¿Qué es XRF para pruebas PMI?

Ha habido muchos inventos verdaderamente revolucionarios a lo largo de la historia, el telégrafo, la rueda, la penicilina, los celulares y el XRF portátil.  

El XRF portátil realmente ha hecho mucho por la identificación positiva de materiales (PMI). Por eso, es importante que los fabricantes comprendan cómo funciona y por qué se utiliza.  

En este artículo, vamos a explorar:

¿Qué es la fluorescencia de rayos X portátil (XRF)?

XRF portátil, o fluorescencia de rayos X, es una técnica popular que se utiliza para determinar la composición de un material (a menudo una aleación de metal). Este proceso se denomina identificación de material positiva (PMI). Los analizadores XRF portátiles utilizan rayos X para excitar átomos dentro de una aleación y producir rayos X secundarios que son característicos de elementos particulares. Los rayos X secundarios son recopilados y procesados por el detector que, a su vez, muestra los resultados en una pantalla. Los resultados generalmente serán la química y / o el grado de aleación del material metálico que se está probando. XRF es la tecnología más utilizada para la identificación positiva de materiales.

Grados de aleación

Hay literalmente miles de grados que han sido documentados por el Sistema de Numeración Unificado (UNS) para metales y aleaciones. Los grados de aleación son como recetas para cada material metálico.   Esencialmente, el metal base, como el cobre o el acero, se une con elementos especiales para agregar o ajustar las propiedades del metal. Por ejemplo:  

• El cromo y el níquel se agregan al acero inoxidable para resistir la corrosión y prevenir la oxidación.
• El molibdeno, frecuentemente se agrega al acero y al hierro por su dureza y resistencia a la tracción.
• Se agrega cobre al aluminio para aumentar la resistencia.
• Se agrega berilio al cobre para aumentar la dureza y la resistencia.

  Para garantizar que las recetas de aleación como las anteriores contengan la cantidad correcta de elementos, el análisis elemental (PMI) se puede realizar con tecnología de rayos X fluorescente de mano.

¿Cómo funciona la fluorescencia de rayos X?

Cómo identifica los materiales un analizador XRF:

1. Los rayos X primarios son producidos por la fuente y penetran en la superficie de la muestra. (A veces, los rayos X pasan a través de un filtro para modificar el haz de luz).
2. Los rayos X chocan con los átomos de la muestra, lo que genera rayos X secundarios. Esto se debe a que cuando los rayos X primarios de alta energía impactan en un átomo, el equilibrio del átomo se altera.
3. Un electrón (una partícula cargada negativamente que orbita el átomo) se dispara y crea un espacio vacío alrededor del átomo. Esto hace que el átomo sea inestable.
4. Para recuperar la estabilidad, un electrón de un nivel de energía superior ocupa el lugar del electrón expulsado. El exceso de energía del electrón que se mueve entre dos niveles de energía se emite como rayos X secundarios.
5. La radiografía secundaria es distintiva del elemento en particular.
6. A continuación, el detector recopila los rayos X secundarios y el analizador los procesa. Esto produce un espectro que revela el pico de intensidad de cada rayo X en comparación con su energía.
7. La energía máxima identifica el elemento. La intensidad máxima descubre la cantidad de elemento presente.
8. El analizador, entonces, calcula la composición elemental del material.

¿Por qué es importante XRF?

La fluorescencia de rayos X es uno de los métodos más utilizados para probar aleaciones metálicas. Es crucial que XRF sea preciso porque el PMI adecuado previene desastres.    

Identificación positiva de material (PMI)

La identificación positiva del material, o PMI, se realiza mejor con la formación y la técnica adecuadas. PMI verifica todas las estructuras que nos rodean. Sin las pruebas de PMI adecuadas, cosas como perforadoras de petróleo, dispositivos médicos, motores, aviones, vehículos, puentes, electrónica y maquinaria corren el riesgo de contener piezas defectuosas. PMI verifica que las partes metálicas que componen nuestro mundo no se corroan, rompan, sobrecalienten ni envenenen el medio ambiente.    

XRF para identificación de material positiva

Con la ayuda de tecnología XRF precisa y accesible, se puede realizar un PMI diligente. En otras palabras, los analizadores XRF ayudan a mantener nuestro mundo intacto. Es un método establecido de prueba de PMI.    

¿Cuándo usar un analizador XRF portátil?

Como mencionamos anteriormente, las pruebas cuidadosas de PMI son absolutamente cruciales, eso significa que, cada vez que el metal cambia en la cadena de suministro, debe ser probado.   Los puntos de la cadena de suministro de metal pueden incluir: de chatarra a la fundición, de fundición a piezas de fabricante, de fabricante a refinería o avión, e inspección de piezas en servicio durante auditorías de mantenimiento o seguridad.

Las ventajas y desventajas de usar un analizador XRF para PMI.

El uso de un XRF portátil para la identificación positiva de materiales viene acompañado de varios beneficios. Después de todo, es la forma de prueba PMI más utilizada.    

Ventajas

• Un XRF portátil no es destructivo. Eso significa que no destruye la muestra en absoluto. Sin marcas en el metal.
• Es uno de los métodos más rápidos de prueba de PMI. Las pruebas se pueden realizar en segundos en el campo.
• Un XRF de mano es extremadamente portátil. El dispositivo se mueve muy fácilmente y puede llegar a lugares inaccesibles para otros dispositivos.
• Un XRF portátil es esencialmente una tecnología de apuntar y disparar que puede analizar una variedad de diferentes tipos de materiales.
• Tiene mayor sensibilidad. Un XRF portátil puede probar concentraciones más bajas de elementos que otras herramientas PMI.
• Dependiendo del fabricante, el software puede ser fácil de usar. El analizador facilita la obtención de resultados de pruebas.
• El uso de un XRF de mano para identificar el metal en segundos definitivamente sirve como un recordatorio de que estamos en una nueva era de tecnología. Es portátil, fácil de usar y rápido.

Desventajas

• Un XRF de mano utiliza radiación ionizante para analizar una muestra. Esto puede resultar peligroso si el usuario no ha recibido la formación adecuada.
• La mayoría de los Estados y países regulan el uso de la tecnología XRF. Debido a que utiliza radiación ionizante, todos los Estados y países requieren que los dispositivos XRF estén registrados. La rigurosa capacitación requerida y el monitoreo del uso de XRF de mano del personal también pueden generar dolores de cabeza y responsabilidades.
• Un XRF portátil puede ser frágil y costoso de reparar. Los tubos de rayos X y los detectores de deriva de silicio no son baratos.
• Tiene problemas para probar elementos ligeros. Para elementos como litio (Li), carbono (C), magnesio (Mg), aluminio (Al) y silicio (Si), es mejor usar tecnologías como LIBS u OES para obtener los mejores resultados.
• La facilidad de los resultados con el “apuntar y disparar” puede llevar a que el material se identifique incorrectamente. El entrenamiento y la técnica inadecuados no evitan que se muestre un resultado en la pantalla. El hecho de que vea un resultado no significa que sea el resultado correcto.
• Los tiempos de prueba variables pueden dar lugar a materiales mal identificados. Agregar otra variable como el tiempo de prueba permite al operador decidir cuándo detener la prueba, lo que genera resultados inconsistentes. Una pistola XRF capaz de probar elementos ligeros, a menudo necesita tiempo para cambiar de modo a fin de ver elementos como Al y Si. Si no espera eso, obtendrá un resultado incorrecto.

Errores comunes que se deben evitar al usar XRF portátil para pruebas PMI

• Falsos positivos. El hecho de que haya obtenido un resultado en la pantalla no lo convierte en el resultado correcto. Hay que comprender la técnica y cada una de las siguientes variables que pueden afectar sus pruebas:
  • Sin preparación de muestras. XRF es una técnica de superficie, por lo que si su metal está sucio, oxidado o recubierto, el dispositivo leerá la suciedad, el óxido o el recubrimiento, así como el metal base. Siempre es mejor disparar un metal base limpio siempre que sea posible.
  • Cambio de tiempos de prueba. Mantener presionado el gatillo hasta que vea el resultado que espera es una receta para el desastre. Algunos elementos, especialmente los más ligeros como Mg y Si, tardan mucho más en leerse en el XRF portátil. La prueba de la misma muestra durante 5, 15 y 30 segundos, puede producir 3 resultados diferentes. Independientemente del material que esté probando, siempre es mejor utilizar los mismos tiempos de prueba exactos dentro de un grupo de matriz para garantizar resultados de prueba consistentes.
  • Sin mantenimiento. Al igual que una muestra sucia puede afectar los resultados, también puede hacerlo una ventana de XRF portátil sucia. Asegúrese de tener una ventana limpia cuando pruebe sus muestras de metal.
• Uso inseguro. El XRF portátil utiliza radiación ionizante para proporcionar resultados de prueba, si decides disparar una muestra en su mano o en su rodilla, sepa que ~ 12 disparos (según la marca / modelo) pueden superar el límite de exposición recomendado de 5 rems por año.