應(yīng)用報告：用SciAps  LIBS現(xiàn)場測定小零件中的碳含量

一、介紹

  在供應(yīng)鏈中需要全程質(zhì)量管控的制造流程里，當(dāng)涉及焊絲、小型緊固件、薄金屬板、小直徑管材等小型零件的碳元素分析時，常常會遭遇延誤和阻礙。現(xiàn)有檢測方法要么要求用戶犧牲材料進行破壞性測試，要么將零件送至實驗室分析。即便是可靠的第三方檢測機構(gòu)也可能導(dǎo)致材料混淆、項目成本增加和時間浪費。這些因素不僅可能引發(fā)監(jiān)管罰款或處罰,還會打亂項目啟動進度，甚至釀成重大安全隱患。本應(yīng)用指南系統(tǒng)梳 理了當(dāng)前小型零件檢測方法，并通過SciAps手持式LI-BS設(shè)備的設(shè)計，展示了如何通過快速、全面的現(xiàn)場碳元素分析消除這些變量。

二、方法

  在使用便攜式手持分析儀進行現(xiàn)場材料檢測時，無論是檢驗員、金屬加工企業(yè)、生產(chǎn)經(jīng)理、質(zhì)檢主管還是現(xiàn)場技術(shù)人員，都會遇到檢測材料尺寸過小的難題。當(dāng)需要通過碳含量來分級而非僅識別材料類型時，這項工作就變得更加棘手了。

行業(yè)解決方案是執(zhí)行不那么全面的手持式X射線分析，或?qū)⒉牧纤偷?/span>實驗室。

  原子發(fā)射光譜：

  原子發(fā)射光譜分析系統(tǒng)（OES）在工業(yè)領(lǐng)域已應(yīng)用多年，能夠可靠地對材料進行分級以驗證嚴(yán)苛的規(guī)格要求。但在測試小型部件時仍面臨重 大挑戰(zhàn)。例如大型控制臺式儀器的探頭配備有光室， 需要氬氣密封以形成惰性氣氛，才能準(zhǔn)確檢測碳含量。若部件尺寸小于燃燒室（管道 或管材直徑通常小于1.5至2英寸），分析儀若無法維持氬氣密封以完成檢測，會導(dǎo)致結(jié)果不可靠或質(zhì)量欠佳。部分制造商已開發(fā)出可連接 探頭的小型部件適配器，但需要多種適配器來適配不同尺寸和幾何形狀的部件。例如，焊絲適配器與管道接頭適配器就存在顯著差異。

若沒有合適的適配器，使用OES檢測小型部件幾乎無法實現(xiàn)，必須尋求其他解決方案。

  X射線熒光：

  手持式X射線熒光分析儀一直是現(xiàn)場材料檢測的主力設(shè)備。雖然X射線 熒光技術(shù)能夠檢測小型零件，部分廠商還通過添加準(zhǔn)直器來提升檢 測精度，但這類設(shè)備仍無法滿足精密驗證項目的所有分析需求。舉個例子：當(dāng)零件尺寸過小時，由于X射線束擴散效應(yīng)，可能無法獲得足夠的X射線劑量來準(zhǔn)確測定化學(xué)成分。另一個痛點在于X射線熒光分析儀無法檢測碳元素含量。因此，盡管這些便攜式設(shè)備能驗證材料是否為316不銹鋼、304不銹鋼或碳鋼，卻無法識別316L或304L/H等級，也無法判斷碳鋼零件屬于1020還是1030級。這類分析需要碳含量數(shù)據(jù)支撐。正因如此，必須采用替代方法才能有效檢測并準(zhǔn)確判定這些零件的等級。

  第三方實驗室分析：

  將小零件寄送至實驗室進行等級規(guī)格檢測能獲得精準(zhǔn)結(jié)果。但這種方式往往需要數(shù)日時間，遠不如現(xiàn)場檢測省時省力，且必須將零件寄

送至實驗室。另一種方法是收集材料產(chǎn)生的切屑，通過人工或機械方式去除少量雜質(zhì)后寄送實驗室檢測。這種方法雖能讓生產(chǎn)商保留原廠零件，但仍存在時效性不足的問題。

  激光誘導(dǎo)擊穿光譜：

  LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜）作為成熟的實驗室激光技術(shù)，與原子發(fā)射光譜（OES）存在諸多相似之處。OES通過持續(xù)電火花作為激發(fā)源，而LIBS則采用脈沖激光轟擊材料產(chǎn)生等離子體。搭載的光譜儀通過測量 等離子體及特定波長的光信號來分析元素成分，并借助內(nèi)置校準(zhǔn)實現(xiàn) 精準(zhǔn)量化。在將該技術(shù)應(yīng)用于手持設(shè)備時，SciAps LIBS分析儀為現(xiàn)場 材料檢測提供了全面解決方案，其中包含碳元素分析功能。該儀器還 配備微型出射孔徑和專利設(shè)計，確保在操作過程中能有效完成氣體吹 掃該技術(shù)適用于需要在曲面或微型部件上進行密封處理的場景。SciAps手持式LIBS分析儀可直接檢測比燃燒室更小的零件，無需任何適配器。當(dāng)樣品表面處理完畢且微型部件與內(nèi)部攝像頭對齊后，聚焦激光會燒蝕材料并產(chǎn)生等離子體。測試區(qū)域僅約50微米（相當(dāng)于單根頭發(fā)的直徑）,即便面對最小零件也能輕松應(yīng)對。相比之下，傳統(tǒng)光學(xué)電子掃描技術(shù)需要大面積區(qū)域（約硬幣直徑）并使用氬氣密封才能完成檢測。

三、數(shù)據(jù)和討論

圖1：SciAps Z-902 對 ER308L 焊縫              圖2：SciAps Z-902 碳分析 

（寬 ? 英寸）進行 碳分析              1 /4 英寸機器螺釘，316H材料

圖3：SciApsZ-902用于高頻烷            圖4：SciAps Z-902 碳分析

基化工藝的1 英寸s/160 A106鋼管接頭碳分析        1 /8 英寸線材，316L材料