ГОСТ 28033-89 устанавливает рентгенофлуоресцентный (РФА) метод определения элементов в стали: серы, фосфора, кремния, марганца, хрома, никеля, кобальта, меди, молибдена, вольфрама, ванадия, титана и ниобия в широких диапазонах массовых долей (от тысячных долей процента до десятков процентов – в зависимости от элемента).
Волнодисперсионный последовательный спектрометр WDX4000 (Skyray) полностью подходит для реализации требований ГОСТ 28033-89 по точности и стабильности: прибор рассчитан на количественный анализ стали и сплавов, имеет высокоточный гониометр, многоканальный анализатор и соответствует китайскому поверочному регламенту JJG 810-1993 для волнодисперсионных РФА-спектрометров.
Ниже приведён практический пошаговый порядок выполнения анализа стали на WDX4000 в логике ГОСТ 28033-89 с разъяснениями, «что именно делать» на приборе.
1. Область применения и принцип метода
1.1. Какие элементы и диапазоны покрывает ГОСТ
Стандартом предусмотрено определение в стали следующих элементов с примерно такими диапазонами массовых долей (для ориентира):
- S и P – примерно от 0,002 до 0,20 %;
- Si – примерно от 0,05 до 5,0 %;
- Mn – примерно от 0,05 до 20 %;
- Cr – до 35 %;
- Ni – до 45 %;
- Co – до 20 %;
- Cu – от 0,01 до 5 %;
- Mo – до 10 %;
- W – до 20 %;
- V – до 5 %;
- Ti – до 5 %;
- Nb – до 2 %.
Конкретные границы и нормы сходимости/воспроизводимости задаются таблицами 1 и 2 ГОСТ 28033-89.
1.2. Принцип метода (как это реализовано в WDX4000)
Метод основан на зависимости интенсивности характеристического излучения каждого элемента от его содержания в стали: образец облучается первичным рентгеновским пучком, возникающее флуоресцентное излучение разлагается в спектр, измеряется интенсивность выбранных аналитических линий, а массовые доли рассчитываются по градуировочным характеристикам (калибровочным графикам/уравнениям).
В WDX4000 это выглядит так:
- гониометр по схеме θ/2θ вращает кристалл-анализатор и детектор в нужное положение;
- выбирается кристалл и окно детектора, оптимальные для требуемой аналитической линии (например, P Kα, S Kα, Cr Kα и т.д.);
- многоканальная электроника регистрирует интенсивность (счёт импульсов) в заданное время измерения;
- программное обеспечение WDX4000 автоматически пересчитывает интенсивности в концентрации с помощью заданных калибровок по ГОСТ.
2. Аппаратура и материалы по ГОСТ 28033-89
2.1. Основная аппаратура
Согласно п.1 ГОСТ, для метода используются:
- сканирующие и многоканальные РФА-спектрометры – сюда полностью попадает WDX4000 как последовательный волнодисперсионный спектрометр;
- оборудование для подготовки поверхности стальных образцов:
абразивно-отрезной станок (для вырезки образцов нужной формы);
точильно-шлифовальный и плоскошлифовальный станки;
токарно-винторезный станок (для подгонки геометрии, если требуется); - расходные материалы:
отрезные диски по соответствующему ГОСТ;
абразивные круги из электрокорунда нужной зернистости и твёрдости;
шлифовальная шкурка различной зернистости;
этиловый спирт для обезжиривания поверхности;
газовая смесь (например, аргон-метан) для пропорциональных счётчиков, если такая система детектирования используется.
Стандарт допускает применение и другой аппаратуры/расходников, если обеспечивается точность не хуже норм ГОСТ.
2.2. Особенности WDX4000 с точки зрения ГОСТ
Для соответствия ГОСТ важно:
- стабильный высоковольтный источник и ток трубки;
- точное позиционирование гониометра (у WDX4000 – оптический энкодер с высокой угловой точностью);
- программируемые аналитические программы с учётом межэлементных влияний;
- возможность работы по ГОСТ-калибровкам с контрольными образцами.
Все эти функции реализованы в ПО WDX4000: оператор задаёт аналитические линии и интервал концентраций, программа строит градуировочные характеристики и контролирует их стабильность.
3. Подготовка к анализу (раздел 2 ГОСТ)
3.1. Отбор и подготовка проб
- Отбор проб
Выполняется по ГОСТ 7565 (отбор проб стали). Стандарт отсылает именно к этому документу, поэтому на стадии отбора важно обеспечить представительность и однородность проб. - Формирование образцов
Из отобранных заготовок на отрезном станке вырезают образцы, удобные для установки в держатель WDX4000 (обычно таблетки или шайбы с ровной площадкой).
При необходимости подгоняют размеры на токарном станке, чтобы образец устойчиво фиксировался и полностью закрывал окно камеры. - Подготовка поверхности под облучение (пп.2.2–2.3 ГОСТ): шлифуют поверхность до плоскости на обдирочно-наждачном/плоскошлифовальном станке, затем доводят шкуркой нужной зернистости;
при необходимости протирают спиртом для удаления масла и пыли;
проверяют, что образец полностью перекрывает отверстие приёмника пробы в WDX4000.
если образец меньше окна, используют металлические диафрагмы/воронки, ограничивающие область облучения (это допускается ГОСТом).
3.2. Подготовка спектрометра WDX4000 к работе
Согласно п.2.4 ГОСТ, подготовка проводится по руководству по эксплуатации конкретного спектрометра. Для WDX4000 это включает:
- Включение и прогрев
включение рентгеновской трубки и выдержка времени прогрева;
проверка вакуумной/газовой системы. - Проверка базовых параметров
контроль высоковольтного напряжения и тока трубки;
тестовая съёмка встроенных эталонов или эталонного образца стали с известным составом. - Настройка аналитических каналов по ГОСТ
в ПО WDX4000 задаются аналитические линии для S, P, Si, Mn, Cr, Ni, Co, Cu, Mo, W, V, Ti, Nb (как в приложении к ГОСТ – там приводятся рекомендуемые линии и условия); выбираются соответствующие кристаллы-анализаторы (для лёгких – длинноволновые, для тяжёлых – средние/коротковолновые);
настраиваются время счёта, положение фона (background) и возможные коррекции межэлементных влияний.
3.3. Градуировка спектрометра по ГОСТ
Ключевое требование ГОСТ – чёткая процедура калибровки на стандартных образцах:
- Выбор стандартных образцов (СО)
используются СО сталей, аттестованные по ГОСТ 8.315, либо однородные пробы, проанализированные аттестованными методиками (химический анализ, ОЭС и т.п.);
набор СО должен перекрывать весь рабочий диапазон концентраций для каждого элемента. - Первичная градуировка (п.2.6):
выполняют не менее пяти серий измерений в разные дни работы WDX4000;
в каждой серии для каждого СО проводят две пары параллельных измерений на одной и той же поверхности без выведения образца из-под пучка;
порядок измерения СО в серии рандомизируют (чтобы исключить систематический дрейф);
для каждого СО по пяти сериям вычисляют средние значения аналитического сигнала. - Получение градуировочных характеристик
по средним сигналам и аттестованным концентрациям строят калибровочные зависимости (уравнения связи, графики или таблицы – как допускает ГОСТ); в WDX4000 это реализуется через модуль калибровки: оператор выбирает тип зависимости (линейная, полиномиальная, FP+коррекция и т.д.), а программа сама рассчитывает коэффициенты регрессии;
учитывают влияние химического состава и физико-химических свойств стали (матрица) – при необходимости вводят поправки по фону, межэлементные поправки, используют несколько линий для одного элемента. - Повторная и оперативная градуировка
при повторной градуировке допускается сократить число серий до двух;
при оперативной градуировке (когда к каждой партии проб подбираются свои калибровки) проводят не менее двух параллельных измерений для каждого СО.
4. Проведение анализа на WDX4000 и обработка результатов (раздел 3 ГОСТ)
4.1. Измерения
- Установка образца
образец стали устанавливают в приёмник WDX4000 в ту же геометрию, что и при градуировке;
закрывают камеру, создают требуемые условия (вакуум/газ). - Параллельные измерения (п.3.1 ГОСТ): для каждого контролируемого элемента выполняют два параллельных измерения аналитического сигнала (обычно это два последовательно запускаемых цикла измерения без изменения положения образца);
измерения проводятся строго в условиях, принятых при градуировке (те же напряжение, ток, время, кристалл, геометрия, положение фона). - Проверка сходимости параллелей (п.3.2)
полученные значения аналитического сигнала пересчитываются в массовые доли по калибровке;
рассчитывается расхождение между двумя параллельными результатами и сравнивается с допускаемым значением d₍cx₎ для данного элемента и диапазона концентраций (по табл.2 ГОСТ); если расхождение не превышает нормы, принимают среднее арифметическое двух измерений;
если превышает, анализ по данному элементу для этой пробы повторяют. - Возможность одного измерения (п.3.3)
ГОСТ допускает, что для рутины можно проводить одно измерение на пробу, при условии, что сходимость контролируется: в партии выбирают одну пробу и для неё делают два параллельных измерения;
если расхождение параллелей не превышает d₍cx₎, однократные измерения для остальных проб партии считаются допустимыми;
контроль можно выполнять и по СО. - Окончательный результат (п.3.4)
за окончательный результат принимают либо среднее двух параллельных измерений, либо результат одного измерения (если выполнены условия пп.3.2–3.3);
результат округляют согласно требованиям стандарта и внутренним регламентам лаборатории.
4.2. Выражение аналитического сигнала
ГОСТ допускает выражать аналитический сигнал и расхождения параллельных измерений не только в единицах массовой доли, но и в единицах шкалы прибора (например, имп/с), с последующим пересчётом через градуировочные характеристики
В ПО WDX4000 это реализовано автоматически: оператор может контролировать и «сырые» импульсы, и пересчитанные концентрации.
5. Контроль точности результатов (раздел 4 ГОСТ)
Контроль точности в ГОСТ включает несколько уровней.
5.1. Контроль стабильности градуировочных характеристик
- Периодичность
стабильность калибровки контролируется не реже одного раза в смену;
проверку проводят на СО или однородной пробе для верхней, средней или нижней части диапазона концентраций. - Порядок действий
выполняют два параллельных измерения СО в тех же условиях, что и для рабочих проб;
пересчитывают интенсивности в концентрации;
если расхождение между параллелями не превышает допустимое d₍cx₎, вычисляют среднее и сравнивают с аттестованным значением;
если отклонение превышает пределы, предусмотренные таблицей точности, калибровку WDX4000 необходимо актуализировать (повторная или оперативная градуировка).
5.2. Контроль повторяемости и воспроизводимости
- Сходимость – контролируется по расхождению двух параллельных измерений (табл.2 ГОСТ);
- Воспроизводимость – по расхождению результатов первичного и повторного анализа одной и той же пробы (также нормируется таблицей 2);
- Сопоставимость с химическим методом – ГОСТ устанавливает допустимое расхождение между результатами РФА и результатов химического анализа для каждой группы концентраций.
На практике в WDX4000 удобно завести отдельные «контрольные программы», регулярно измерять СО и автоматически строить контрольные карты (например, по типу Шухарта) – это не прописано в ГОСТ, но помогает обеспечить и документировать соответствие стандарту.
6. Особенности использования WDX4000 по сравнению с минимальными требованиями ГОСТ
По сравнению с минимальными требованиями ГОСТ 28033-89, WDX4000 даёт ряд практических преимуществ:
- Высокая точность позиционирования гониометра – уменьшает вклад систематических ошибок при выборе спектральных линий и фона.
- Сильная цифровая электроника (12-бит, до 4096 каналов) – более точная регистрация интенсивностей, особенно в нижней части диапазона концентраций.
- Гибкое программное обеспечение – позволяет реализовать именно «ГОСТ-режим»: требуемое число серий градуировки, параллельные измерения, контроль d₍cx₎ и т.д.
- Расширенная область применения – помимо стали по ГОСТ 28033-89 можно реализовать и другие нормативные документы (ГОСТы для чугуна, спечённых сплавов, латуней и бронз и т.п.)
7. ООО «Радоника.СОМ» – поставка, внедрение и методическая поддержка WDX4000
Компания «Радоника» поставляет волнодисперсионные РФА-спектрометры WDX4000 и сопутствующее лабораторное оборудование, помогает лабораториям
- подобрать конфигурацию спектрометра под задачи конкретного металлургического производства;
- разработать и адаптировать методики РФА по ГОСТ 28033-89 под WDX4000, включая набор СО, программы градуировки и регламенты контроля качества;
- провести пусконаладку, обучение персонала и сопровождение при подготовке к аккредитации и проверкам.
Контакты Радоники:
+7 (495) 661-61-09
https://radonika.com
Email: info@radonika.com
https://t.me/radonika_lab
https://vk.com/radonika_com