便攜式X射線熒光光譜分析儀具有操作簡(jiǎn)單、分析快速和對(duì)樣品無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于金屬生產(chǎn)、加工和工業(yè)管道安裝工程質(zhì)量控制。但對(duì)部分合金材料檢測(cè)時(shí)，銅、錳、鈦、釩和鋁等元素結(jié)果，出現(xiàn)－15%以上偏差。當(dāng)材料中釩、鈦等含量較低時(shí)，有檢測(cè)不到的現(xiàn)象，嚴(yán)重干擾檢測(cè)人員判斷。為解決這些問(wèn)題，經(jīng)長(zhǎng)期檢測(cè)積累和試驗(yàn)，提出兩種控制檢測(cè)誤差的手段：①優(yōu)化樣品和檢測(cè)環(huán)境。②以幾種特征元素檢測(cè)結(jié)果作為判定指標(biāo)，直接確定材料種類、牌號(hào)。

1、碳鋼、合金鋼檢測(cè)誤差控制（1）碳鋼檢測(cè)誤差控制。常用的碳鋼以GB/T699、GB/T700和GB/T701推薦牌號(hào)為主，其中Q235系例、20#、35#、45#等最普遍。成分由鐵基及碳、硅、錳、磷和硫5種常規(guī)元素及少量雜質(zhì)構(gòu)成。光譜儀檢測(cè)碳鋼，有兩種機(jī)型，一種全元素檢測(cè)儀，能快速檢測(cè)樣品中的金屬和非金屬元素成分，另一種只檢測(cè)樣品中金屬元素成分。全元素光譜儀檢測(cè)時(shí)，樣品中各元素被高能射線激發(fā)，非金屬元素被激發(fā)后，特征譜線很不穩(wěn)定，容易被空氣吸收，加之量少，譜線強(qiáng)度弱，檢測(cè)器吸收到的熒光量少，結(jié)果偏低。為減少誤差，對(duì)樣品表面深度清潔，顯金屬光澤，同時(shí)配備99.99%氬氣保護(hù)激發(fā)元素充分吸收。為使分析準(zhǔn)確，對(duì)檢測(cè)樣品和環(huán)境有嚴(yán)格要求，需攜帶氬氣，造成操作不便，使全元素光譜儀使用有限。而金屬元素檢測(cè)儀使用更廣泛，檢測(cè)碳鋼時(shí)，結(jié)果顯示鐵、錳及雜質(zhì)合金成分，識(shí)別不出牌號(hào)。但成分與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，誤差較大。選取20#、Q235B和45#鋼，用科邁斯K-1688便攜式X射線熒光合金光譜分析儀，25℃室溫，檢測(cè)25s，與試驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果比對(duì)，結(jié)果如表1所示。

為減少碳鋼檢測(cè)誤差，用改善樣品表面粗糙度和優(yōu)化檢測(cè)環(huán)境加以控制。樣品用400目金相砂紙打磨出5cm×5cm檢測(cè)窗口，金屬光澤，表面粗糙度值Ra≥0.25μｍ，優(yōu)化檢測(cè)條件：無(wú)強(qiáng)電磁干擾，溫度25℃，檢測(cè)25s。再次對(duì)處理后的20#、Q235B和45#樣品光譜檢測(cè)，錳含量分別為：0.40，0.38，0.50，誤差下降明顯。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定碳鋼錳含量在0.25%～1.00%之間，對(duì)合金光譜檢測(cè)儀而言，檢測(cè)出的錳含量在此區(qū)間，無(wú)論用何種方法控制，都只顯示碳鋼，不能識(shí)別具體牌號(hào)，但當(dāng)碳鋼、合金鋼混料時(shí)用光譜儀分類不失為一種好辦法。錳成分偏低主要由3方面原因引起：①檢測(cè)環(huán)境和樣品制備不規(guī)范。②儀器本身，射線能量大，樣品被激發(fā)后，產(chǎn)生特征譜線極易被外界吸收。③鋼中錳、鐵兩元素被激發(fā)后互相干擾。從元素周期表中可知，錳、鐵原子序數(shù)分別為25、26，特征譜線突變值分別是：25Mnγk＝8.07，Jk＝0.876，26Feγk＝7.87，Jk＝0.873，錳、鐵Jk線吸收差0.003，樣品激發(fā)后，鐵Jk線與錳Jk線互相干擾，加之碳鋼中鐵含量≥98%，而錳含量≤1.00%，被激發(fā)后錳熒光量較鐵少，被吸收錳譜線少，使錳成分值偏低。

（2）合金鋼檢測(cè)誤差控制。按合金含量高低，合金鋼分高、低合金鋼。低合金鋼中除鐵基外，各合金成分≤2.00%，典型的如40Cr、Q345、15CrMo及12Cr1MoVG等，其成分在碳鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素，大大改善材料性能。高合金鋼根據(jù)加入合金種類和量的不同，形成繁多的體系和牌號(hào)，如生產(chǎn)、生活中應(yīng)用較多的18－8型奧氏體不銹鋼。合金光譜儀對(duì)其檢測(cè)時(shí)，能檢測(cè)出合金含量在0.05%以上的成分，儀器對(duì)比后，顯示材料成分及牌號(hào)。樣品中銅、錳、鈦、釩和鋁元素含量較低時(shí)，可能沒(méi)有顯示值，或顯示值嚴(yán)重偏低，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合金成分下限。特別是檢測(cè)點(diǎn)5m范圍內(nèi)有焊接作業(yè)，或樣品表面溫度超過(guò)55℃，檢測(cè)V（釩）含量≤2.00%樣品時(shí)，V（釩）成分很難檢測(cè)到。以鍋爐管12Cr1MoVG為例，常規(guī)檢測(cè)，不管如何處理樣品表面和增加檢測(cè)時(shí)間，V（釩）含量顯示均≤0.06%，而Cr、Mo兩種元素顯示正常。

     控制低合金鋼檢測(cè)誤差，一是通過(guò)改善檢測(cè)環(huán)境：清潔樣品，溫度在5～35℃之間，停止檢測(cè)點(diǎn)5m范圍內(nèi)焊接作業(yè)，檢測(cè)25s，重復(fù)檢測(cè)，數(shù)據(jù)有較好的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性。二是根據(jù)Cr，Mo成分顯示，確定材料牌號(hào)，即當(dāng)檢測(cè)多次Cr、Mo含量穩(wěn)定，有0.05%以上V（釩）顯示（釩標(biāo)準(zhǔn)值0.15%～0.25%），雖偏差很大，也可以判定材質(zhì)V（釩）成分滿足要求。但最好對(duì)同期采購(gòu)和同規(guī)格、型號(hào)余料復(fù)測(cè)，以旁證檢測(cè)結(jié)論。

   合金檢測(cè)儀無(wú)法檢測(cè)非金屬元素，便無(wú)法識(shí)別以碳含量多少定系例牌號(hào)的材質(zhì)，如低合金鋼30CrMoA、35CrMo，兩者Cr（0.80%～1.10%），Mo（0.15%～0.25%）含量一致，碳含量略有差異。高合金奧氏體不銹鋼S30403/S30408、S31603/S31608等之類，合金成分一致，僅以碳含量高低區(qū)分牌號(hào)，僅憑光譜合金成分無(wú)法準(zhǔn)確判定具體牌號(hào)。

對(duì)這類誤差控制，從幾方面進(jìn)行：①對(duì)允許破壞的樣品進(jìn)行全定量檢測(cè)，根據(jù)定量分析結(jié)果找對(duì)應(yīng)牌號(hào)。②若在石油、石化行業(yè)，按石化標(biāo)準(zhǔn)SH3501－2013和中國(guó)石化建[2015]495號(hào)文件，均未強(qiáng)制要求檢測(cè)非金屬含量，只要合金成分合格，就判定材料合格。石油、石化行業(yè)這一規(guī)定依據(jù)：①建立動(dòng)態(tài)合格供應(yīng)商制度，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)供貨品質(zhì)。②從冶煉技術(shù)發(fā)展來(lái)分析，熔煉在線分析是大型鋼廠的標(biāo)準(zhǔn)配置，成分控制較好。加之近年鋼材去產(chǎn)能，小冶煉廠、地條鋼廠關(guān)停，劣質(zhì)鋼材大幅減少�；�于此，只檢測(cè)金屬元素即可，就不用糾結(jié)是否有非金屬成分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)合金鋼中鉻、鎳和鉬等成分合格，直接判定材料合格。

   隨著制造成本上漲和冶煉水平提高，廠家一般會(huì)把錳、鉻、鎳、鉬和鈦等成分控制在標(biāo)準(zhǔn)允許值下限。以某化工廠乙炔爐管為例，設(shè)計(jì)為美標(biāo)321（國(guó)標(biāo)對(duì)應(yīng)08Cr19Ni11Ti），一次檢修時(shí)，對(duì)3支爐管光譜檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。

從表中看出，鉻、鎳含量低，不滿足GB/T14976－2013要求，但結(jié)合GB/T222－2012對(duì)數(shù)據(jù)誤差處理，鉻、鎳含量≥10.00%時(shí)，允許偏差±0.3%，鉻、鎳含量滿足要求。鈦含量與碳有6×C%～0.80%的關(guān)系，在不能確定碳含量的情況下，只要鉻、鎳成分合格，檢測(cè)成分有中少量鈦，直接判定材料合格。

2、檢測(cè)條件對(duì)數(shù)據(jù)誤差的影響

（1）檢測(cè)時(shí)間對(duì)結(jié)果影響體現(xiàn)在兩方面：①X射線管衰減程度，設(shè)備累計(jì)使用小于1 000h，靈敏度高，6s內(nèi)能出準(zhǔn)確結(jié)果。使用到2 500h后，射線管衰減增大，檢測(cè)時(shí)間小于15s時(shí)，數(shù)據(jù)誤差明顯增大，將檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)調(diào)整為25s以上，結(jié)果準(zhǔn)確性提高。②樣品本身對(duì)檢測(cè)時(shí)間要求，檢測(cè)合金含量低的材料和輕金屬元素時(shí)，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)設(shè)置在25s以上，能獲得較準(zhǔn)確結(jié)果。隨著設(shè)備使用年限較長(zhǎng)，檢測(cè)時(shí)間還應(yīng)增加。

（2）檢測(cè)環(huán)境的影響。3種環(huán)境下檢測(cè)，數(shù)據(jù)誤差大：①?gòu)?qiáng)磁環(huán)境。檢測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)5m范圍內(nèi)有焊接作業(yè)，成分顯示異常，甚至出現(xiàn)亂碼，是因?yàn)楹附痈哳l電弧對(duì)熒光吸收造成干擾，檢測(cè)強(qiáng)磁設(shè)備時(shí)，結(jié)果也會(huì)異常，針對(duì)這類誤差，應(yīng)停止焊接作業(yè)，關(guān)閉強(qiáng)磁設(shè)備。②溫度。設(shè)備說(shuō)明書(shū)介紹，適用溫度-10～50℃，實(shí)際上，理想檢測(cè)溫度為5～35℃，環(huán)境溫度在38～45℃時(shí)，應(yīng)減少檢測(cè)次數(shù)，每檢測(cè)50次左右，停機(jī)15min。樣品表面高于60℃時(shí)，不能檢測(cè)。③濕度。設(shè)備內(nèi)光、電元件對(duì)干濕度要求較高，雨、霧天檢測(cè)，做好防護(hù)措施。設(shè)備不用時(shí)，放置于干燥劑環(huán)境，做好平時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，減少設(shè)備不穩(wěn)定帶來(lái)誤差。

3、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下，便攜式X射線熒光光譜儀型號(hào)多，但基本原理一樣，針對(duì)繁雜的材料品種，檢測(cè)人員在具備一定金屬材料知識(shí)基礎(chǔ)上，應(yīng)用文中提到方法，就能快速，準(zhǔn)確的檢測(cè)出結(jié)果。當(dāng)然檢測(cè)是集材料學(xué)、理化等專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累的技術(shù)，不可能一文解全面，希望通過(guò)本文的敘述和分析，能減少檢測(cè)誤差，提高檢測(cè)水平。