Лазерный анализатор (спектрометр) ЛИС-03 в реестре СИРБ

Определение углерода в сталях

Самым распространенным методом обнаружения углерода в сталях и чугунах является метод оптико-эмиссионной спектрометрии. Источником плазмы в нем является низковольтная или высоковольтная искра. В результате взаимодействия плазмы с атомами анализируемого материала, происходит свечение на разных длинах волн. Через входную щель спектрометра свет попадает на дифракционную решетку, на которой падающий свет разлагается в спектр. Излучение после дифракционной решетки попадает на детекторы, которые предоставляют информацию об интенсивности на каждой длине волны в виде электрических импульсов, которые и обрабатывает программа прибора. На экране прибора показывается результат, как правило, в виде процентного содержания элементов в пробе. Важной частью такого спектрометра также является баллон с аргоном. Это связано с нестабильным горением искры в воздушной среде.
В портативном лазерном анализаторе ЛИС источником появления плазмы и возбуждения электронов является импульсный DPSS лазер c длиной волны излучения 1064 нм сфокусированный в точку диаметром 50 мкм. Чистая оптическая схема без использования оптоволокна в качестве проводника света от разрядной камеры к дифференциальной решетке позволяет обнаруживать линию углерода 193.09 нм и получать линейную зависимость интенсивности от концентрации без использования инертного газа.

Зависимость интенсивности спектральной линии 193.09 нм от концентрации углерода в сталях.

Возможность проводить измерения образцов сталей и чугуна без использования баллонов с газом позволила не только получить достаточно компактный переносной прибор, но и сократить расходы на покупку аргона.
Важным технологическим показателем для сталей является углеродный эквивалент CE (от англ. Carbon Equivalent). Этот показатель позволяет оценить совместное влияние на свариваемость не только углерода, но и других содержащихся элементов. Увеличение содержания в стали углерода (а также марганца, хрома, кремния, молибдена, ванадия, меди и никеля) снижает способность стали сварке. Когда количество вышеупомянутых компонентов велико, то металл шва с большей вероятностью закалится, что приведет к различным свойствам основного металла и металла шва. Такие различия могут привести к серьезным последствиям, так как такое соединение будет не столь пластичным, а значит более склонным к хрупкому разрушению.
Лазерный искровой спектрометр ЛИС умеет рассчитывать углеродный эквивалент и при необходимости выводить результат на экран. Для расчета CE используется формула Деардена и О-Нила, которая принята Международным институтом сварки (International Institute of Welding).
Опираясь на эту формулу, свариваемость стали в зависимости от CE может быть определена как:
<0.35 – отличная,
0.36-0.40 – очень хорошая,
0.41-0.45 – хорошая,
0.46-0.50 – средняя,
>0.50 – плохая.

Важным параметром оценки качества работы измерительного прибора является точность результатов измерений. Для оценки точности результатов, получаемых при использовании лазерного спектрометра ЛИС, были проведены серии измерений комплектов ГСО стали легированной УГ115-УГ119 и ЛГ32д-ЛГ36д. Состав образцов данных комплектов можно найти на сайте производителя ЗАО «ИСО».

Измерения ГСО образцов были проведены при разной рабочей температуре прибора общим количеством 10 раз (10 серий из 5 измерений). Для расчета погрешности измерений использовались усредненные значения, полученные в режиме сравнения с эталоном. Истинным значением принимается величина, указанная в паспорте ГСО как аттестованная характеристика – массовая доля элементов в процентах. В таблицах (1 и 2) представлены отрезки концентраций основных легирующих элементов в сталях, полученная относительная погрешность измерений и СКО. Примеры результатов измерений можно увидеть на скриншотах экрана прибора.

Таблица 1 – Точность и СКО измерений комплекта ГСО ЛГ32д-ЛГ36д

Результат измерения ГСО образца ЛГ32 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца ЛГ32 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца ЛГ33 на анализаторе ЛИС-02
Результат измерения ГСО образца ЛГ33 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца ЛГ34 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца ЛГ34 на анализаторе ЛИС-02
Результат измерения ГСО образца ЛГ35 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца ЛГ35 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца ЛГ36 на анализаторе ЛИС-02
Результат измерения ГСО образца ЛГ36 на анализаторе ЛИС-02

Таблица 2 – точность и СКО измерений комплекта ГСО УГ115-УГ119

Результат измерения ГСО образца УГ115 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца УГ115 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца УГ116 на анализаторе ЛИС-02
Результат измерения ГСО образца УГ116 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца УГ117 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца УГ117 на анализаторе ЛИС-02
Результат измерения ГСО образца УГ118 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца УГ118 на анализаторе ЛИС-02	Результат измерения ГСО образца УГ119 на анализаторе ЛИС-02
Результат измерения ГСО образца УГ119 на анализаторе ЛИС-02

Для калибровки каждого прибора ЛИС-02 измеряется более 300 образцов различных марок сплавов – как цветных, так и черных. К ответу прилагается таблица со списком всех марок. Эти образцы не только используются для калибровки, но и участвуют в создании специальной модели машинного обучения, которая уже работает на каждом ЛИС-02. В настоящее время модель автоматически подбирает оптимальную базу калибровки при съемке очередного образца, а в будущем сможет также рекомендовать наиболее подходящую марку материала.

Производитель постоянно тренируем и совершенствуем модели ИИ, и в ближайшее время будет делиться новостями об обновлениях. А пока мы обращаемся к вам: если у вас есть образцы уникальных марок, отличных от нашего списка, просим связаться со службой поддержки и поделиться результатами измерений или даже самими образцами. Каждый замер – даже выполненный на одном приборе – попадает в модель обучения, что помогает всем пользователям ЛИС-02 точнее определять состав уникальных сплавов.

Давайте вместе сделаем ЛИС-02 ещё лучше, помогайте расширять базу знаний!