Por Marlene Gasdia-Cochrane, Redactora
Con las crecientes regulaciones en seguridad, fiabilidad, trazabilidad y cumplimiento normativo, la verificación de materiales se ha convertido en un componente esencial en un programa de seguridad y fiabilidad en todos los mercados de fabricación y energía.
Mientras que las especificaciones de los materiales utilizados en la industria son cada vez más específicas, la necesidad de realizar diversas pruebas de PMI sobre el terreno no ha dejado de aumentar. Los analizadores portátiles XRF, OES y LIBS son tecnologías comunes utilizadas para determinar análisis rápidos, precisos y fiables. Cada una de las tecnologías ofrece sus propias ventajas y proporciona al usuario un análisis cualitativo y cuantitativo de la composición del material. El término común utilizado en la industria para realizar cualquiera de estas técnicas se conoce como Identificación Positiva de Material (IMP). Las tres tecnologías se utilizan de diversas formas para garantizar el cumplimiento de un programa de gestión de calidad. Algunos ejemplos son:
- Verificación del material entrante para garantizar que los productos o componentes son de la aleación correcta.
- Fabricación para garantizar que el componente soldado y sus metales de aportación son de la aleación correcta y cumplen los requisitos de material especificados.
- Clasificación e identificación de materiales desconocidos o mal marcados para garantizar que se utiliza el material correcto para el proceso especificado.
- Aplicaciones retro-PMI en proceso para verificar que el material actualmente en proceso cumple las especificaciones requeridas.
Comprender las limitaciones y diferencias de cada una de estas técnicas es fundamental a la hora de realizar análisis de materiales. El analizador puede utilizarse en una amplia gama de componentes de muchas industrias. Se utilizan sistemáticamente tanto en programas de producción como de gestión de integridad de activos en petroquímica, refino, generación de energía, fabricación, farmacéutica, nuclear y aeroespacial. Estos programas de verificación ayudan a eliminar las costosas mezclas de materiales deshonestos, a identificar materiales desconocidos, a mejorar la calidad de los productos y a evitar lesiones y pérdidas de vidas humanas. Cada programa de verificación tendrá requisitos diferentes a la hora de identificar el material que debe analizarse. Cada aleación o material tendrá diversos requisitos y restricciones elementales. Comprender cada técnica ayudará a determinar qué tecnología utilizar para verificar el material.
Fluorescencia de rayos X
La fluorescencia de rayos X (XRF ) es el método de ensayo no destructivo (END) más utilizado y ofrece al usuario un analizador portátil de mano que proporciona resultados rápidos y precisos. Los analizadores XRF portátiles utilizan un tubo de rayos X para emitir un haz de rayos X en una muestra, excitando los electrones y desplazándolos de la capa interna. La vacante de la capa interna se sustituye por un electrón de la capa externa. Cuando este electrón llena la vacante de la capa interna, libera energía en forma de rayos X secundarios. Esta liberación de energía secundaria se conoce como fluorescencia. Cada elemento presente emitirá características energéticas únicas de sí mismo. Midiendo la característica única de la energía liberada emitida por la muestra es posible determinar qué elementos están presentes. Esto se denomina análisis cualitativo. A continuación, midiendo las intensidades de la energía única y aplicando factores de corrección, es posible medir la cantidad de cada elemento presente en la muestra. Esto se denomina análisis cuantitativo.
Algunos analizadores XRF son capaces de medir elementos ligeros en bajas concentraciones como Silicio, Fósforo, Azufre, Aluminio y Magnesio. El FRX tiene limitaciones en cuanto a los elementos que pueden medirse. Los elementos más ligeros que el Magnesio no pueden medirse mediante FRX. Esta limitación del XRF hace imposible clasificar materiales como aceros inoxidables de bajo contenido en carbono, acero al carbono y materiales de baja aleación, ya que el carbono no puede medirse con los analizadores XRF. Por ejemplo, el XRF puede medir los elementos necesarios para identificar el acero inoxidable 316, pero no puede medir el carbono necesario para identificar si ese mismo material 316 es de grado L o H. El carbono es el elemento esencial necesario para verificar la calidad de los materiales. El carbono es el elemento esencial necesario para verificar los diferentes grados de los aceros inoxidables, es decir, 316L o 316H.
Espectroscopia de emisión óptica
La Espectroscopia de Emisión Óptica (OES) es un método óptico que puede utilizarse para detectar casi todos los tipos de elementos, incluidos el carbono y los elementos ligeros en una variedad de matrices diferentes, como el acero inoxidable, el níquel, el acero al carbono, etc. La técnica OES se utiliza para clasificar materiales midiendo el elemento carbono, para identificar aleaciones como aceros inoxidables con bajo o alto contenido en carbono, aleaciones bajas como aceros al carbono de las series 41xx, 86xx y 10xx, por nombrar algunas.
Aunque la OES se considera una técnica portátil, sería mejor clasificarla como una técnica transportable. Los instrumentos de OES varían en peso y tamaño dependiendo del fabricante, pero pueden pesar más de 45-60 libras y requieren un tanque de argón que, dependiendo del tamaño del tanque utilizado, también pesaría alrededor de 20 libras. El instrumento y el tanque de argón suelen transportarse en un carro para facilitar su movilidad. Debido al peso y tamaño de este OES móvil de campo, el trabajo en áreas de trabajo elevadas podría requerir asistencia mecánica para elevar un instrumento OES a plataformas de mayor elevación. Además, al realizar un análisis con OES cada muestra a analizar requerirá la preparación de la muestra utilizando una amoladora que utiliza un disco de lijado de óxido de aluminio de circonio para preparar la superficie. La preparación de la muestra es un paso crítico en cualquier análisis de OES y una muestra que no esté preparada adecuadamente producirá resultados indeseables e inexactos.
En la técnica OES, los átomos también se excitan; sin embargo, la energía de excitación procede de una chispa formada entre la muestra y el electrodo del instrumento. A diferencia del XRF, que utiliza un tubo de rayos X para irradiar la muestra, el OES utiliza la energía de una chispa que hace que los electrones de la muestra emitan luz, que se convierte en un patrón espectral. Cada elemento produce un color único de luz óptica. Midiendo la intensidad de los picos en esta luz óptica del espectro, el analizador OES puede producir análisis cualitativos y cuantitativos de la composición del material. Aunque el OES se considera un método de ensayo no destructivo, es necesario preparar la muestra con un dispositivo de lijado mecánico y la chispa deja una pequeña quemadura en la superficie de la muestra que habría que eliminar después del análisis.
Espectroscopia de descomposición inducida por láser
La Espectroscopia de Descomposición Inducida por Láser (LIBS) existe desde hace muchos años y es una técnica utilizada principalmente en equipos de laboratorio. Con los recientes avances tecnológicos, la técnica se ha convertido en un analizador portátil capaz de medir el carbono sobre el terreno para la identificación y clasificación de materiales. Al igual que el OES, el argón sigue siendo necesario para analizar el carbono en un analizador portátil LIBS. En lugar de un depósito de argón externo, un regulador y una conexión de manguera a la unidad OES, el analizador LIBS utiliza un cartucho de argón consumible integrado en el instrumento; y con la batería del analizador, el instrumento pesa menos de 6,5 libras.
La preparación de la muestra sigue siendo necesaria para el análisis, pero el tamaño portátil del instrumento, la amoladora y los discos de lijado pueden guardarse en un pequeño maletín y transportarse a plataformas de trabajo elevadas, zanjas de tuberías y zonas de difícil acceso con un esfuerzo mínimo, lo que proporciona al usuario una verdadera portabilidad sobre el terreno en un analizador de carbono portátil. Una preparación adecuada de la muestra es un paso crítico en el análisis de la misma. Una mala preparación de la muestra producirá resultados no deseados. Con una preparación adecuada de la muestra, el usuario puede obtener resultados rápidos, fiables y precisos. El analizador LIBS puede utilizarse para medir elementos ligeros en bajas concentraciones, como carbono, silicio y aluminio. La capacidad del analizador LIBS permite al usuario clasificar fácilmente aceros inoxidables de grado L y H, aleaciones bajas y aceros al carbono. El instrumento también puede realizar cálculos de carbono equivalente (CE) o elemento residual (RE) programados por el usuario en una interfaz fácil de usar e intuitiva.
La técnica LIBS utiliza un láser pulsado para ablacionar la superficie de la muestra creando un plasma. A medida que el plasma se enfría, los electrones del plasma en enfriamiento se excitan, haciendo que el plasma emita luz. Cada elemento de la tabla periódica produce un pico espectral LIBS único para sí mismo. Utilizando un detector para medir las características únicas de la luz emitida, es posible detectar qué elementos están presentes en la muestra. Midiendo los picos de luz y sus intensidades en la muestra, se puede determinar rápidamente la composición química y cuantificarla en concentraciones porcentuales ponderadas (%), o partes por millón (PPM).
Conclusión
Existen varias tecnologías precisas y viables para realizar análisis químicos sobre el terreno. Las tecnologías XRF, OES y LIBS ofrecen al usuario una opción portátil para verificar o clasificar el material. Comprender las diferencias y limitaciones de cada una de estas tecnologías ayudará al usuario a elegir el instrumento que cumpla los requisitos específicos del material que se está analizando.
¿Aún no está seguro de qué analizador elemental es el adecuado para sus necesidades? Consulte esta Guía de selección de analizadores XRF y LIBS portátiles.
Recursos adicionales
- Descargue nuestro eBook gratuito : Guía práctica para mejorar los procesos de fabricación de acero y los métodos de producción
- Visite nuestro centro de Mejora de los procesos de fabricación y producción de acero
Nota del editor: Este artículo se publicó originalmente el 20 de agosto de 2019, con la firma de James Terrell, pero se han corregido los enlaces rotos, se ha eliminado el evento obsoleto y se han actualizado la imagen y los encabezados de la página.
Deja un comentario