La identificación positiva de materiales (PMI) juega un papel crucial en la fabricación, la producción de hidrocarburos, y los productos de consumo. Hecha la observación anterior, el uso de metales o aleaciones apropiados en el lugar preciso es sumamente importante; pero, también, lo es descartar la presencia de aberraciones en la composición de los materiales (como la contaminación producida por metales pesados).
La fluorescencia de rayos X (XRF) es un método fácil de usar y efectivo para la identificación positiva de materiales en componentes; ya que, es posible confirmar si estos últimos cuentan con el metal o la aleación correcta.
La fluorescencia de rayos X portátil requiere de una preparación de muestra mínima, y ofrece respuestas rápidas. En el caso de la identificación de aleaciones, que es una de las aplicaciones más comunes de XRF, la identificación de los grados puede obtenerse en un período de ensayo tan corto, como de 1 a 2 segundos, con su analizador XRF Vanta™.
Composición de materiales
La fluorescencia de rayos X (XRF) es capaz de cuantificar más del 90 % de los elementos —desde el magnesio hasta elementos más pesados— en la tabla periódica. Esto cubre la gran mayoría de elementos usados en las aleaciones comerciales. La Figura 1 muestra límites de detección representativos1 para elementos comunes de aleación. Con esta capacidad de detección, la fluorescencia de rayos X puede realizar correspondencias positivas de grados en aleaciones de aluminio, aceros inoxidables, aleaciones de cromo-molibdeno, muchos materiales de tuberías y bridas, latones, otras aleaciones de bronce y cobre, soldaduras, aleaciones de titanio, aceros de herramientas, y muchas de las superaleaciones a base de níquel y cobalto.
Figure 1: Límites de detección representativos para elementos comunes de aleación1
Con los analizadores XRF portátiles no es posible medir directamente elementos más ligeros que el magnesio. Entre ellos destacan elementos de aleación como: el litio, el berilio y el carbón. Estos elementos pueden ser relevantes en varias aplicaciones; por ejemplo:
- el litio para aleaciones de aluminio del sector aeroespacial;
- el berilio para algunas aleaciones de cobre, o
- el carbón para varios aceros de baja aleación.
A pesar de ello, el grado de varias de estas aleaciones puede ser identificado en función de la composición de sus otros elementos de aleación. Sin embargo, si es necesario cuantificar estos elementos ligeros, se requerirán otros métodos analíticos.
Condición de muestra
El funcionamiento de los analizadores XRF puede ser resumido de la siguiente forma: (1) los rayos X son emitidos; (2) los rayos X vuelven al detector; (3) la correspondencia completa es aplicada para procesar los datos y (4) se identifican los grados (Figura 2). La fluorescencia de rayos X (XRF) es una técnica de medición de superficies. En aleaciones ligeras, como el aluminio, la fluorescencia de rayos X puede medir algunos cientos de micras desde la parte superior de la muestra. En el caso de metales principales, como el hierro/fierro, se puede medir menos de un ciento de micras de la muestra.Y, para materiales densos, como el oro o plomo, puede medir solo la decena de micras desde la parte superior de la muestra. Por ende, es importante que la superficie del material refleje precisamente la composición completa de elementos. La contaminación superficial, como la pintura, selladores y la galvanización, pueden alterar drásticamente el análisis. Por lo tanto, residuos que permanecen debido a las técnicas de limpieza por chorros de arena a presión, esmerilado, o incluso por suciedad pueden impedir o falsear una identificación positiva de materiales. Es importante que su muestra esté limpia antes de iniciar los ensayos con la técnica XRF.
Figura 2: Proceso de identificación positiva de materiales por fluorescencia de rayos X (XRF)
Los analizadores XRF portátiles utilizan un tubo de rayos X de baja tensión. Debido a que los rayos X emitidos y recibidos son de baja tensión, es importante que el analizador se encuentre bien cerca de la muestra. En el mejor de los casos, la muestra debe encontrarse en contacto directo con la sonda del analizador. Esto puede ser complejo cuando sus muestras presentan una geometría compleja; sin embargo, los analizadores Vanta se dotan de un perfil estrecho, que permite llegar muy cerca de muestras oblicuas, como las bridas soldadas a tuberías bajo condiciones de temperatura de 90 grados.
Temperatura superficial de la muestra
La física de los rayos X por medio de la tecnología de fluorescencia de rayos X permanece, en su esencia, invariable frente a la temperatura de la muestra. Asimismo, el analizador XRF Vanta ha sido desarrollado para ofrecer un funcionamiento fiable e independiente de las variaciones ambientales. El analizador opera bajo condiciones de temperatura que van de –10 °C a 50 °C (de 14 °F a 122 °F) sin presentar deriva térmica o deterioro en el funcionamiento.2
Sin ninguna modificación, los analizadores Vanta pueden medir muestras en temperaturas de aproximadamente 100 °C (212 °F). Por encima de estas temperaturas, la película de polipropileno, que forma parte de la venta de medición del analizador, puede sufrir deterioro. Olympus ofrece una protección distinta para ensayos que deben realizarse en temperaturas calientes. Esta protección incluye una ventana Kapton que permite medir muestras con temperaturas de hasta 315 °C (600 °F).
Conclusión
La fluorescencia de rayos X es un método potente para la identificación positiva de materiales. Gracias a su amplia gama de capacidades analíticas y fácil uso, la identificación positiva de materiales (PMI) puede realizarse de manera rápida y fiable. Los analizadores Vanta además de ayudar a prevenir pérdidas de producción, también, y lo que es más importante aún, ayudan a prevenir lesiones corporales y pérdidas de vida que pueden derivar del empleo inadecuado de un material en un componente.
[1] Límites de detección afectados en función de los tiempos de ensayo, tipo de muestra y combinación de elementos de interferencia. Estos valores pueden considerarse representativos; pero, pueden variar con las muestras y las condiciones de ensayo. Los valores son proporcionados a título de guía.
[2] Con ventilador opcional. El montaje del ventilador está clasificado conforme al grado de protección IP56. Funcionamiento continuo a 33 °C sin el ventilador.
