133 подписчика

Портативные спектрометры для анализа химического состава металлов : применение в производстве газового оборудования.

5 января5 янв

8 мин

Введение Контроль химического состава металлов является критически важным этапом в производстве ответственного газового оборудования, такого как запорные клапаны (КПЗ), газовые фильтры (ФГ), клапаны предохранительные сбросные (ПКН) и взрывные (ПКВ). Эти компоненты работают под высоким давлением и в агрессивных средах, поэтому малейшее отклонение в составе сплава может привести к катастрофическим последствиям. В данной статье рассматриваются возможности портативных спектрометров для анализа двух популярных конструкционных сталей – 20Г2С и 09Г2С, используемых в производстве газового оборудования. Мы проанализируем технические особенности методов, практические аспекты их применения и приведем сравнительные таблицы составов сталей. 1. Методы спектрального анализа металлов 1.1 Оптико-эмиссионная спектроскопия (ОЭС) Оптико-эмиссионная спектроскопия основана на измерении интенсивности светового излучения, возникающего при возбуждении атомов металла. Электрический разряд или лазерная искра п

Введение

Контроль химического состава металлов является критически важным этапом в производстве ответственного газового оборудования, такого как запорные клапаны (КПЗ), газовые фильтры (ФГ), клапаны предохранительные сбросные (ПКН) и взрывные (ПКВ). Эти компоненты работают под высоким давлением и в агрессивных средах, поэтому малейшее отклонение в составе сплава может привести к катастрофическим последствиям. В данной статье рассматриваются возможности портативных спектрометров для анализа двух популярных конструкционных сталей – 20Г2С и 09Г2С, используемых в производстве газового оборудования. Мы проанализируем технические особенности методов, практические аспекты их применения и приведем сравнительные таблицы составов сталей.

1. Методы спектрального анализа металлов

1.1 Оптико-эмиссионная спектроскопия (ОЭС)

Оптико-эмиссионная спектроскопия основана на измерении интенсивности светового излучения, возникающего при возбуждении атомов металла. Электрический разряд или лазерная искра переводят атомы в возбужденное состояние, и при возврате в основное состояние они излучают свет характерных длин волн, специфичных для каждого элемента. Портативные ОЭС-анализаторы позволяют определять массовые доли элементов как в видимой, так и в ультрафиолетовой области спектра. Это особенно важно для анализа углерода, фосфора и серы, аналитические линии которых находятся в УФ-диапазоне (200-400 нм). Точность определения этих элементов критична для оценки свариваемости и склонности к хрупкому разрушению.

1.2 Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия (LIBS)

Метод LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) использует импульсный лазер для создания микроплазмы на поверхности металла. Этот метод не требует пробоподготовки и позволяет анализировать элементы без необходимости продувки инертным газом. Анализатор ELANIK является примером портативного прибора LIBS, способного измерять содержание углерода в сталях с пределом обнаружения ~0,01% без расходных материалов. Это делает его идеальным для входного контроля материалов и сортировки металлолома.

1.3 Атомно-эмиссионная многоканальная спектрометрия

Этот метод, описанный в патенте RU2051338C1, использует многоканальный фотодетектор для одновременного регистрации множества спектральных линий. Конструкция прибора позволяет варьировать набор регистрируемых линий, что расширяет номенклатуру одновременно определяемых элементов и повышает точность анализа. Такие системы обеспечивают непрерывный комплексный анализ состава твердых и жидких образцов.

2. Анализ сталей 20Г2С и 09Г2С для газового оборудования

2.1 Химический состав и требования

Сталь 20Г2С (20Mn2Si) относится к низколегированным конструкционным сталям. Ее химический состав включает:

· Углерод (C): ~0.20%

· Марганец (Mn): ~2.0%

· Кремний (Si): ~1.0%

Она используется для изготовления фланцев, корпусных деталей, работающих при температурах от -40°C до +475°C под давлением, а также сварных конструкций, работающих до -70°C. Сталь отличается хорошей свариваемостью без ограничений и не склонна к отпускной хрупкости.

Сталь 09Г2С (9Mn2Si) имеет аналогичный состав:

· Углерод (C): ~0.09%

· Марганец (Mn): ~2.0%

· Кремний (Si): ~1.0%

Более низкое содержание углерода улучшает свариваемость и пластичность, что делает ее предпочтительной для изделий, работающих при низких температурах.

Обе стали используются для производства:

· 💨 Клапаны КПЗ (запорные)

· 🔍 Фильтры газа ФГ

· ⚙️ Клапаны ПКН (предохранительные низкого давления)

· 🔧 Клапаны ПКВ (предохранительные высокого давления)

2.2 Ключевые контролируемые элементы

Для обеспечения безопасности и долговечности газового оборудования необходимо严格控制 содержание следующих элементов:

1. Углерод (C): Влияет на прочность и твердость. Повышенное содержание может ухудшить свариваемость и увеличить риск хрупкого разрушения.

2. Фосфор (P) и Сера (S): Вредные примеси. Повышенное содержание фосфора вызывает хладноломкость, а сера – красноломкость.

3. Марганец (Mn) и Кремний (Si): Повышают прочность и твердость, улучшают прокаливаемость и устойчивость к ударным нагрузкам.

Таблица 1: Сравнительный химический состав сталей 20Г2С и 09Г2С

Элемент Сталь 20Г2С Сталь 09Г2С Влияние на свойства

Углерод (C) ~0.20% ~0.09% Прочность, свариваемость

Марганец (Mn) ~2.0% ~2.0% Прочность, ударная вязкость

Кремний (Si) ~1.0% ~1.0% Прочность, упругость

Фосфор (P) ≤0.035% ≤0.035% Хладноломкость (вредная)

Сера (S) ≤0.035% ≤0.035% Красноломкость (вредная)

3. Практическое применение портативных спектрометров

3.1 Входной контроль материалов

Портативные анализаторы (например, ELANIK) позволяют проводить оперативный контроль поступающего металлопроката непосредственно на складе. Это исключает использование некондиционного материала для производства критических компонентов газовой арматуры.

3.2 Контроль во время производства

Сварка и механическая обработка могут вызывать изменение химического состава в зоне термического влияния. Портативные спектрометры позволяют контролировать эти изменения в режиме реального времени, обеспечивая соответствие качества изделий требованиям стандартов.

3.3 Идентификация и сортировка материалов

Часто на производстве возникает необходимость идентификации марки стали. Например, визуально 20Г2С и 09Г2С практически неразличимы, но их механические свойства и области применения. Путаница может привести к установке клапана ПКВ из непредназначенной для этого стали, что создаст аварийную ситуацию.

3.4 Анализ после эксплуатации

Портативные спектрометры используются для экспертного анализа компонентов газового оборудования после длительной службы. Это позволяет оценить степень деградации материала, коррозионные изменения и принять решение о дальнейшей эксплуатации или замене оборудования.

Таблица 2: Возможности портативных спектрометров для анализа сталей

Задача Метод Преимущества Пример прибора

Анализ углерода LIBS Высокая точность без инертного газа ELANIK

Анализ P и S в УФ ОЭС Возможность работы в полевых условиях Sibbolet КМС

Многокомпонентный анализ Атомно-эмиссионный Одновременное определение многих элементов Многоканальный спектрометр

4. Преимущества и ограничения портативных спектрометров

4.1 Преимущества

· Оперативность: Результаты анализа получают в течение нескольких секунд.

· Мобильность: Анализ можно проводить непосредственно на производственной линии, в цехе или на складе.

· Неразрушающий контроль: Анализ не повреждает изделие и не требует вырезки образцов.

· Простота использования: Современные приборы имеют интуитивно понятный интерфейс и программное обеспечение.

4.2 Ограничения и пути их преодоления

· Анализ легких элементов: Традиционные портативные ОЭС-анализаторы могут иметь ограничения по анализу углерода, фосфора и серы из-за необходимости работы в вакууме или инертном газе. Однако современные LIBS-анализаторы (например, ELANIK) успешно решают эту проблему.

· Требования к поверхности: Качество подготовки поверхности может влиять на точность измерений. Производители рекомендуют использовать шлифовальные машины для создания плоской и чистой поверхности.

· Калибровка: Для обеспечения точности требуется регулярная калибровка и верификация прибора по стандартным образцам.

5. Заключение

Портативные спектрометры для анализа химического состава металлов стали незаменимым инструментом в производстве и эксплуатации критически важного газового оборудования. Они обеспечивают быстрый и точный контроль химического состава таких сталей, как 20Г2С и 09Г2С, которые широко используются для изготовления клапанов КПЗ, фильтров ФГ, клапанов ПКН и ПКВ.

Современные технологии, такие как LIBS и многоканальная атомно-эмиссионная спектрометрия, позволяют надежно определять не только легирующие элементы, но и вредные примеси, такие как фосфор и сера, а также критически важный углерод. Это обеспечивает соответствие материалов требованиям стандартов и гарантирует безопасную и надежную работу газового оборудования в экстремальных условиях.

Дальнейшее развитие портативных спектрометров будет связано с повышением точности измерения легких элементов, увеличением скорости анализа и интеграцией с системами промышленного Интернета вещей (IIoT) для автоматического документирования и управления качеством.

—————————————————————————————————————

Отгрузка транспортными компаниями : “КИТ” , “Деловые Линии” , ”Энергия” , “СДЭК” , автотранспортом.

Наши контакты:

ООО”Газавтомат”

410005 г Саратов ул Большая Горная,353

(8452)599719,599283

Сайт - saratovgaz.ru

Эл почта – saratovgaz@inbox.ru

Мы в Телеграмм…………………..https//t.me/gazavtomat64