文档介绍：压力容器材料元素分析
1. 材料元素分析目的与方法
通常以下几种情况需要对压力容器材料进行元素分析:
(1)压力容器制造中的材料复验:为防止重要压力容器的材料用错,或对材料的牌号有疑问时,对材料牌号进行的验证性分析;
(2)在用压力容器主体材料不明,检验中欲查清材料种类或了解某些特性,评价其合用性和安全性,对材料的元素种类和的含量进行分析。
(3)在用压力容器修理需要补焊,查明材料的成分,以便选用合适的焊材和焊接工艺。
(4)在用压力容器检验中,怀疑材料在运行环境下其内表层成分发生变化,例如脱碳、增碳等,需要分析内表层化学成分,以便与正常成份比较,确定是否发生损伤。
(5)在用压力容器检验中,有时需要对腐蚀产物进行分析,以确定腐蚀的性质、原因、发展速率,以及对压力容器运行安全的影响。
以上前三种是宏观材料材料元素分析,后两种是微区和微量物质的元素分析
钢铁材料元素分析的常用方法有原子发射光谱分析法和化学分析法两种。此外,可用于微区和微量物质的元素分析方法还有扫描电镜、电子探针、离子探针、俄歇能谱仪等。本节重点介绍光谱分析法和化学分析法。
2. 原子发射光谱分析法
目前用于原子发射光谱分析的仪器有三类,一类是看谱分析,使用的仪器是看谱镜,一般用于材料中某项合金元素有无的鉴别;另一类是光电式光谱分析,使用的仪器是数字式光谱分析仪,可进行材料成份的定性定量分析;第三种是荧光光谱分析,也可进行材料成份的定性定量分析。
原子发射光谱分析法原理:利用电弧(或X射线或γ射线)激发被分析物质的原子,处于激发态的原子的核外电子会发生跃迁而发光,不同的元素的原子结构不同,核外的能级轨道和电子数也不相同,在受外来能源激发后,各自电子发生跃迁的轨道及轨道间的能级差不同,发射的光子波长也就不同,所以各种元素在一定条件下,都具有自身特征的线状谱(也称标识谱)。因此,根据被分析物质所发射光谱的谱线构成和强度,就可以鉴别出该物质所包含的原子种类和数量。
(1)看谱分析
看谱分析利用的是可见光范围特征谱,波长大致为390~700nm(纳米)。其优点如下:
①应用范围广:对钢、铁、铜、铝及其合金等各种金属材料都能进行分析;
②灵敏度度高:对大多数元素来说,只要有极少的含量(-10ppm)就可以发现该元素的存在;
③不需取样,用便携式看谱镜可以到现场进行分析操作;
④不损坏被分析试样,可直接在压力容器半成品或成品上进行检测;
⑤分析费用低,看谱分析不需要大量的贵重化学试剂和其它辅助材料,且整个分析过程,不需要特殊条件。
⑥最适用于根据某一元素鉴别材料种类的工作,检测速度很快。
其缺点如下:
①分析有局限性:只能鉴定材料中是否含有特定的某一两种元素,无法对材料中全部元素进行检测分析;
②只能鉴定金属元素,不能检测非金属元素;
③分析结果受环境条件、操作技术、人眼睛感光灵敏度等因素的影响大;
④不能定量分析。只能就某一元素与标准试样比对含量高低,且准确性不高;
⑤对仪器调节操作有一定要求,必须由熟练人员操作。
(2)光电式光谱分析
光电式光谱分析是建立在电脑技术和数字电子技术基础上的先进分析方法。光电式光谱分析仪采用全谱设计,D光学元件制作阵列检测器,一次激发即可获得全部元素的谱线信息,检测利用紫外-蓝紫光谱范围,波长大致为170~560nm(纳米)。光信号通过分光、色散、光电转换,变为电信号送入计算机,处理后自动给出被检试样各项元素的含量。
除了价格较高外,光电式光谱分析仪几乎囊括了看谱镜的所有优点,改进了看谱镜的所有缺点,比看谱镜更多的优点列举如下:
①由于仪器采用全谱设计,可获得被分析物质的全部元素的谱线信息,因此能分析各种金属材料,包括钢及铝、钛、镍等数十种合金中的全部元素;
②由于光学系统有效波长包括了紫外范围,所以能检测非金属元素碳、硫、磷等;
③采用电脑控制检测分析全过程,自动化程度高,检测结果基本不受环境条件、操作技术等因素的影响;
④定量分析具有较高的精度。由于被分析物质激发的谱线由专用软件进行分析,保证每一种元素的每一次分析都采用最佳分析线和最佳参考线,且软件可自动消除谱线漂移的影响,从而获得高精度,%%的精度,%%的精度;
⑤操作简单方便,每次检测前无须对仪器进行调校;检测速度极快(10秒-30秒内完成);
⑥仪器电脑可存储相当数量的各种元素的谱线构成,可配置多种定量分析模式软件和牌号分级、混料识别模式软件,(数十种定量分析模式,每一种模式十几种元素),进一步简化操作,提高工作效率;
⑦电脑可内存几千个测试结果,可打印或输出存储;
(3)荧光光谱分析
荧光光谱分析用X射线或γ射线来激发被分析物质的原子发出荧光X射线,通过识别荧