Оборудование и технологии для неразрушающего контроля и измерений

Измерение в реальном времени толщины стенок горячекатаных труб

Лазерно-ультразвуковая система (LUT)

Лазерно-ультразвуковой метод используется для измерения толщины стенок горячекатаных труб. Метод оптической пирометрии, используемый этой системой, служит для бесконтактного измерения температуры горячекатаной трубы. Лазерное измерение скорости поможет определить место проведения замера.

LUT - лазерно-ультразвуковая система для измерения в режиме реального времени толщины стенок горячих труб, оболочек и гильз. Система состоит из лазерного блока для генерации ультразвуковых волн бесконтактным методом, детектирующего лазера, подключенного к системе определения отраженной ультразвуковой волны, оптического пирометра для бесконтактного определения температуры, оптического одноосного измерителя скорости для определения положения места, где был произведен замер толщины стенки трубопровода, цифрового блока, который обеспечивает автоматизацию некоторых операций, в том числе сбор, обработку и вывод данных.

Генерирующий и детектирующий лучи лазера высокой мощности направляются на поверхность объекта с соблюдением всех необходимых мер предосторожности при работе с источниками лазерного излучения. Система снабжена всеми необходимыми электрическими преобразователями для обеспечения внутренних мощностных потребностей от одного внешнего источника питания. Установка также оснащена системой охлаждения и системой подачи воздуха для работы в жестких производственных условиях. Система LUT объединяет в себе три технологии:

• Лазерно-ультразвуковой метод для измерения толщины.
• Оптическую пирометрию для бесконтактного измерения температуры.
• Лазерное измерение скорости с целью определения места измерения толщины и длины.

Системы лазерной спектроскопии (LIBS)

Мониторинг состава электролитической ванны цинкования в режиме реального времени

Лазерный импульс высокой энергии нагревает микроскопическую порцию раствора электролизёра до состояния плазмы. Свет, испускаемый при охлаждении плазмы, собирается и анализируется спектрометром, где происходит количественное определение содержания химических элементов.

GalvaLIBS представляет собой прибор, который выполняет непрерывные измерения в режиме реального времени концентрации алюминия и железа по методу LIBS в растворе электролизёра. Основным назначением системы является количественное измерение концентрации растворённых алюминия и железа в цинковом электролизёре линии непрерывного цинкования (CGL).

Система GalvaLIBS определяет степень концентрации алюминия и железа по интенсивности линий в спектре. Одни и те же линии испускания используются как для растворённых, так и для осаждённых частиц. Различие заключается в том, что если образец содержит шлак, то интенсивность линий железа и алюминия значительно выше (до 20 раз). В случае чистого электролизёра (без наличия шлака) химический состав не может варьироваться в таком диапазоне, таким образом, можно легко классифицировать изменения концентраций раствора.

Чтобы произвести измерения образцов, состав которых отражает химический состав в электролизёре, система GalvaLIBS использует керамическую трубку (шланг) для доступа к тестируемому образцу раствора в глубине расплава. В трубку подаётся небольшой расход аргона, который истекает из трубки и таким образом происходит постоянное обновление поверхности объекта тестируемого образца.

Данные замеров системы GalvaLIBS обрабатываются и сохраняются в базе данных. Количество добавок в цинковый электролизёр рассчитывается оператором на основе текущего состояния процесса и изменений за последние 6-48 часов.

Спектроскопия лазерно-индуцированного пробоя (LIBS) представляет собой метод, который позволяет проводить мгновенный химический элементный анализ поверхности объекта. Лазерный импульс высокой энергии нагревает микроскопическую порцию материала объекта до состояния плазмы. Свет, испускаемый плазменной струёй, собирается и передаётся в быстродействующий спектрометр, где происходит количественное определение содержания химических элементов. Генерацию плазмы часто называют «Пробоем» из-за отрыва электрона от атома, а проводимый потом анализ светового пучка называется спектроскопией.

В ходе краткого периода существования (как правило, от 10 до 50 мкс) спектр плазмы проходит через различные фазы, в зависимости от таких параметров, как материал объекта, исходная температура плазмы (сразу же после лазерного импульса) и среда, в которой распространяется плазма (воздух, аргон, азот и др.). В течение первых нескольких сотен наносекунд в плазме содержится большое число свободных электронов, количество которых уменьшается с постоянной скоростью, излучающих непрерывный спектр.

Этот спектр выступает в качестве фона в регистрируемом спектре. По мере охлаждения плазмы электроны вновь захватываются атомами и проходят через множество дискретных промежуточных состояний, которые отделяют уровни атома с высокой энергией от конечных уровней с минимальной энергией. На этой стадии спектр является линейчатым, причём длины волн связаны с высотой соответствующего квантового перехода. Таким образом, эти длины волн («спектральные линии») определяются природой атома, который захватывает электроны. Каждый элемент периодической таблицы характеризуется собственным атомно-эмиссионным спектром, в результате чего можно идентифицировать атомы в плазме путём распознавания спектральных линий, зарегистрированных в пучке плазмы.

Другими словами, каждый элемент излучает различный тип радуги. Все такие радуги регистрируются детектором. Иногда линии двух элементов интерферируют, вследствие чего бывает сложно идентифицировать все линии. Кроме того, хотя с одним атомом ассоциируются тысячи атомных линий, только небольшая часть линий может быть обнаружена методом LIBS. Задача спектроскопии заключается в выборе линий для поиска.