Лазерные анализаторы металла: как работают LIBS и лазер-искровые системы

Лазерные анализаторы металла относятся к оборудованию, которое используют для оперативного определения химического состава сплавов. Принцип работы основан на взаимодействии мощного лазерного импульса с поверхностью материала. Этот процесс позволяет получить спектр излучения, по которому прибор определяет присутствующие элементы и их концентрации.

В основе метода LIBS лежит формирование микрооблака плазмы. Когда лазерный луч попадает на поверхность, энергия импульса вызывает локальное испарение материала. На долю секунды возникает плазма, содержащая атомы и ионы исследуемого металла. Они излучают свет с длинами волн, характерными для конкретных элементов. Детектор анализатора фиксирует спектр и формирует результат.

Главное преимущество лазерного анализа — возможность определять широкий набор элементов, включая легкие, такие как литий, бериллий, бор, углерод и магний. Это отличает метод от рентгенофлуоресцентного анализа, который не охватывает часть легких элементов. Такая особенность делает LIBS востребованным при анализе сталей, цветных сплавов и материалов, где критично содержание углерода или других низкоатомных элементов.

Точность анализа зависит от стабильности лазерного импульса, качества фокусировки и характеристик детектора. Большинство промышленных приборов оснащены системами контроля энергии импульса, что обеспечивает повторяемость измерений. Время анализа составляет от одной до нескольких секунд, поэтому оборудование подходит для быстрых проверок в производственных условиях.

Работа с прибором не требует подготовки образцов. Для получения корректных данных достаточно обеспечить чистую поверхность и плотный контакт наконечника с деталью. Наличие оксидной пленки или загрязнений может влиять на точность измерений, поэтому в некоторых случаях поверхность слегка очищают перед запуском анализа.

Лазерные анализаторы металла удобны в задачах контроля качества, где нужно подтверждать состав сталей, алюминиевых, магниевых, титанных и никелевых сплавов. Инструмент помогает оперативно определять соответствие нормам, проводить входной контроль материалов, оценивать ремонтные детали и проверять состав продукции на любом этапе производства.

Дополнительные возможности приборов включают автоматическое определение марки сплава по базе данных, сохранение результатов измерений, формирование отчетов и передачу данных в производственные системы. Некоторые модели оснащены защитными кожухами и системами отсечения избыточного света, что повышает стабильность измерений в условиях цеха или открытой площадки.

Подход подходит и для задач, связанных с сортировкой металлолома. Прибор помогает разделять сплавы, похожие по внешнему виду, но отличающиеся по составу. Возможность анализировать легкие элементы делает лазерный спектрометр эффективным при работе с алюминиевыми и магниевыми сплавами, которые часто требуют точного определения марки.

Еще одно направление применения — научные исследования. LIBS позволяет изучать распределение элементов на поверхности материала, проводить многоточечное сканирование и оценивать особенности сложных объектов. Высокая скорость работы и гибкость метода делают его удобным в исследовательских лабораториях.

Метод лазерно-искрового анализа продолжает активно развиваться. Современные приборы становятся компактнее, точнее и функциональнее. Улучшаются алгоритмы обработки спектров, расширяются базы данных и возможности калибровки. Это укрепляет позицию LIBS как универсального инструмента для контроля металлических материалов в производственных и полевых условиях

При подготовке статьи частично использованы материалы с сайта priby.ru - как работают лазерные анализаторы металла.

Источник: Анатолий Валтасар 27 июня 2022