การวิเคราะห์ Low Carbon Steel ด้วย Handheld LIBS

Low Carbon Steel หรือเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เป็นกลุ่มเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับ Medium Carbon Steel และ High Carbon Steel จึงมักมีความเหนียว ขึ้นรูปง่าย และเชื่อมได้ง่ายกว่าเหล็กคาร์บอนสูง

ในงานทั่วไปอาจพบการอธิบายว่าเหล็กคาร์บอนต่ำมีคาร์บอนประมาณ ไม่เกิน 0.25% หรืออยู่ในช่วงใกล้เคียง แต่ไม่มีตัวเลขเดียวที่ใช้แทนข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ทุกประเภทได้

ขอบเขตคาร์บอนที่ยอมรับได้จริงต้องพิจารณาจากมาตรฐานผลิตภัณฑ์ เกรดเหล็ก รูปแบบผลิตภัณฑ์ ความหนา และข้อกำหนดของโครงการ ตัวอย่างเช่น เหล็กแผ่น เหล็กลวด ท่อ หน้าแปลน และชิ้นส่วนโครงสร้างอาจใช้ข้อกำหนดคนละชุด

Low Carbon Steel กับ Low Alloy Steel เหมือนกันหรือไม่

ไม่เหมือนกัน คำว่า Low Carbon Steel อธิบายวัสดุจากปริมาณคาร์บอนในระดับต่ำ ส่วน Low Alloy Steel อธิบายเหล็กที่มีการเติมธาตุผสมอื่น เช่น โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม หรือวานาเดียมในปริมาณที่กำหนด

เหล็กบางเกรดอาจมีทั้งคาร์บอนต่ำและเป็น Low Alloy Steel ได้ในเวลาเดียวกัน ดังนั้นการระบุวัสดุจากคาร์บอนเพียงค่าเดียว อาจยังไม่เพียงพอ ต้องตรวจธาตุผสมอื่นตามข้อกำหนดด้วย

คาร์บอนเป็นหนึ่งในธาตุที่มีอิทธิพลต่อสมบัติของเหล็กมากที่สุด แม้ปริมาณจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ก็สามารถส่งผลต่อความแข็ง ความแข็งแรง ความเหนียว การขึ้นรูป และพฤติกรรมระหว่างการเชื่อมได้

หากคาร์บอนสูงกว่าที่คาดไว้จะเกิดอะไรขึ้น

• วัสดุอาจมีความแข็งสูงกว่าที่กระบวนการผลิตกำหนด
• การดัดหรือขึ้นรูปอาจเกิดรอยแตกร้าวได้ง่ายขึ้น
• บริเวณ Heat-Affected Zone อาจมีความแข็งเพิ่มขึ้น
• อาจต้องปรับอุณหภูมิ Preheat และขั้นตอนการเชื่อม
• อาจไม่ผ่านข้อกำหนดด้านองค์ประกอบของเกรด
• ชิ้นส่วนอาจไม่เหมาะกับสภาวะการใช้งานที่ออกแบบไว้

LIBS ย่อมาจาก Laser-Induced Breakdown Spectroscopy เป็นเทคนิควิเคราะห์ธาตุที่ใช้เลเซอร์แบบพัลส์ ยิงลงบนพื้นที่ขนาดเล็กของผิวตัวอย่าง

พลังงานจากเลเซอร์ทำให้เนื้อวัสดุปริมาณเล็กน้อยระเหย และก่อตัวเป็นพลาสมา อะตอมและไอออนภายในพลาสมาจะถูกกระตุ้น ก่อนปลดปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะของแต่ละธาตุ

ระบบสเปกโตรมิเตอร์รวบรวมและแยกแสงดังกล่าว จากนั้นซอฟต์แวร์ใช้ Calibration Model คำนวณความเข้มข้นของคาร์บอนและธาตุผสมที่เครื่องรองรับ

ทำไมการวิเคราะห์คาร์บอนจึงใช้ก๊าซอาร์กอน

อากาศรอบจุดวิเคราะห์สามารถรบกวนการสร้างพลาสมา และการตรวจวัดสัญญาณของคาร์บอน เครื่อง LIBS สำหรับ Carbon Analysis จึงมักใช้ก๊าซอาร์กอนความบริสุทธิ์สูง เพื่อแทนที่อากาศบริเวณหัววิเคราะห์

อาร์กอนช่วยให้สภาวะพลาสมามีความเสถียรมากขึ้น และสนับสนุนการตรวจวัดคาร์บอนที่ความเข้มข้นต่ำ ผู้ใช้งานต้องตรวจสอบปริมาณ ความดัน ความบริสุทธิ์ และการไหลของอาร์กอนตามข้อกำหนดของเครื่อง

การประเมินความสามารถในการเชื่อมไม่ควรพิจารณาคาร์บอนเพียงธาตุเดียว เพราะแมงกานีส โครเมียม โมลิบดีนัม วานาเดียม นิกเกิล และทองแดงสามารถเพิ่มความสามารถในการแข็งตัวของเหล็กได้

Carbon Equivalent หรือ CE เป็นการรวมผลกระทบของคาร์บอนและธาตุผสมบางชนิดให้อยู่ในค่าประเมินเดียว เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการพิจารณาความสามารถในการเชื่อม ความเสี่ยงต่อการเกิดโครงสร้างแข็งใน HAZ และการกำหนด Welding Procedure

อุตสาหกรรมที่อาจใช้การตรวจคาร์บอนภาคสนาม

LIBS วิเคราะห์เนื้อวัสดุปริมาณเล็กน้อยจากพื้นที่ผิว สภาพผิวจึงมีผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือของผล โดยเฉพาะเมื่อวิเคราะห์คาร์บอนในระดับต่ำ

ปัจจัยควบคุมคุณภาพที่สำคัญ