связанной плазмы. Применяется для массовой проверки небольших элементов, когда необходима большая точность измерений.

В случае, когда замеры должны проводиться с особо высокой точностью, не исключено проведение всех перечисленных мероприятий! В редких случаях при помощи твердомера осуществляется замер твердости металла, что позволяет лишний раз подтвердить присутствие в металле наличие тех или иных химических элементов. С этой же целью выполняются испытания различных марок сталей на искру.

Виды анализаторов металла

Для вычисления количества элементов в измеряемом образце очень часто берутся эмиссионные оптические спектрометры. В этом случае проверка осуществляется за счет технологии интенсивности света, когда на требуемой длине волны испускается определенный источник энергии, будь то плазма либо пламя.

Инструмент работает следующим образом. Образец подвергается электрическому высококонцентрированному разряду высокой тепловой мощности, что приводит к нагреву элемента. В это время начинается термоэлектронная эмиссия, из-за которой образец выдает световое излучение с некоторой длиной волн. Последние и улавливаются монохроматором.

Важно подчеркнуть, что современные устройства комплектуются источниками контролируемого искрового разряда, дающими возможность выполнять количественный анализ сплавов и металлов!

Спектрометры плазменного типа относятся к числу портативных. В этом случае между металлическим образцом и электродом генерируется электрическая энергия в виде искры, она-то и приводит испаренные атомы в состояние высокой энергии – плазмы разряда.

Уникальный спектр излучения, присущий конкретному элементу, создается за счет возбужденных в плазме ионов и атомов. В результате этого от одного образца генерируются различные спектры излучения. Для целевых элементов спектр излучения извлекается за счет дифракционной решетки. При этом на интенсивность каждого спектра во многом влияет концентрация элемента в измеряемом образце.

Анализаторы сплавов, функционирующие по лазерному принципу, применяются в большинстве случаев для определения в металле присутствия алюминия и его сплавов.

Метод определения базируется на определении длины волны излучения, появляющееся после обработки элемента лазерным лучом. По внешнему виду лазерный анализатор похож на пистолет. Включение устройства выполняется кнопками возле триггера. Результат измерений выводится на сенсорный дисплей.

Отличительной чертой лазерного анализатора выступает микрочип, функционирование которого достигается за счет специальной программы, дающей доступ к матрице измерений, идентификации определенного вещества в образце и определении химического состава.

Сторонние примеси и компоненты легирования в разных марках сталей вычисляются за счет рентгенофлуоресцентных анализаторов сплавов. В этом случае заготовка обрабатывается рентгеновским излучением, где отраженные электроны поступают в рентгеновский спектрометр, а поглощенные – в электронно-лучевой анализатор. После этого сигнал усиливается, и при помощи дискриминатора на дисплее отображается значение импульса. В связи с тем, что для количественного анализа применяется сразу несколько блоков, то точность замера считается более высокой!

Стоимость устройства

Цена на разные модели может отличаться в зависимости от:

  • Сложности эксплуатации и подготовки инструмента;
  • Диапазона вычисления процентного состава элементов;
  • Габаритов устройства;
  • Номенклатуры вычисляемых элементов.

Кроме этого, цена на анализатор металлов и сплавов может колебаться в зависимости от фирмы-изготовителя и доступности сервисных служб.

Большим спросом на сегодняшний день пользуются модели, выпущенные в США, Германии и Японии. Несмотря на привлекательную стоимость не стоит обращать внимание на измерительную технику, произведенную в следующих странах: Филиппины, Малайзия и Китай. Подобные устройства хоть и используют лицензированные компоненты, однако качество их сборки не всегда остается на высоте!

Еще раз отметим, что стоимость измерительного прибора напрямую зависит от его размеров. Так на надежности портативных анализаторов металла сказываются аккумуляторные батареи, которые, к сожалению, очень часто поставляются сторонними компаниями с не столь уверенным рейтингом доверия. На ряду с этим стационарные модели остаются более легкими в обслуживании и стабильно функционирующими от сети.

На отечественном рынке из числа самых востребованных и надежных анализаторов можно выделить:

  • Ручные многофункциональные лазерные анализаторы Эланик от компании ООО «Лазер-экспор». Стоимость в данном случае выясняется по запросу;
  • Среди портативных устройств – японские рентгенофлуоресцентные модели серии DELTA от компании Olympus. Стоимость такого инструмента, исходя из его возможностей, меняется в районе 1-2 млн. рублей;
  • Из числа портативных моделей – китайский анализатор M5000 с ценником около 1 млн. рублей.

Анализаторы металлов и сплавов: виды и принцип работы

Технологии позволяют уменьшить количество чистого металла в современных конструкциях. Но организациям, которые занимаются сбором и переработкой нужно точно учитывать не только количество, но и качество поступающего сырья, его химический состав. Получить эти данные можно с помощью анализатора химического состава металла.

Сразу нужно оговориться, что рассматриваемое устройство более доступно организациям из-за высокой стоимости. Частным лицам даже портативный анализатор металлов не по карману. Цены на эти устройства колеблются от 15-20 до 35 тысяч долларов и более.

Какие бывают анализаторы химического состава металла?

Принимаемый в пункт приема или на производство металл может включать загрязняющие вещества или опасные элементы. Соответственно, качество, безопасность и соответствие нормативным требованиям как конечной продукции, так и производства находятся под угрозой.

Чтобы не допустить нежелательные последствия, обеспечить целостность продукции, соответствие ее заявленным характеристикам, операции с металлоломом проводятся с использованием:

  1. Рентгеновских флуоресцентных анализаторах (РФА);
  2. Лазерных аналогичных приборов (лазерный анализатор металлов – ЛАМ).

Они представлены как ручными устройствами, так и мобильными, а также стационарными установками. Анализаторы могут проверять элементы, представляющие интерес практически во всех типах металлических сплавов, вплоть до коммерчески чистых металлов, и способны различать марки сплавов, которые по составу практически идентичны друг другу. Кроме того, эти устройства:

  1. Положительно идентифицирует многочисленные сплавы в пунктах приема и передачи материала, гарантируют качество продукции;
  2. Определяют состав металла для точной сортировки;
  3. Выдают анализ за считанные секунды, практически без необходимости подготовки и разрушения образца;
  4. Увеличивают скорость обработки металла.

Проверка или идентификация металлов на основе определенного химического состава (марки) в настоящее время является стандартом в процессе контроля качества для производства и переработки металлолома. Использование анализатора металла «в полевых условиях» является надежным способом предотвращения любого смешивания поступающих материалов для производства, отгрузки или сортировки металлов в процессе переработки. Они необходимы, если требуется высокая производительность, особенно когда требуется тщательный анализ, когда материалы трудно идентифицировать или когда тестируется большое количество образцов.

Промышленные анализаторы для быстрой идентификации и точного анализа металла устанавливаются на производственной линии. Надежен при контроле качества поставок и готовой продукции. Анализы, сделанные с помощью этого спектрометра, имеют высочайшее качество.

Принцип работы анализатора состава металла

Первым появился анализатор металлов и сплавов, который действовал на основе рентгеновской флуоресцентной спектрометрии. В дальнейшем появились устройства, которые использовали лазерно-индуцированную спектрометрию.

Несмотря на это до сих ежегодно по всему миру продается более 5000 рентгеновских анализаторов для сортировки металлолома и положительной идентификации материалов. Лазерные устройства могут применяться как отдельно, так и дополнять приборы РФА при анализе сплавов. Особенно эти анализаторы нужны при работе со сплавами с низким атомным номером или легкими элементами, такими как бериллий, литий, магний, алюминий и кремний.

Рентгенофлуоресцентный анализатор металлов

Принцип действия этих устройств основан на энергодисперсионном методе, при котором излучение, создаваемое миниатюрной рентгеновской трубкой, попадает на поверхность образца и вызывает ионизацию внутренней оболочки атомов, составляющих образец. Получающиеся пустоты во внутренней оболочке атома заполнены электронами из более высоких оболочек, и, таким образом, фотоны, специфичные для элемента, испускаются и обнаруживаются с помощью кремниевого детектора.

Читайте также:  Как поменять экран iPhone 5s

РФА может работать одновременно для определения элементов от титана до свинца в течение нескольких секунд. Когда необходимо, второе условие луча используется для определения легких элементов, что приводит к более длительным измерениям, обычно от 10 до 60 секунд.

Лазерные анализаторы металлов

ЛАМ используют метод оптической эмиссионной спектрометрии, но, в отличие от искровой оптической эмиссионной спектрометрии, это излучение следует за генерацией плазмы, индуцированной лазером. Лазерный импульс попадает на поверхность образца и удаляет количество материала в диапазоне 1 нанограмм, генерирует плазменный шлейф (частично ионизированный газ) в диапазоне температур от 5 до 20 тысяч Кельвин (К). Энергия лазера мала, но она фокусируется на микроскопической точке в образце для генерации плазмы.

В типичных портативных системах лазерных анализаторах дисперсионная мощность спектрометра часто ограничена его размером, поэтому их возможности требуется дополнить другими устройствами. Для охвата всего спектрального диапазона от 180 до 800 нанометров (нм) может потребоваться несколько спектрометров. Кроме того, длины волн менее 200 нм (например, углерод, 193,09 нм или сера, 180,73 нм) сильно поглощаются воздухом и требуют продувки аргоном оптического пути.

С помощью ЛАМ можно обнаружить практически любой элемент, обычно содержащийся в металлах. Особенности этих анализаторов:

  1. Очень высокая чувствительность к щелочным (литий, натрий и т. Д.) и щелочноземельным металлам (бериллий, магний и т. д.);
  2. Хорошая чувствительность к переходным металлам, за исключением огнеупорных элементов (таких как ниобий, молибден, вольфрам или тантал), их трудно определить;
  3. Чувствительность к углероду, фосфору и сере обычно недостаточна для анализа этих элементов в сплавах.

Несмотря на внедрение передовых лазерных технологий, для более тяжелых сплавов, таких как супер сплавы, медные сплавы (кроме алюминия и бериллиевой бронзы), припои, свинцовые сплавы или сплавы драгоценных металлов, РФА обеспечивает лучшую чувствительность и точность анализа, чем лазерные устройства. Поэтому, как анализатор драгоценных металлов он подходит лучше.

Кроме того, измерение элементов в отходах может быть затруднено для ЛАМ. Например, обнаружение свинца и олова в сплавах из нержавеющей стали при невысокой концентрации будет затруднено при использовании лазерных анализаторов.

Анализаторы металлов и сплавов цветных и чёрных металлов

Трудоёмкой проблемой на многих пунктах приёма металлолома является процесс сепарирования поступающего сырья по маркам и виду металлов. Иногда сложно отличить медь от сплавов, с высоким содержанием меди, а определить содержание никеля в нержавеющей стали абсолютно невозможно. Поэтому при разнородном характере поступающих металлоотходов применяются анализаторы состава металлов.

Практическое применение получили два вида таких приборов – основанные на использовании явления оптической эмиссии (лазерная), и применяющие рентгеновское излучение.

Оптические анализаторы

Анализаторы металлов и сплавов этого типа позволяют с высокой степенью точности устанавливать наличие и содержание лёгких химических элементов – серы, фосфора, углерода, т.е., тех элементов, которые обязательно присутствуют в химическом составе любой стали.

Оптический анализатор металлов — метод исследования искры

Их действие основано на следующем: исследуемый фрагмент подвергается воздействию искрового разряда на воздухе. Образующаяся искра содержит в себе в ионизированном виде все вышеперечисленные элементы, эмиссия которых улавливается чувствительным элементом прибора, и выводится на дисплей. Оптико-эмиссионным методом удаётся быстро идентифицировать металлолом, не прибегая к его заметному разрушению. Иногда, с целью снижения опасности взрыва или возгорания вместо воздуха используется инертный газ, преимущественно аргон. Смена режима исследования осуществляется простой переустановкой насадки.

Видео — оптический анализатор металлов М5000 — описание, характеристики:

Фиксация химического состава металла производится тремя способами:

  • Марочным, когда фактический состав сличается с тем, который указан в эталонной таблице. Метод сравнительно громоздкий, поскольку требует обязательного вмешательства человека;
  • По отпечатку, когда сравниваются спектры эмиссии исследуемого металла и эталонные;
  • По принципу «да/нет», когда требуется ответить на вопрос, является ли исследуемый образец тем металлом или сплавом, который необходимо определить.

Область применения анализаторов рассмотренного типа – исследование низкоуглеродистых сталей ферритного класса, а также нержавеющих сталей, содержащих титан, никель, кобальт – элементы, эмиссионный спектр которых является достаточно характерным. Широкого распространения такие приборы не получили, в связи с повышенной чувствительностью к внешним условиям площадки, где они установлены.

Рентгеновские анализаторы металлов

Анализаторы, действующие с использованием рентгеновского излучения, используют явление флуоресценции, при котором атомы химических элементов излучают фотоны строго определённого энергии. В качестве источника рентгеновского излучения используется трубка, которая работает под напряжением 45000 В.

В таких условиях для работы анализатора необходимо выделять специальное помещение, и оборудовать его надёжным свинцовым защитным экраном. Подобным образом действуют стационарные аппараты, которые применяются для химического анализа крупных фрагментов металла, но такие анализаторы — анахронизм, они могут еще использоваться в старых лабораториях, оставшихся с советских времен, но в настоящее время встречаются все реже и реже.

Сейчас распространение получили носимые, компактные приборы — портативные анализаторы металлов, предназначенные для применения непосредственно на точках приёма металлолома. Они не используют радиоизотопы, а потому считаются более безопасными.

Рентгеновский портативный анализатор металлов — может легко делать анализ стружки

При рентгеновском способе определения химического состава металла производится его анализ по 45 позициям, которые определяются различным энергетическим уровнем излучаемых электронов. Соответственно, определяется аналогичное количество элементов, в чём и состоит основное преимущество способа.

Кроме того, такие анализаторы компактны, удобны в применении, а постоянное обновляемое программное обеспечение позволяет совершенствовать обработку получаемых результатов.

Описание работы портативного рентгеновского анализатора

Рентгеновские анализаторы химического состава состоят из флюоресцирующей рентгеновской трубки, детектора, регистрирующего устройства и блока управления. Детекторы адаптированы под твердотельный режим функционирования, в связи с чем очень удобны для использования на крупных пунктах приёма лома чёрных и цветных металлов.

Портативный рентгеновский спектрометр металлов

Технологические возможности рентгеновских анализаторов:

  • Метод определения – многокомпонентный (одновременно устанавливается процентное содержание нескольких химических элементов);
  • Радиоизотопные источники – отсутствуют;
  • Количество одновременно определяемых параметров – до 33 (независимо от атомной массы элемента);
  • Вид исходного образца для анализа – любой, в том числе шлако- и пылеобразные фракции до 50 мкм (может быть использовано для определения редких и редкоземельных элементов в отходах производства, стружке и пр.);
  • Визуализация результатов исследования – цветной дисплей и регистрация в базовый файл специального компьютера (возможно и подключение к обычному компьютеру через разъём USB).

Такие характеристики позволяют применять анализаторы при определении сорта металла, идентификации марки цветного сплава, технологическом контроле в процессе плавки металлов и т.д.

Рентгеновские анализаторы работают достаточно быстро, поскольку не нуждаются в предварительной настройке прибора. Калибровка выполнятся только при решении специальных задач исследовательского характера.

Лазерные анализаторы химического состава металлов и сплавов

Видео на английском — тест лазерного анализатора Sciaps Laser-Z300

Данные приборы появились сравнительно недавно. Они используют принцип глубинного сканирования образца, используя квантовое лазерное излучение. Поскольку спектр излучения лазера может быть настроен значительно более тонко, чем спектр рентгеновского излучения, то подобного типа анализаторы имеют ряд эксплуатационных преимуществ:

  • Существенно возрастает количество определяемых химических элементов (до 90, в связи с чем такие установки рекомендуется использовать для определения химического состава сложных многокомпонентных сплавов);
  • Повышается точность фиксирования того или иного химического элемента, что позволяет идентифицировать сплав даже с процентным содержанием элемента менее 0,0005%;
  • Прибор пригоден для количественного определении я радиоактивного компонента, что особенно важно для радиационной безопасности оборудования и работающих. Отсекается возможность поступления лома, «грязного» в радиоактивном отношении;
  • Приборы лазерного типа потребляют значительно меньше энергии, что позволяет длительное время применять их без подзарядки аккумуляторов;
  • Поскольку скорость лазерного сканирования весьма велика, то процесс выяснения химического состава даже многокомпонентного сплава занимает доли секунды.

Отображение результатов лазерного анализатора на экране смартфона Android

Результат работы лазерного анализатора может выводиться на экран монитора, а может фиксироваться встроенной видеокамерой или выводиться через специальное приложение на экран смартфона.

Среднерыночные цены на анализаторы металлов и сплавов

Искровые оптико-эмиссионные спектрометры, пожалуй, самые дорогие, цена на такие анализаторы могут доходить до 50 000$ .

Портативные рентгеновские анализаторы металлов — стоят немного меньше, но цена тоже немаленькая — порядка 20 000 — 30 000 $ .

Лазерные спектрометры — это анализаторы последнего поколения, набирающие все большую популярность, со временем цена будет падать, сейчас стоимость примерно — 30 000- 40 000 $ .

В интернете даже у фирм продавцов на сайте не всегда стоит цена. Т.е. есть товар, есть описание анализатора, представлен большой выбор устройств, но в поле цена стоит «Сделать запрос» или «Узнать цену». Где вы оставляете свои контактные данные и ждете ответа с ценой. Это можно объяснить так — анализатор металлов устройство дорогое, позволить себе может не каждая металлоприемка. Чтобы не потерять клиента и довести продажу до конца — менеджеры предпочитают вести диалог напрямую с клиентом, варьируя ценой и прочими бонусами при покупке анализатора у них. Иначе говоря — это маркетинговый ход, сближающий продавца и покупателя, что делает продажу анализатора металлов проще.

Портативный анализатор металлов и сплавов, что это за прибор и где применяется

Провести анализ металла – такая задача возникает у целого ряда служб контроля и приемки, правоохранительных органов, в пунктах приема металлолома, таможенного оформления и т.д.

Еще некоторое время назад для выполнения данной процедуры необходимо было обращаться в соответствующим образом оснащенные лаборатории. Однако сегодня можно решить поставленные задачи непосредственно на месте стройки или производственной площадки, используя портативный анализатор металлов и сплавов.

Принцип действия и виды

Портативный анализатор химического состава металлов может иметь самую разнообразную конструкцию. К примеру, выполняться в формате прибора, предназначенного для установки на рабочем месте и подключаемому к сети 220В, источникам инертного газа, вспомогательному оборудованию.

Читайте также:  Как работает преобразователь тока с 12в на 220в?

Анализаторы выпускаются в формате походной лаборатории, подразумевающей проведение исследования в спокойных условиях. Есть и модели, выполненные в виде компактных ручных приборов, позволяющие определить тип металла и составы сплавов буквально на ходу, за считанные секунды.

Несмотря на разнообразие форм и предлагаемого функционала, каждый прибор для исследования работает на одном из ряда принципов, которые показали свою результативность и точность.

Оптико-эмиссионные

Анализатор металлов и сплавов оптико-эмиссионного класса работает на механике исследования излучения из области, заполненной частицами испаренного образца.

Кратко схему работы можно описать так:

на исследуемый объект или его часть производится высокотемпературное воздействие;

небольшая масса металла испаряется;

излучение, испускаемое разнообразными компонентами сплава, регистрируется чувствительным сенсором прибора;

данные обрабатываются, химический состав образца по стандартизированным полосам излучения – выводится на дисплей.

Работать с прибором достаточно просто, в розничной продаже есть модели крайне малого размера для проведения анализа в походных условиях. Чтобы минимизировать влияние окружающей среды на результаты исследования – воздействие на образец производится в камере, заполненной аргоном.

По механике воздействия оптико-эмиссионные анализаторы металлов делятся на искровые и дуговые. В первых – не требуется мощного источника питания, воздействие на образец резкое и быстрое. В свою очередь, воздействие электрической дуги позволяет работать с тугоплавкими сплавами для точного определения их состава.

Для увеличения точности исследования, анализатор состава металла оптико-эмиссионного класса может комплектоваться различными насадками. Также предусматриваются стандартные параметры для ферритовых, инструментальных, титановых, содержащих никель, кобальт сплавов и многих других соединений.

Рентгенофлуоресцентные

Рентгенофлуоресцентный класс приборов — это хорошо знакомые всем портативные установки, которые называют спектральный анализатор металлов. В данных устройствах не используются радиоактивные изотопы. Излучение образуется при электроразряде в заполненной специальной смесью газов трубке.

Спектральный анализ на современных приборах отличается большой точностью. Портативные устройства способны практически мгновенно определить до 45 разных химических элементов.

Схема работы при этом проста:

на образец воздействуют излучением определенной частоты;

различные химические элементы при совпадении резонансных характеристик излучают высокоактивные фотоны;

ответное излучение фиксируется, что позволяет вынести вердикт о наличии того или иного металла в сплаве.

Прибор в ходе теста меняет излучение, одновременно фиксируя результаты. Таким образом, можно получить данные о содержании в тестовом объекте до 45 элементов. Металл для исследования может быть любой, включая порошки, пыль, шлаки, крупные фракции, стружку и так далее.

Использование четко управляемого процесса получения рентгеновского излучения позволяет полностью обезопасить оператора, а также проводить оперативные анализы в фиксированных режимах.

сравнением с нормализованной таблицей значений при определении результатов производства (марки стали);

определении соответствия исследуемого образца тестовому;

тестирования по принципу да-нет для поиска конкретного химического элемента.

Несмотря на то, что у походных рентгенофлуоресцентных приборов есть некоторые недостатки, они завоевали большую популярность вследствие простоты работы и точности получаемых результатов.

Лазерный

Лазерный анализатор состава сплава металлов очень удобен из-за скорости проведения исследования. Однако для его применения необходимо соблюсти ряд условий. В частности, очистить поверхность или образец для тестирования.

Механика исследования выглядит так:

поверхность образца нагревается инфракрасным лазером;

химические элементы начинают излучать волны с разной длиной;

чувствительный сенсор определяет характер ответного излучения и на его основе делается вывод о химическом составе сплава.

Данный метод исследования не отличается максимальной точностью. Однако скорость, с которой может проводиться тестирование, позволяет проверить несколько точек крупного образца.

Это может быть металлоконструкция или заготовка. Лазерный анализатор металлов позволит достаточно точно судить о химическом составе материала по результатам теста в нескольких ключевых местах.

Рентгеновские

Хим анализатор металлов, использующий рентгеновское излучение – обладает высокой точностью, но требует определенного оснащения рабочего места. В установке всегда используется колба с радиоизотопным материалом. Поэтому для безопасности персонала наличие свинцовых листов защиты, выделение отдельного помещения – крайне необходимо, что всегда фиксируется в инструкциях по технике безопасности предприятий.

Схема работы рентгеновского анализатора проста. Объект подвергается массированному облучению в широкой полосе частот рентгеновского спектра. В ответ химические элементы излучают фотоны. После улавливания такого вторичного фона проводится анализ и на основании интенсивности потока в тех или других длинах волн – делается вывод о составе образца.

Рентгеновские анализаторы удобны при использовании в стационарных условиях. В частности, установленные в пунктах приемки металлолома – позволяют исследовать весьма крупные образцы материала для четкого определения класса стали.

Области применения портативного анализатора металлов

Из описанного выше можно сделать выводы о том, где могут применяться портативные анализаторы разных типов.

Краткий список можно сформулировать так:

ювелирные мастерские, лаборатории заводов, применяющих драгметаллы в производственном цикле;

металлургические комбинаты, для контроля марок выпускаемой стали и сертификации продукции;

в горнодобывающей промышленности для анализа породы, почвы и руд;

при создании металлоконструкций, в том числе – при контроле сварных швов;

в учреждениях и компаниях, занятых приемом вторичного сырья, в том числе – скупкой изделий из драгметаллов;

в пунктах приема и сортировки металлического лома.

Пригодится портативный прибор и работникам правоохранительных органов, в частности, при определении контрафакта, подделок, ценности изъятых вещей.

Популярные модели портативных анализаторов

В зависимости от стоящих перед приборов задач и планируемых условий производства исследований, на розничном рынке можно приобрести одну из моделей устройств для тестирования.

X-MET 7500

Устройство от отечественных производителей. Работает на рентгенофлуоресцентном принципе, выполнен в форм-факторе компактного ручного прибора.

К особенностям модели относятся:

работа с широким спектром образцов сталей, в том числе – специальных, ферросплавов;

может оперировать с проволокой, стружкой, порошками;

позволяет исследовать сварные швы;

работает до 12 часов от одного заряда батареи;

имеет IP54 класс влаго и пылезащиты.

Прибор не требует специальных знаний оператора. Анализ состава неразрушающий, никаких следов в процессе тестирования – не образуется.

OLYMPUS Innov-X DELTA

Изделие от компании, давно и положительно зарекомендовавшей себя на мировом рынке. Анализатор выполнен в компактном корпусе, подразумевает оперативное ручное тестирование объектов.

К особенностям устройства относятся:

возможность тестировать нагретые объекты, в том числе из высоколегированной стали;

луч излучения можно фокусировать, изменяя диаметр пятна от 3 до 10 мм;

в ходе исследования делается фото зоны, куда направлен луч;

определяется более 25 химических элементов.

Прибор относится к рентгенофлуоресцентному классу, может использоваться для тестирования сварных швов.

Olympus Vanta

Данный представитель высокотехнологичных и защищенных приборов рассчитан не только на эксплуатацию в жестких условиях, но и использование современных систем обмена информацией.

К особенностям устройства относятся:

возможность установки соединения с ПК или иным устройством сбора данных по Bluetooth или WiFi;

опция работы с облачными сервисами для передачи результатов тестов;

встроенное ПО для обработки и статистического анализа результатов;

высокая степень защиты от воды и пыли по стандарту IP65;

крайне низкий собственный уровень электромагнитного излучения;

настраиваемая интенсивность и частота вспышек излучения.

Olympus Vanta относится к рентгенофлуоресцентному классу приборов, выполнен в компактном прочном корпусе, может эксплуатироваться при температуре от -10 до 50 градусов Цельсия.

ЛИС-01

Данное изделие отечественной промышленности предназначено как для быстрого оперативного тестирования металлов и сплавов, так и для проведения исследований в условиях лаборатории.

К особенностям прибора относится высокая передаваемая лазером мощность (до 2 ГВт на кв.см при пятне в 50 мкм), а также:

защита от случайного облучения;

класс безопасности 3В;

длительность импульса 0,8 нс;

собственный источник питания;

до 200 тестирований с одного заряда батареи;

работа с металлопрокатом, высокая точность определения содержания углерода, марганца, меди и других элементов сплавов.

Прибор может быть интегрирован в существующие структуры контроля, использоваться для сортировки металлолома, а также в процедурах сертификации сталей и другой продукции. Масса устройства – 4 кг, ЛИС-01 сертифицирован, находится в Государственном реестре средств измерений Российской Федерации.

MIX5 FPI

Данный анализатор является самым удобным вариантом оснащения персонала, занятого проверкой готовой продукции. В памяти прибора занесены более 1600 марок стали и сплавов, что позволяет за секунды выносить вердикт о соответствии образца эталонным показателям.

К другим особенностям модели относятся:

высокая скорость тестирования;

до 12 часов работы на одном аккумуляторе;

оптимизированная форма для легкой работы;

класс защиты от воды и пыли IP54;

система охлаждения для проведения анализа при высокой температуре.

При помощи данного анализатора легко ускорить процедуры выходного контроля, а также проведения анализов на разных стадиях технологического процесса. Прибор относится к рентгенофлуоресцентному классу, имеет малые габариты и массу 1.5 кг.

Преимущества и недостатки анализаторов металлов и сплавов

Если рассматривать портативные приборы для оперативного ручного тестирования, стоит сразу отметить – предлагаемые удобства и скорость компенсируют ключевые недостатки. У разных классов устройств они индивидуальны.

Оптико-эмиссионные анализаторы – всегда оставляют следы, поскольку техника работы предусматривает испарение части образца. Рентгенофлуоресцентные, в зависимости от диапазона излучения, могут не определять химические элементы с малой атомарной массой. Лазерные, из-за большой энергии импульса – проводят только ограниченное число исследований, кроме этого, они самые громоздкие из всех ручных устройств.

Точность измерения, которую показывают портативные анализаторы – ниже результатов лабораторных измерений. Однако ее уровня достаточно для вынесения решений о соответствии или пригодности образца.

Заключение

Для того, чтобы портативный анализатор показывал максимум результативности и удобства – необходимо перед покупкой прибора тщательно проанализировать условия его эксплуатации. При работе с металлоконструкциями и сварными швами – на первом месте окажется компактность формы и габариты необходимой зоны исследования.

Для сортировочных точек во главу угла станет возможность анализа больших образцов. В любом случае, при правильной постановке условий – современная промышленность дает возможность купить эффективный и надежный прибор.


Ссылка на основную публикацию