Bahnbrechende Technologie zur Messung von Kohlenstoff und Kohlenstoffäquivalenten

Für diejenigen, die Kohlenstoff in Stählen messen müssen, gibt es jetzt ein tragbares Analysegerät für diese Aufgabe. Wo die Betreiber zuvor entweder die Spark-OES-Technologie verwendeten – was erhebliches Fachwissen des Bedieners erforderte – oder ein externes Testunternehmen beauftragten, das OES mitzubringen, gibt es jetzt eine bessere Option.

Vor zwei Jahren stellte SciAps die weltweit erste LIBS-Einheit vor, die Stähle nach Kohlenstoffgehalt in Stählen und Edelstahl unterscheidet und Kohlenstoffäquivalente für die Schweißbarkeit von Metallen überprüft. SciAps hat die Kohlenstoffanalyse zum ersten Mal in die Hand genommen. Darüber hinaus engagiert sich SciAps für kostenlose Schulungen, einschließlich Umschulungen, für mehr und besser ausgebildete Bediener. Bereits jetzt sind fast 600 Einheiten in praktisch allen wichtigen Industriezweigen weltweit im Einsatz.

Es gibt einen Teil der ...Warum Kohlenstoff?

Viele der Leute, die SciAps im Jahr 2013 ins Leben gerufen haben, waren Veteranen der Handröntgenbranche und waren damals Gründer und/oder Mitarbeiter der beiden führenden Unternehmen für handgehaltene Legierungsanalysatoren, Niton und InnovX (jetzt Thermo Fisher Scientific und Olympus). Die Röntgentechnologie war bei Übergangsmetallen und Schwermetallen, sogar Mg, Al, Si, P und S, absolut solide. Röntgen funktionierte hervorragend bei Edelstahl, Hochtemperaturlegierungen, Messing/Bronze, Aluminium usw. und verbesserte sich erheblich Legierungsanalyse und Handhabung von Spezialanwendungen wie niedrigem Siliziumgehalt in Stählen für sulfidische Korrosion, P- und S-Gehalt in Stählen und Edelstahl. Trotz all dieser Innovationen gab es weiterhin eine erhebliche Einschränkung für handgeführte Röntgenaufnahmen: Kohlenstoff. Die extrem niedrige Energie der Kohlenstoff-Röntgenstrahlung würde vollständig vom Fenstermaterial, das den Detektor bedeckt, und der Luft im Pfad absorbiert. Das Gleiche gilt für andere Elemente mit niedriger Ordnungszahl wie Sauerstoff, Stickstoff, Bor, Lithium und Beryllium. Ohne ein geschlossenes System unter Hochvakuum, bei dem ein Stück Metall entfernt werden müsste, gibt es keine praktische Möglichkeit, Kohlenstoff oder ähnliche „leichte Elemente“ mit einer tragbaren Röntgenpistole zu messen. Dennoch ist die Überprüfung der Kohlenstoffkonzentration in Stählen von entscheidender Bedeutung und rostfrei. Für die Schweißbarkeit von Stahl ist die Bestimmung der Kohlenstoffäquivalente unerlässlich. Die CE-Messung erfordert C sowie übliche Legierungselemente wie Mn, V, Cr, Ni, Cu, Mo und Si. Sie können diese anderen Elemente mit Röntgenstrahlen messen, aber ohne Kohlenstoff gibt es kein CE. Benutzer von Edelstahl stehen vor einer ähnlichen Herausforderung. Viele fordern ausdrücklich Edelstahl mit niedrigem oder hohem Kohlenstoffgehalt, beispielsweise 316 oder 316L. Für L-Qualitäten muss der Kohlenstoffgehalt <0.03 % betragen, während für H-Qualitäten ein Kohlenstoffgehalt von >0.04 % erforderlich ist. Angesichts der schieren Menge an Stahl und Edelstahl, die weltweit produziert, verwendet und recycelt wird, ist ein Handgerät zur Unterscheidung von L- von geraden und H-Qualitäten ein großer Durchbruch.

Es gibt einen Teil der ...Die Carbon-alte Garde: Funken-OES Bis 2017 war Spark OES die einzige Technik für die Kohlenstoffanalyse vor Ort. Spark OES erzeugt einen hochfrequenten elektrischen Funken, der das Metall erhitzt und einbrennt und ein Elektronenplasma erzeugt, indem es den verschiedenen Atomen (Kohlenstoff, Chrom, Eisen, Mangan usw.), aus denen die Legierung besteht, die Valenzelektronen entzieht. Wenn das Plasma sofort abkühlt, verbinden sich die Elektronen wieder mit den Atomen und emittieren Licht im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektrum. Ein integriertes Spektrometer sammelt das Licht, analysiert die Intensität bei verschiedenen Wellenlängen und wendet eine Kalibrierung an, um die Elementchemie zu bestimmen. Spark OES war die einzige Technik für die Kohlenstoffanalyse vor Ort, bis SciAps für denselben Zweck ein tragbares LIBS erfand. Aber Spark OES steht vor einer Reihe von Herausforderungen. Um zuverlässige Daten zu erhalten, ist ein erfahrener, gut ausgebildeter Bediener ein Muss. Die Analyse erfordert eine Inertgasumgebung, normalerweise Argon, daher werden Funkensysteme mit einem schweren (40+ Pfund) Metalltank mit Hochdruck-Argon kombiniert. Benutzer müssen das Funkensystem vor der Verwendung spülen und dann während des Tests kontinuierlich Argon betreiben (daher der große Tank). Aus Sicherheitsgründen wird das Argongas im Allgemeinen abgeschaltet, bevor das OES bewegt wird, was dann ein erneutes Spülen und häufig eine Neukalibrierung erfordert, wenn das Gerät an seinem nächsten Standort steht. Auch das Spektrometer ist groß. Alle diese Komponenten ruhen auf einem Rollwagen und können so zu verschiedenen Teststandorten transportiert werden. Für „im Graben“-Pipelinetests ist ein Kran erforderlich, um das OES von Ort zu Ort zu bewegen. Die Mobilitätseinschränkungen sind erheblich. Typische Beschwerden sind Schwierigkeiten, in Pipelinegräben, auf Türme oder auf oder über Materialgestelle zu gelangen. Durch Verschieben und erneutes Spülen wird der Durchsatz verringert. Kosten und Verfügbarkeit von Argon sind insbesondere in ländlicheren oder abgelegeneren Gebieten ein Problem. Dennoch war Spark OES bis vor Kurzem die einzige Wahl für Kohlenstoffarbeiten vor Ort, und die Technik liefert zuverlässige Daten, sofern die Bediener gut geschult sind und die SOP befolgen.

Es gibt einen Teil der ...Was ist LIBS und wie funktioniert es?

LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) ist eine OES-Methode wie Spark OES, aber das stromintensive Hochspannungs-Funkensystem wird durch einen sehr kleinen, leistungsstarken gepulsten Laser ersetzt. SciAps miniaturisierte den Laser und andere Schlüsselkomponenten in einem 4.5-Pfund-Handheld. Dieser Durchbruch erforderte drei große Innovationen:

• Wir haben das Funkensystem durch einen gepulsten Miniaturlaser ersetzt, um einen kleinen Teil des Materials zu verdampfen und aus den Valenzelektronen ein Plasma zu erzeugen. Der SciAps-Laser selbst ist eine Meisterleistung der Innovation. Er ist ungefähr 1 Zoll groß und liefert eine sehr geringe Durchschnittsleistung (6 mJ Energieimpuls), aber eine unglaublich hohe Momentanleistung (50 Mal pro Sekunde). Die Durchschnittsleistung reicht nicht aus, um Stahl oder Hochtemperaturlegierungen zu verdampfen. Aber der Laser Der Strahl wird in sehr kurzer Zeit (100 ns) auf einen kleinen Punkt (1 µm) fokussiert. Vergleichen Sie dies mit einem Laserpointer, bei dem Sie die EIN-Taste gedrückt halten und der Laser einen Punkt kontinuierlich beleuchtet. Im Fall Bei LIBS beleuchtet der Laser den Punkt für eine Milliardstelsekunde, ruht sich aus und lädt sich etwa eine Fünfzigstelsekunde lang auf und wiederholt sich dann. Rechnen Sie nach, und die momentane Leistung, die an diese Stelle auf dem Stahl abgegeben wird, wird in Gigawatt/cm² angegeben Die erste entscheidende Entwicklung bestand also darin, einen Laser zu entwickeln, der einen gepulsten Strahl guter Qualität an einem kleinen Punkt (1 µm) in sehr kurzer Zeit (50 ns) abgeben konnte. , angetrieben von einer sehr kleinen Batterie, die auch den Prozessor und das Display betreibt.
• Wir haben den Bereinigungsprozess erfunden. Der schmale Laser erfordert ein kleines Spülvolumen (wenige Kubikzentimeter). Zwischen den Tests stoppt der Argonfluss. Das Ergebnis ist eine etwa 1,000-fache Reduzierung des Argonverbrauchs, wodurch ein winziger Kanister (3 Zoll lang, 1 Zoll Durchmesser, weniger als 100 g/4 Unzen) im Griff des Geräts den Argontank mit über 40 Pfund ersetzen kann. Der Kanister liefert 600 Verbrennungen, also 600 Kohlenstofftests oder 125–150 Standortproben, und kostet 7 US-Dollar, um ersetzt zu werden. Sie können das Z überall hin mitnehmen, ohne das Argon abzuschalten und erneut zu spülen.
• Wir haben das Spektrometer miniaturisiert und dennoch den benötigten Spektralbereich und die Auflösung geliefert, insbesondere für die Kohlenstofflinie sowie für die verschiedenen Übergangs- und Schwermetalle. Beispielsweise erfordert die Kohlenstofflinienmessung bei 191.3 nm eine Auflösung von < 0.1 nm Halbwertsbreite (FWHM), da in der Nähe störende Eisenlinien aus der Grundmetallanregung auftreten.

Wer verwendet und genehmigt es? Da SciAps ein drittes Jahr mit kommerziellen Lieferungen von fast 600 Kohlenstoffeinheiten abschließt, ist Handheld LIBS jetzt in API Recommended Practice 578 (3^rd Ausgabe) für Kohlenstofftests. Die meisten großen Pipelinebesitzer/-betreiber verwenden einen SciAps Z für ihre Materialien. Tatsächlich wurde die SciAps Pipeline App geboren, als der größte Eigentümer/Betreiber das Z für Kohlenstoff und CE in Pipeline-Materialien mit einem spezifischen Testprotokoll testete und akzeptierte. Vier unabhängige Studien, darunter das Gas Technology Institute und ASTM, haben bewiesen, dass die Leistung des SciAps Z der Spark-OES-Technologie gleichwertig oder sogar überlegen ist. Diese Studien umfassen in der Regel Feldtests sowohl mit Spark-OES als auch mit tragbaren LIBS, wobei Proben für externe Labortests entnommen werden. In jeder Studie waren die Präzision und Genauigkeit der handgehaltenen LIBS mit denen von Spark OES vergleichbar. Große Raffinerien setzen sie für Kohlenstofftests ein, ebenso wie die Inspektionsunternehmen, die ihre NDT/PMI-Programme unterstützen. Die häufigsten Anwendungen für die Kohlenstoffanalyse sind Rohrleitungsstähle für den Kohlenstoffgehalt und Kohlenstoffäquivalente, die Überprüfung von Edelstahl der Güteklassen L und H und neuerdings auch die Analyse von Restelementen (API 751). Für sulfidische Korrosionsstudien werden zunehmend handgehaltene LIBS verwendet, um zu überprüfen, ob der Siliziumgehalt in Kohlenstoffstählen < 0.1 % beträgt. Die Energiewirtschaft nutzt die Technologie in großem Umfang für strömungsbeschleunigte Korrosionsstudien, um den Chromgehalt in Stahl im Bereich von 0.03 % zu überprüfen. Aufgrund der regulatorischen Belastungen für Handröntgen ist das Hand-LIBS eine attraktive Alternative. In der Schrott- und Recyclingindustrie besteht auch ein zunehmendes Interesse daran, LIBS-Analysatoren zur Messung sogenannter Schadstoffelemente, einschließlich Lithium, in Aluminiumschrott und des Kohlenstoffgehalts in Stahl einzusetzen. Während XRF das beste Analysegerät für die Sortierung von Aluminiumlegierungen ist, empfiehlt SciAps die Verwendung des LIBS in Nischenanwendungen, einschließlich der Messung von Kohlenstoff, Bor, Beryllium und Lithium, also Elementen, die mit XRF nicht gemessen werden können. SciAps Z für Kohlenstoff in Stählen und Edelstahl : Bewährte Handheld-Technologie mit fast 600 Installationen weltweit.

Wahre Demo-Geschichten aus der Praxis

2 Tage Spark OES vs. nur 3 Stunden mit LIBS

Es gibt einen Teil der ...Sie hatten zwei Tage zum Testen eingeplant, da sie mit OES einen 100-Fuß-Turm erklimmen mussten. Stattdessen beendeten sie die Arbeit mit unserem tragbaren LIBS-Analysegerät in nur drei Stunden.

Z-200 löst das Rätsel im Edelstahl

Es gibt einen Teil der ...Ort: Texas. Wir wurden gerufen, um einige reale Materialien mit einem großen Inspektionsunternehmen zu testen …

Testen auf engstem Raum Hier ist eine großartige Geschichte von der Frontlinie der Edelstahlprüfung in Japan, mit freundlicher Genehmigung unseres Anwendungsmanagers im asiatisch-pazifischen Raum.

Der Tag, an dem LIBS OES besiegte

Es gibt einen Teil der ...Hier ist eine weitere Kohlenstoffgeschichte und Lernmöglichkeit, mit freundlicher Genehmigung unseres EMEA-Managers Jeroen.

Funktioniert das Handheld LIBS bei Wind?

Es gibt einen Teil der ...Wir bekommen diese Frage ständig und können nicht verstehen, warum Wind ein Problem ist. Dann brachte uns eine lockere Runde Golf dazu, über einige Demo-Geschichten nachzudenken, die wir unterwegs gehört hatten.

Demos in Down Under

Es gibt einen Teil der ...Für jeden Test berechnen wir automatisch die Kohlenstoffäquivalenz und zeigen sie an: CE = C% + Mn%/6 + (Cr% + Mo% + V%)/5 + (Cu% + Ni%)/15. Die Ergebnisse waren hier sehr wiederholbar und stimmten perfekt mit den zertifizierten Teilen des Kunden überein.

Es gibt einen Teil der ...