Контроль химического состава сталей и сплавов позволяет прогнозировать свойства готовых изделий и является важной составляющей комплексной проверки качества металла.

Методы химического анализа металлов

Анализ химического состава можно проводить как «мокрой химией», так и инструментальными методами. Метод «мокрой химии» заключается в предварительном растворении пробы и последующим выделении нужных компонентов (осаждением, электрохимическим разделением и др.) Такой анализ занимает много времени, иногда до нескольких дней и требует специального образования и высокой квалификации инженера. В противоположность этому инструментальные методы, выполняемые на современных приборах, позволяют проводить анализ химического состава металлов после короткого инструктажа и требуют лишь элементарных навыков работы на компьютере.

Приборы для анализа химического состава металлов

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие приборы:

  • Стилоскопы
  • Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры
  • Портативные лазерные спектрометры
  • Оптико-эмиссионные спектрометры

Стилоскопы

Стилоскопы являются простейшими спектральными приборами. Суть метода заключается в испарении металла под действием разряда и наблюдении оператором образующегося при этом свечения. По яркости спектральных линий можно судить о концентрации различных элементов. Стилоскопы имеют невысокую стоимость, но работа на них довольно сложна и требует специальных навыков, обучение которым занимает от нескольких месяцев до нескольких лет. Кроме того, стилоскопы являются оценочными приборами, - результаты анализа зависят от субъективной оценки оператора. Эта особенность не позволяет использовать данные приборы во многих технологических процессах, когда требуются точные данные об элементном составе металла.

Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры

Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры получили широкое распространение из-за небольшого веса и простоты обращения. Приборы часто называют «пистолетами» из-за внешнего сходства – в приборе есть рукоятка, курок и «дуло», в котором находятся рентгеновская трубка и детектор. При нажатии на курок трубка начинает генерировать рентгеновское излучение, оно вызывает ответное характеристическое излучение от атомов образца, которое регистрируется детектором. Малые размеры и вес позволяют использовать такие приборы вне лаборатории. Пробоподготовка не требуется – нужно только очистить поверхность металла от грязи, ржавчины, краски, окалины. Портативные рентгенофлуоресцентные спектрометры неприхотливы, не требуют периодических рекалибровок, а обучиться работе на них можно за несколько часов, однако существенным ограничением является невозможность анализа углерода, а также высокие пределы обнаружения серы и фосфора.

Оптико-эмиссионные спектрометры

Оптико-эмиссионные спектрометры позволяют анализировать все основные легирующие элементы в сталях и сплавах, включая углерод, серу, фосфор и др. По принципу работы эти приборы схожи со стилоскопами, но спектральные линии анализируются специальными детекторами. Обыскривание должно происходить в инертной среде, поэтому для работы оптико-эмиссионных спектрометров требуется аргон. Спектрометры этого типа обычно довольно массивны и являются настольными или напольными приборами, а передвижные (мобильные) модели располагают на специальных тележках. Несмотря на эти недостатки, оптико-эмиссионные спектрометры отличаются надёжностью, простотой эксплуатации, относительно невысокой стоимостью и требуют лишь простейшей пробоподготовки, благодаря чему на сегодняшний день этот метод является основным для анализа химического состава металлов в большинстве промышленных, экспертных и исследовательских лабораторий.

Портативные лазерные спектрометры

В последние годы на рынке появилось большое количество портативных лазерных приборов. По форме и размерам они похожи на портативные рентгенофлуоресентные спектрометры, а по сути работы – на оптико-эмиссионные приборы. Анализ происходит за счёт измерения интенсивности спектральных линий в оптическом диапазоне, но их появление вызывается воздействием лазера. Портативные лазерные спектрометры выгодно применять при анализе больших потоков лёгких цветных сплавов (алюминия, магния, титана), т.к. их анализ выполняется быстрее и точнее, чем на портативных анализаторах. Однако лазерные анализаторы значительно более прихотливы, чем рентгенофлуоресентные спектрометры – они температурозависмы, требуют регулярных перекалибровок и периодического обслуживания, при этом углерод, ключевой элемент при анализе сталей, анализируется со слишком большой погрешностью.

Иные инструментальные методы

Иные спектральные приборы – атомно-абсорбционные спектрометры, оптико-эмиссионные спектрометры с индуктивно-связанной плазмой, фотоколориметры требуют предварительного растворения пробы, из-за чего менее удобны и в настоящее время применяются реже. Тем не менее, в некоторых случаях, они имеют некоторые преимущества.

Заключение

К сожалению, на сегодняшний день не существует универсального прибора, совмещающего в себе все преимущества разных типов приборов, поэтому выбор метода анализа в каждом конкретном случае необходимо основывать на индивидуальном анализе задач предприятия.

Наша компания ООО "ВЕЛМАС" поставляет все виды оборудования анализа химического состава сталей и сплавов. Мы приглашаем Вас ознакомиться с перечнем приборов. Наши компетентные менеджеры проконсультируют вас по всем вопросам и помогут подобрать приборы, подходящие для решения именно ваших зада

Контроль химического состава сталей и сплавов позволяет прогнозировать свойства готовых изделий и является важной составляющей комплексной проверки качества металла. Методы химического анализа металлов Приборы для анализа химического состава металлов Иные...

21 мая 2020

Ультразвуковой контроль (далее – УЗК) – это обобщённое название группы методов неразрушающей диагностики материалов и изделий, без нанесения повреждений исследуемому предмету. Методы основаны на способности всех материалов проводить звук. Общий принцип методов УЗК состоит в том, что в контролируемый предмет вводится звуковой импульс, который распространяется в материале, отражается от границ и внутренних нарушений сплошности материала, затем принимается. По параметрам принятого сигнала можно судить о наличии и расположении и размере несплошностей материала, а также о физических свойствах самого материала. Методы УЗК применяются для обнаружения дефектов в различных материалах, измерения геометрических параметров изделия, измерения твёрдости металлов и пластиков.

В группу методов ультразвукового контроля входит ультразвуковая дефектоскопия – это общее название группы методов УЗК, направленных конкретно на обнаружение и измерение параметров дефектов материала. Основоположником является Сергей Яковлевич Соколов, который в 1928 году запатентовал способ обнаружения нарушений сплошности в металлах при помощи ультразвуковых колебаний. Он разработал первые ультразвуковые дефектоскопы и основал кафедру электроакустики и ультразвуковой техники в Ленинградском Электротехническом Институте.

Методы контроля

Методы УЗК считаются неразрушающим и не повреждающим способом диагностики состояния объекта. Это связано с тем, что они не требуют вскрытия (разрыва, излома, разрезания) объекта, а позволяют визуализировать внутреннюю структуру материала без нарушения его целостности. В подавляющем большинстве случаев кратковременное воздействие звуковых колебаний, используемых при контроле не приводит к появлению макро или микродефектов. При всех методах УЗК примеряются звуковые волны высокой частоты, которые не воспринимаются человеческим ухом – от 20 килогерц до нескольких десятков мегагерц.

Преимущества и недостатки

Преимущества метода:

  • не оказывает разрушающего или повреждающего действия на контролируемое изделие;
  • применяемые частоты и интенсивности ультразвуковых колебаний безопасны для оператора в отличии, например, от рентгеновского метода контроля;
  • ультразвуком можно проверить большинство твёрдых материалов – чёрные и цветные металлы, пластмассы, композитные пластины и т.п.;
  • современные приборы для УЗК имеют небольшие габариты и аккумуляторные батареи большой ёмкости, благодаря чему возможен контроль в труднодоступных местах и удалённо от электросети. Многие приборы выпускаются в пылевлагозащищённом и морозоустойчивом исполнении.

Недостатки метода:

  • ввод ультразвуковых волн требует тщательной зачистки поверхности объекта, а также применения специальной контактной смазки;
  • в результате прозвучивания измеряются не истинные, а условные или эквивалентные размеры дефектов, допустимость которых оценивается по специальным утверждённым методикам;
  • требуется высокая квалификация персонала: для понимания изображения на экране дефектоскопа требуется специальная подготовка, в настоящее время действует система обучения и аттестации дефектоскопистов по 3 уровням квалификации.

Виды УЗК

Основными видами УЗК являются:

  • дефектоскопия – методы выявления наличия дефектов, измерения их параметров с целью оценки опасности этих дефектов;
  • толщинометрия – методы измерения остаточной толщины изделий, подвергающихся коррозии;
  • ультразвуковой контроль свойств материала – совокупность методов контроля твёрдости, шероховатости, акустическая микроскопия и другие специальные виды диагностики.

Каждый из этих видов контроля требует специального обучения дефектоскопистов, а сам контроль проводится согласно действующим нормативным документам – ГОСТам, методикам, инструкциям и т.п.

Аппаратура для ультразвукового контроля:

  • ультразвуковой дефектоскоп – электронный прибор, служащий для генерации электрических импульсов, приёма, обработки и визуализации результата;
  • ультразвуковой преобразователь – специальный датчик, который оператор прижимает к объекту контроля. При излучении он превращает электрический импульс с дефектоскопа в ультразвуковой сигнал, который далее распространяется в объекте, а при приёме он наоборот превращает принятые звуковые сигналы в электрические, которые затем обрабатываются прибором. Существует большое количество типов и видов ультразвуковых преобразователей, которые выбираются в зависимости от объекта контроля и вида обнаруживаемых дефектов. Наиболее распространены пьезоэлектрические и электромагнитноакустические преобразователи;
  • соединительные кабели – служат для подключения датчика к прибору;
  • меры и настроечные образцы – изделия, которые содержат искусственный дефект и служат для калибровки дефектоскопа перед проведением контроля;
  • контактные смазки – жидкости и гели, которые наносят на поверхность объекта, для того, чтобы улучшить условия перехода ультразвукового импульса из преобразователя в объект контроля;
  • сканирующие устройства – различные вспомогательные механические устройства для удержания и перемещения преобразователя по поверхности объекта.

Объекты УЗК

При помощи УЗК контролируют практически все твёрдые материлы – чёрные и цветные металлы, литые и композитные пластики, бетоны, клееные и сотовые конструкции.

Главным ограничением на возможность УЗК являются естественные неоднородности материала: графитовые зёрна в чугуне, размер ячеек сотовых конструкций, или толщина слоя в композитных пластинах. Для контроля таких материалов выбирают

достаточно большую длину ультразвуковой волны, которая не будет отражаться от данных естественых неоднородностей, но будет чувствительна к подлежащим выявлению дефектам.

В общем случае можно считать, что в материалах, имеющих собственную несплошность структуры возможно выявлять дефекты, размер которых превышает размер структурных неоднородностей материала в 10 и более раз.

Наиболее частыми объектами УЗК являются:

Сварные швы трубопроводов и листовых материалов.

Сварной шов всегда имеет меньшую прочность, чем основной металл сваренных элементов, поэтому критически важно, чтобы в нём не было дефектов, дополнительно снижающих его прочность. При помощи УЗК в сварных швах выявляют трещины, непровары, свищи, пористость и другие виды дефектов. Ультразвуком контролируют магистральные газопроводы и нефтепроводы (в том числе из полиэтилена), технологические трубопроводы в химической и энергетической отраслях, резервуары, детали грузоподъёмных машин и т.п. Возможна диагностика всех видов сварных швов – стыковых, тавровых, нахлёсточных, а также точечной сварки.

Металлургические заготовки, литьё и поковки.

Заготовки могут иметь дефекты типа раковин, пор, трещин и других. Их необходимо выявлять при помощи УЗК, чтобы избежать расходов на дальнейшую обработку заготовки с дефектами, которые при обработке могут развиться в дефекты готового изделия.

Листовой прокат.

Этот вид заготовок чаще всего содержит дефекты типа расслоения – плоские тонкие нарушения сплошности, расположенные в средней части листа и значительно ослабляющие его прочность. Ультразвуковой контроль листового проката был исторически первым видом УЗК, который проводил С.Я.Соколов. В силу больших размеров контролируемых листов, этот вид контроля сейчас проводится на крупных автоматизированных установках прямо на металлургических комбинатах.

Железнодорожные рельсы, колёсные пары, оси.

При прохождении железнодорожных составов рельсы и колёсные пары подвергаются циклическим нагрузкам, в результате которых возникают трещины и иные виды эксплуатационных дефектов. УЗК рельсов проводится при помощи дефектоскопных тележек и автоматизированных вагонов-дефектоскопов. УЗК колёс, осей и колёсных пар проводится как вручную, так и на специальных автоматизированных стендах.

Бетонные и железобетонные конструкции.

Ультразвуковой контроль прочности бетона является лучшей альтернативой разрушающим методам контроля бетона. Существует хорошая отечественная аппаратура как для измерения прочности твёрдого бетона, так и для выявления внутренних дефектов в бетонных конструкциях;

Государственные стандарты в области ультразвукового контроля

УЗК почти всегда связан с диагностикой состояния опасных объектов, и проводится с целью предотвращения техногенной аварии. Поэтому методы контроля, требования к аппаратуре, порядок проведения и подлежащие УЗК объекты описаны в государственных и отраслевых стандартах, методиках, инструкциях и руководствах. Перечислить всю действующую нормативную документацию по УЗК в данной статье не является возможным, но отметим наиболее значимые ГОСТ, лежащие в основании системы стандартов в ультразвуковой дефектоскопии.

- ГОСТ Р ИСО 5577-2009 содержит определения всех терминов и понятий, принятых в практике ультразвукового контроля;

- ГОСТ Р 55724-2013 прописывает общий порядок контроля сварных швов различного назначения;

- ГОСТ 18576-96 содержит указания о порядке контроля железнодорожных рельсов;

- ГОСТ 24507-80 описывает контроль поковок;

- ГОСТ 17624-87 раскрывает метод контроля прочности бетона;

- ГОСТ 28831-90 описывает методы дефектоскопии листового проката;

- ГОСТ Р 55809-2013 раскрывает требования к ультразвуковым дефектоскопам и методы измерения их параметров;

- ГОСТ Р 55614-2013 регламентирует общие технические требования к ультразвуковым толщиномерам;

- ГОСТ Р 55725-2013 и ГОСТ Р 55808-2013 предъявляет требования к ультразвуковым преобразователям и задаёт способы измерения их параметро

Ультразвуковой контроль (далее – УЗК ) – это обобщённое название группы методов неразрушающей диагностики материалов и изделий, без нанесения повреждений исследуемому предмету. Методы основаны на способности всех материалов проводить звук. Общий принцип методов УЗК состоит в том, что в...

18 мая 2020

Поздравляем с Днём Победы и от всей души желаем мира, счастья, радости и славных добрых дней, в которых не будет страха и боли, горестей и разрухи. Спасибо тем, кто сражался против захватчиков. Мы помним Вас, мы гордимся Вами!

9 мая 2020

Ультразвуковые преобразователи хордового типа ("хордовые" УЗ ПЭП) часто являются спорным средством ультразвуковой дефектоскопии. За 20 лет существования они обросли мифами и заблуждениями. Зачастую простые дефектоскописты и начальники лабораторий не вполне понимают, в каких случаях их можно...

20 апреля 2020

Уважаемые клиенты и партнеры!

Группа Компаний ВЕЛМАС продолжает свою работу, в том числе и до конца месяца (с 06.04.2020 по 30.04.2020).

Прием и обработка заявок, размещение заказов – все проходит в прежнем режиме, наши менеджеры всегда на связи.

Отгрузки товара, приём в поверку или ремонт осуществляется по согласованию.

Для того, чтобы максимально снизить распространение вируса, было принято решение о переходе на удаленную работу. Имеющиеся в нашем распоряжении технологии позволяют сделать этот переход практически незаметным для клиентов. Мы также вынуждены ужесточить нашу работу в части финансовой дисциплины. В условиях высокой волатильности курса рубля это вопрос стабильности и своевременных поставок. Прошу всех наших партнеров максимально аккуратно относиться к своевременной оплате товаров. Берегите себя и ваши семьи! С уважением и наилучшими пожеланиями, команда ВЕЛМАС.

<

Уважаемые клиенты и партнеры! Группа Компаний ВЕЛМАС продолжает свою работу, в том числе и до конца месяца (с 06.04.2020 по 30.04.2020). Прием и обработка заявок, размещение заказов – все проходит в прежнем режиме, наши менеджеры всегда на связи. Отгрузки товара,...

30 марта 2020