用于无损检测的手持式 LIBS：制造商的突破性技术
发布时间：
2025-11-10 09:01
几乎每个主要的管道所有者/运营商现在要么使用用于 NDT 的手持式 LIBS 来验证他们的材料，要么要求他们的无损 (NDT) 测试承包商使用它。 几乎每个主要炼油厂都使用一台进行碳测试，支持其 PMI/NDT 计划的检验公司也是如此。 我们的访客博客在 制造和金属加工 解释了原因。
金属制造商发现对其钢和合金产品的合金等级和化学成分的验证要求越来越高。 合金验证，也称为材料可靠性鉴定 (PMI)，起源于石油/天然气行业，主要由 API 的 Recommended Practice 578 推动。近年来 PMI 要求已扩展到中游石油和天然气、电力行业、航空航天和其他重型运输. 现在，交通部即将发布“PHMSA Mega Rule”，其中要求对传输管道材料进行碳、锰含量和碳当量 (CE) 测试。对于处理不需要碳含量的合金材料的制造商验证或 CE、PMI 一直是一项相对简单的任务。 手持式 X 射线枪用于分析低合金钢、不锈钢和高温合金已有 30 多年的历史。 它们易于使用，现代枪支只需几秒钟即可完成大多数分析。 挑战在于对碳钢以及 L 级和 H 级不锈钢执行 PMI。
直到 2017 年，火花 OES 一直是现场碳分析的唯一技术。
Mobile spark OES 仍然是一个车载式仪器包，由手持式探头、光谱仪和电子设备盒以及一个 50 磅以上的压缩氩气罐组成。 许多制造商选择信任材料测试报告 (MTR) 或让第三方测试公司执行碳分析，从而避免购买用于碳分析的火花 OES 系统。 这是因为火花 OES 装置在现实场景中不易携带，而且储存和运输氩气高压罐具有挑战性。 许多操作需要将 Spark OES 装置在车间周围、架子或材料堆上、塔上或楼梯上移动，或者在最极端的例子中，通过升降机降低和升高进/出沟渠以进行管道测试。 在许多情况下，在移动 OES 之前，会关闭氩气流。 重新定位分析仪后，重新打开氩气，重新吹扫系统，并重新校准分析仪。 用户表示重新吹扫和重新校准过程需要大约 45 分钟，降低了生产率。除非操作员仅在工作站进行测试，否则用于 NDT 的手持式 LIBS 始终是更好的选择。 LIBS 比 spark OES 更容易运送到不同的地点。 无需额外工作或重新校准，允许测试公司最大限度地利用 LIBS 资产。 无论工作在哪里，LIBS 都会有合适的软件和校准。 新的 LIBS 技术是真正的手持式。 攀爬、爬行、进出管道沟渠轻而易举。 重新吹扫过程需要几秒钟，之后没有重新校准。 操作员只需从一个位置移动到另一个位置并继续测试。
什么是手持式 LIBS，它是如何工作的？
LIBS 是一种类似于火花 OES 的 OES 方法，但使用小型电池供电的激光器取代了笨重的高压交流火花源。 激光代替电火花燃烧到金属中，产生由机载光谱仪分析的光。两项重大技术突破使手持式碳测量成为可能。
- 首先，SciAps 将激光器小型化，制成一个小型、电池供电的装置，可以蒸发高温金属。 关键是脉冲激光的时间特性。 每个激光脉冲的能量约为 6 MJ。 如果连续运行，就是兆瓦级的功率，显然不足以让金属气化。 相反，激光能量脉冲的持续时间约为 1 ns（十亿分之一秒）。 这意味着输送到金属的瞬时功率为 6 MJ 除以 1 x 10-9 秒，因此约为 6 MW。 非常高的功率，在很短的时间内，足以蒸发金属并产生光谱分析所需的等离子体。
- 其次，与火花 OES 相比，我们将氩气消耗量减少了 1,000 多倍。 这里的关键是小直径激光束。 光束直径 < 100 um，因此 LIBS 设备仅需要几 cc 的净化体积，并且该体积在预燃烧期间仅需要几秒钟的净化。 在测试之间，氩气流停止。 体积小加上启动/停止吹扫减少了将氩气供应到手柄中的小罐（直径 1，长约 2 英寸）而不是 50 磅外部罐的需要。 该罐可提供 600 次灼伤。 当平均每个部位 200 次烧伤时，每个罐提供大约 XNUMX 种材料的分析。
用于 NDT 技术采用的手持式 LIBS
SciAps 现在已经完成了使用 SciAps Z 分析仪的碳测试装置的第三年商业出货。 API 推荐规范 (RP) 578 第三版现在包括用于碳测试的手持式 LIBS。在管道方面，四项独立研究证明 SciAps Z 在碳和 CE 方面的性能相当于或优于火花 OES 技术。 几乎每个主要的管道所有者/运营商都将 Z 用于他们的材料，或者要求他们的无损检测承包商使用它。 事实上，SciAps Pipeline App 是在最大的所有者/运营商测试并接受了碳和 CE 的 Z 时诞生的，应用程序中包含特定的测试协议。在下游，几乎每个主要炼油厂都使用 Z 进行碳测试，支持其 PMI/NDT 计划的检验公司也是如此。ASTM 方法正在制定中，预计将于 2020 年完成。
终身培训
碳测试比 XRF 的“傻瓜式”简单性要困难得多。 碳无处不在； 来自土壤、灰尘、皮肤油脂等的任何碳残留物都会产生错误的高测试结果。 操作员接受扎实的培训并了解正确样品制备的重要性至关重要。 出于这个原因，只要公司拥有 LIBS，SciAps 就会提供终身免费培训。
