Tecnologia Inovadora para Medição de Carbono e Equivalentes de Carbono

Para aqueles que precisam medir carbono em aços, agora existe um analisador portátil para o trabalho. Onde os operadores usavam anteriormente a tecnologia Spark OES - que exigia conhecimento substancial do operador - ou contratavam uma empresa de testes terceirizada para trazer o OES com eles, agora há uma opção melhor.

Dois anos atrás, a SciAps estreou a primeira unidade LIBS do mundo que diferencia aços por teor de carbono em aços e inoxidáveis ​​e verifica equivalentes de carbono para soldabilidade de metais. A SciAps colocou a análise de carbono na palma da mão pela primeira vez. Além disso, a SciAps está comprometida com treinamento gratuito, incluindo retreinamento, para mais e melhores operadores treinados. Já, cerca de 600 unidades estão sendo usadas em campo para praticamente todas as principais indústrias do mundo.

‍Por que carbono?

Muitas das pessoas que lançaram o SciAps em 2013 eram veteranos da indústria de raios X portáteis, tendo sido fundadores e/ou funcionários das duas principais empresas de analisadores portáteis de ligas, Niton e InnovX (agora Thermo Fisher Scientific e Olympus). , a tecnologia de raios-X era sólida como rocha com metais de transição e metais pesados, até mesmo Mg, Al, Si, P e S. Os raios-X funcionaram muito bem em aço inoxidável, ligas de alta temperatura, latão/bronze, alumínio, etc., melhorando muito análise de ligas e manuseio de aplicações especiais como baixo teor de silício em aços para corrosão sulfídica, teor de P e S em aços e inoxidáveis. Apesar de toda essa inovação, ainda havia uma limitação significativa para os raios X portáteis: o carbono. A energia extremamente baixa dos raios X de carbono seria completamente absorvida no material da janela que cobre o detector e no ar no caminho. O mesmo vale para outros elementos de baixo número atômico, como oxigênio, nitrogênio, boro, lítio e berílio. Sem um sistema fechado sob alto vácuo onde você teria que remover um pedaço de metal, não há maneira prática de medir o carbono ou “elementos leves” semelhantes com uma pistola portátil de raios X. No entanto, a concentração de carbono é fundamental para verificar em aços e inoxidável. Para a soldabilidade do aço, é essencial determinar os equivalentes de carbono. A medição de CE requer C, além de elementos de liga comuns como Mn, V, Cr, Ni, Cu, Mo e Si. Você pode medir esses outros elementos com raios X, mas sem carbono não há CE. Os usuários de aço inoxidável enfrentam um desafio semelhante. Muitos pedem especificamente um aço inoxidável de baixo ou alto teor de carbono, como 316 ou 316L. Os graus L exigem que o teor de carbono seja <0.03%, enquanto os graus H exigem que o teor de carbono seja > 0.04%. Dado o grande volume de aço e aço inoxidável que é produzido, usado e reciclado globalmente, um dispositivo portátil para distinguir L de graus retos e H é um grande avanço.

‍A velha guarda do carbono: faísca OES Até 2017, o Spark OES era a única técnica para análise de carbono em campo. O Spark OES funciona gerando uma faísca elétrica de alta frequência que aquece e queima o metal e cria um plasma de elétrons removendo os elétrons de valência dos vários átomos (carbono, cromo, ferro, manganês, etc.) que compõem a liga. À medida que o plasma esfria instantaneamente, os elétrons se recombinam com os átomos, emitindo luz no espectro ultravioleta, visível e infravermelho. Um espectrômetro integrado coleta a luz, analisa a intensidade em vários comprimentos de onda e aplica uma calibração para determinar a química elementar. O Spark OES foi a única técnica para análise de carbono no campo até que a SciAps inventou um LIBS portátil para o mesmo propósito. Mas o Spark OES tem vários desafios. Para obter dados confiáveis, é necessário um operador experiente e bem treinado. A análise requer um ambiente de gás inerte, geralmente argônio, então os sistemas de faísca são combinados com um tanque de metal pesado (mais de 40 libras) de argônio de alta pressão. Os usuários devem purgar o sistema de faísca antes de usá-lo e, em seguida, executar o argônio continuamente durante o teste (portanto, o tanque grande). Para fins de segurança, o gás argônio geralmente é desligado antes que o OES seja movido, o que requer uma nova purga e frequentemente recalibração quando o dispositivo está em seu próximo local. O espectrômetro também é considerável. Todos esses componentes repousam sobre um carrinho para serem movidos para vários locais de teste. Para testes de dutos “na vala”, é necessário um guindaste para mover o OES de um local para outro. As limitações de mobilidade são significativas. Reclamações típicas são dificuldade em entrar em valas de dutos, subir torres ou sobre ou sobre prateleiras de material. Mover e repurgar reduz o rendimento. Custo e disponibilidade de argônio, especialmente em áreas mais rurais ou isoladas, é um problema. Ainda assim, até recentemente, o Spark OES era a única escolha para o trabalho de carbono em campo, e a técnica produz dados confiáveis, desde que os operadores sejam bem treinados e sigam o SOP.

‍O que é LIBS e como funciona?

LIBS (espectroscopia de quebra induzida por laser) é um método OES como faísca OES, mas o sistema de centelhamento de alta voltagem com alto consumo de energia é substituído por um laser pulsado de alta potência muito pequeno. SciAps miniaturizou o laser e outros componentes-chave em um portátil de 4.5 lb. Esse avanço exigiu três grandes inovações:

• Substituímos o sistema de faísca por um laser pulsado em miniatura para vaporizar uma pequena porção do material e criar o plasma a partir dos elétrons de valência. O próprio laser SciAps é uma façanha de inovação. Aproximadamente um cubo de 1" de tamanho, ele fornece potência média muito baixa (pulso de energia de 6 mJ), mas potência instantânea incrivelmente alta (50 vezes por segundo). A potência média não é suficiente para vaporizar aço ou ligas de alta temperatura. Mas o laser o feixe é focado em um pequeno ponto (100 um), em uma escala de tempo muito curta (1 ns). Compare isso com um apontador laser, onde você pressiona e segura o botão ON e o laser ilumina um ponto continuamente. No caso de LIBS, o laser ilumina o ponto por um bilionésimo de segundo, descansa e recarrega por cerca de 1/50 de segundo, depois repete. Faça as contas e a potência instantânea fornecida a esse local no aço está em gigawatt/cm 2 alcance, facilmente energia suficiente para vaporizar a liga naquele local. Portanto, o primeiro desenvolvimento crítico foi obter um laser que pudesse fornecer um feixe pulsado de boa qualidade, em um pequeno ponto (100um), em uma escala de tempo muito curta (1 ns) , alimentado por uma bateria muito pequena que também executa o processador e a tela.
• Nós inventamos o processo de purga. O laser estreito requer um pequeno volume de purga (alguns centímetros cúbicos). Entre os testes, o fluxo de argônio é interrompido. O resultado é uma redução de cerca de 1,000x no consumo de argônio, permitindo que um pequeno recipiente (3 polegadas de comprimento, 1 polegada de diâmetro, menos de 100g/4oz.) na alça do dispositivo substitua o tanque de argônio de mais de 40 lb. O canister oferece 600 queimas, portanto, 600 testes de carbono, ou 125-150 amostras do local, e custa US$ 7 para substituir. Você pode levar o Z para qualquer lugar sem desligar o argônio e purgar novamente.
• Miniaturizamos o espectrômetro, ao mesmo tempo em que fornecemos a faixa espectral e a resolução necessárias, especialmente para a linha de carbono e para vários metais pesados ​​e de transição. Por exemplo, a medição da linha de carbono em 191.3 nm requer uma resolução de < 0.1 nm de largura total meia máxima (FWHM) por causa das linhas de ferro interferentes próximas da excitação do metal base.

Quem está usando e aprovou? Como o SciAps fecha em um terceiro ano de remessas comerciais de quase 600 unidades de carbono, o LIBS portátil agora está incluído na Prática Recomendada API 578 (3^rd edição) para testes de carbono. A maioria dos principais proprietários/operadores de dutos usa um SciAps Z para seus materiais. Na verdade, o SciAps Pipeline App nasceu quando o maior proprietário/operador testou e aceitou o Z para carbono e CE em materiais de dutos, com um protocolo de teste específico. Quatro estudos independentes, incluindo o Gas Technology Institute e a ASTM, provaram que o SciAps Z tem desempenho equivalente ou superior à tecnologia Spark OES. Esses estudos geralmente incluem testes em campo com Spark OES e LIBS portátil, com amostras removidas para testes laboratoriais externos. Em todos os estudos, a precisão e a exatidão do LIBS portátil estiveram no mesmo nível do Spark OES. As principais refinarias estão implantando-os para testes de carbono, assim como as empresas de inspeção que apóiam seus programas NDT/PMI. As aplicações mais comuns para análise de carbono são aços para dutos para teor de carbono e equivalentes de carbono, verificação de aço inoxidável de grau L e H e, mais recentemente, análise de elementos residuais (API 751). Há um uso crescente de LIBS portátil para estudos de corrosão sulfídica, para verificar se o teor de silício é < 0.1% em aços carbono. A indústria de energia usa a tecnologia extensivamente para estudos de corrosão acelerada por fluxo para verificar o teor de cromo no aço na faixa de 0.03%. Os encargos regulatórios sobre raios X portáteis tornam o LIBS portátil uma alternativa atraente. Na indústria de sucata e reciclagem, também há um interesse crescente em usar analisadores LIBS para medir os chamados elementos contaminantes, incluindo o lítio, na sucata de alumínio e o teor de carbono no aço. Embora o XRF seja o melhor analisador para classificação de ligas de alumínio, a SciAps recomenda o uso do LIBS em aplicações de nicho, inclusive para medir carbono, boro, berílio e lítio, que são elementos que o XRF não pode medir. O SciAps Z para carbono em aços e inoxidáveis : Tecnologia portátil comprovada com quase 600 instalações em todo o mundo.

Histórias de demonstração verdadeiras do campo

2 dias acendem OES vs. apenas 3 horas com LIBS

‍Eles haviam previsto dois dias para testes, já que precisavam erguer uma torre de 100 metros com OES. Em vez disso, eles terminaram o trabalho em apenas três horas com nosso analisador portátil LIBS.

Z-200 resolve o mistério no aço inoxidável

‍Localização: Texas. Fomos chamados para fazer alguns testes de alguns materiais do mundo real com uma grande empresa de inspeção…

Testando em um local apertado Aqui está uma ótima história da linha de frente dos testes de aço inoxidável no Japão, cortesia de nosso Gerente de Aplicações na Ásia-Pacífico.

O dia em que a LIBS venceu a OES

‍Aqui está outra história de carbono e oportunidade de aprendizado, cortesia de nosso gerente EMEA Jeroen.

O LIBS portátil funciona ao vento?

‍Recebemos essa pergunta o tempo todo e não conseguimos entender por que o vento é um problema. Então, uma partida de golfe nos fez pensar em algumas histórias de demonstração que ouvimos na estrada.

Demonstrações abaixo

‍Para cada teste, calculamos e exibimos automaticamente a Equivalência de Carbono, CE = C% + Mn%/6 + (Cr% + Mo% + V%)/5 + (Cu% + Ni%)/15. Os resultados aqui foram muito repetíveis e combinaram perfeitamente com as peças certificadas do cliente.

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