ARL9900 X射线荧光光谱仪日常故障检修

2020-02-15李彦波秦晓峰杜书涛

设备管理与维修 2020年16期

李彦波，秦晓峰，杜书涛

（河钢集团邯钢技术中心，河北邯郸 056015）

0 引言

ARL9900 X 射线荧光光谱仪是赛默飞世尔公司2005 年推出的光谱分析仪器。该仪器集成了X 荧光和X 衍射技术，主要用于对钢铁、铁合金、矿石、矿物质、耐火材料等多种金属和矿物质内部组分的定性和定量分析。具有操作简便、分析速度快、数据准确、自动化程度高的技术特点，可满足工业生产中快速过程监控和严格质量控制的需要。ARL9900 X 射线荧光光谱仪是一种高精度、高灵敏度的电子分析仪器，其电路系统和电子控制系统都比较复杂，对工作环境要求也比较苛刻。

1 ARL9900 X 射线荧光光谱仪简介

ARL9900 X 射线荧光光谱仪可分析元素周期表中B～U的83 个元素。高精度的莫尔条纹定位机构能够对钢铁、铝、炉渣、烧结矿、矿石、耐火材料等金属和矿物质固体样本进行快速准确定性和定量分析，特别对于粉末压片样具有更高的分析效率和准确性。根据对灵敏度和待测样品量的不同，光谱仪可以选择1200 W、2500 W、3600 W、4200 W 等不同的运行功率。

ARL9900 采用全数字式智能化电子控制系统，整个仪器由8 个微处理器分别控制仪器的进样系统、真空系统、温控系统、水冷系统、X 光管及发射器、测角仪、P10 气体压力等。分析指令由微处理器处理后，控制以上系统按照参数要求进行测量分析，分析结果显示在显示器画面。ARL9900 采用可编程自动进样系统，最多可以安装32 个固定道，一个固定道指定分析一个元素，可对多种元素同时分析。ARL9900 光谱仪在WinXRF 或OXSAS 分析软件支持下，可通过批指令按顺序进行自动分析，并对分析数据进行图形化、可视化处理。使得品控人员可以更准确和直观地掌握测量样品的组分含量，为生产工艺和原料的调整提供参考，提高产品质量。

2 ARL9900 X 射线荧光光谱仪常见故障分析与检修措施

2.1 真空抽不到规定值

X 射线荧光光谱仪的工艺参数要求样品元素检测必须在低于8 Pa 的真空环境下进行，这样才能降低空气等背景环境的干扰，提高分辨率和检测准确性。光谱仪主要是依靠真空油泵和分子泵的配合，将仪器内环境变为真空，真空泵做预处理，分子泵为微处理，正常情况下可将分光室真空值降低至5 Pa 以下。真空系统故障主要表现为分光室真空度不足、真空值达不到要求，其原因及检修处理措施如下。

（1）试样装载系统密封不严。仪器长期使用过程中，试样中的粉尘颗粒容易污染进样口或粘附在密封处，导致密封磨损，真空泄漏。光谱仪属于高精密度仪器，仪器日常使用中应注意清理粉尘污垢，保证进样口、密封圈等处无污染。特别是要注意密封圈在X 光长期照射下很容易老化，应重点检查，定期对系统进行清洁和更换密封圈。

（2）真空泵或分子泵工作异常。真空泵油液被污染或油液泄漏，分子泵部件磨损卡滞等均会造成真空泵和分子泵效率下降，导致设备在抽真空时无法满足真空值要求。应定期检查真空泵的液压系统和分子泵的运转情况，观察真空泵油位和油色是否有被污染和泄漏的情况，定期更换油液；仪器长时间停机再开机时，容易出现分子泵卡滞情况，应检查分子泵电流是否为“0”，如果是则说明分子泵被卡住。此时应停机，使光谱室处于大气正常压力状态下，然后手动拨转分子泵，确定分子泵转动正常无卡滞后，再开机抽真空。分子泵运行3 年以上，部件容易出现磨损和老化，效率降低，应及时更换。

（3）PIO 气流增大。窗膜破裂、接头漏气、气体控制板故障等均可能造成流气检测器中PIO 气流的增大，引起真空度降低。一般PIO 气流增大，窗膜破裂的可能性最大，检查和判断故障方法：首先，将流气检测器两根气管短接，观察参数是否正确，如果有偏差则说明气管、接头以及FPC 控制板有问题；如果正确则说明窗膜破裂。在排除窗膜破裂之后，可进一步检查气管和阀体，在通入气压情况下检查压力损失，如果压力损失超过0.2 kPa/min，则说明气管或阀体存在漏气，需更换。

2.2 设备无高压

这是光谱仪运行中的常见问题，多发生在开机阶段，故障原因如下。

（1）X 射线防护系统启动。X 射线对人体具有辐射伤害性，因此设备设有X 射线防泄漏系统。只有在射线防护系统正常运行情况下，高压发生器才会启动。当设备无高压时，先检查是否为射线防护系统保护所致。首先检查X 射线警示灯是否正常，如有问题及时更换，灯泡烧坏同样不会引起系统保护。然后检查面板位置保护开关是否闭合，如确定闭合，则可通过人工短接的办法判断是否为保护开关故障。

（2）循环水冷系统效果不好。为保护设备，设备在高温状态下高压发生器也不会启动。高压发生器的输出功率中，只有极少数用于X 射线光管加压，绝大多数是转化为热能。为防止大量热能积聚损坏设备，光谱仪设置了循环水冷却系统，以冷却高压发生器和X 射线光管，调节仪器内部温度。影响高压开启的原因：①水流量过低。应检查冷却水循环系统是否存在堵塞，过滤器是否太脏，定期清洗系统。如果系统通畅，有一定流量，一般可以直接调节流量开关来消除故障。②内循环水位偏低。首先应补充循环水，提高水位；然后查找漏水点消除故障。③内循环水导电率过高。冷却循环水对水中的各种金属和非金属离子的含量都有严格限值。内循环水通过仪器内部的去离子树脂柱来降低导电率，但树脂柱长期使用后会出现老化失效问题，当内循环水导电率过高时，可考虑更换树脂柱。

（3）高压发生器及X 射线光管。在排除射线防护系统和循环水冷却系统故障后，故障原因可能是高压发生器及X 射线光管的问题。首先排除元件故障，可将高压发生器及X 射线光管的电缆断开，直接开机加高压。如果高压仍旧无法启动，则判断为高压发生器故障，然后再进一步检查内部的电路板和保险丝；否则判断为外部线路和接头故障。X 射线光管是光谱仪内最贵重的部件，一旦损坏便无法修复，只能更换。可通过观察射线管钹窗是否破裂、变形，测量灯丝电阻等办法，判断是否为X 射线管故障。

2.3 晶体交换机初始化错误

晶体交换机是一个可双向旋转的独立转动系统，由电机、驱动电路和机械部分组成。它是仪器光路系统的核心部件，直接影响测量强度。初始化错误将使设备无法测量，故障原因主要包括：①微动开关接触不良。晶体交换机微动开关为机械式开关，长期使用容易出现老化损耗，导致接触不良，出现情况时必须更换微触开关；②晶体架平衡差别大。此种情况会使晶体交换机在旋转时出现自旋现象，导致晶体位置异常。晶体位置调整需要经过复杂的拆装和十分精细的调试，最好交由厂家专业工程师调节；③电机效率低。长期使用的电机在轴承和电刷磨损后，容易导致效率下降，晶体转动不灵活。应更换磨损严重的轴承和电刷。

2.4 SC 探测器故障

光谱仪在日常分析时，有时会出现铁元素无成分，而其他元素成分正常的情况。由此可判断故障来自TFe 元素分析的相关部件。应从LiF200 分光晶体、SC 探测器及其信号处理电路上排查故障点。排查方法可选用不同晶体和SC 探测器组合，进行能量扫描和测量能量描迹，通过分析能量图谱来判断故障元件。如果SC 探测器能谱图异常，则判断为SC 探测器故障。首先测试SC 探测器高压，排除高压衰减板故障；然后检查SC 探测器信号处理电路，将FPC 探测器的输出信号经SC 探测器前置放大电路作某元素能量描迹时，其强度值为正常值，说明SC 探测器信号处理电路正常。如果高压衰减板和处理电路故障都被排除之后，最终可确定为SC 探测器本身故障，需更换。