EN ISO 15350, ASTM E 415, EN ISO 14284, API 578, AD 2000-Merkblatt W 10, EN 10204
Grundprinzip der optischen Emissionsspektrometrie (OES)
Ein elektrischer Funke oder Lichtbogen verdampft und ionisiert eine winzige Materialprobe. Die dabei emittierte Strahlung wird in einem Spektrometer nach Wellenlängen aufgetrennt. Jedes Element erzeugt ein charakteristisches Linienspektrum — aus Intensität und Lage der Linien werden die Elementgehalte quantitativ bestimmt.
Gerätetypen
| Gerätetyp | Bezeichnung | Merkmal |
|---|---|---|
| Stationäres Funkenspektrometer | OES / Polychromator | Laborgerät, höchste Präzision, plane Probe nötig |
| Mobiles Funkenspektrometer | Mobile OES / Arc-Met | Vor-Ort-Einsatz, PMI (Positive Material Identification) |
| Röntgenfluoreszenzanalyse | RFA / XRF | Berührungslos, auch für Beschichtungen; kein C, N, O erfassbar |
| LIBS (Laser-Induced Breakdown) | LIBS | Handgeräte, sehr schnell, geringere Präzision |
Anwendung: PMI (Positive Material Identification)
PMI — die Positive Werkstoffidentifikation — ist die wichtigste Routineanwendung für mobile OES und XRF:
- Verwechslungsschutz: Sind verbaute Rohre und Ventile wirklich aus dem spezifizierten Werkstoff?
- Pflicht in Kernkraft (KTA 1401), Petrochemie (API 578) und Druckgerätebau (AD 2000-Merkblatt W 10)
- Prüfung direkt am eingebauten Bauteil möglich (mobile Geräte)
Schmelzenanalytik in der Stahlherstellung
Im Stahlwerk wird jede Schmelze vor dem Abguss analysiert:
- Badprobe: Flüssiges Metall wird entnommen und abgegossen
- Analyse dauert ca. 2–4 Minuten — in dieser Zeit wird ggf. nachlegiert
- Stationäre OES-Geräte mit 30+ simultanen Kanälen (C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, …)
Kohlenstoffbestimmung — Sonderfall
Kohlenstoff (C) ist der wichtigste Legierungsbestandteil von Stahl. OES kann C messen, XRF nicht (zu leichtes Element). Für hochgenaue C-Bestimmung wird zusätzlich die Verbrennungsanalyse eingesetzt: Probe wird im Hochfrequenzinduktionsofen verbrannt, CO₂ wird per IR-Detektor gemessen (Geräte: LECO, Eltra).
Normen
- EN ISO 15350: Stahl — Funkenspektrometrie
- ASTM E 415: OES für Karbonstähle (USA)
- EN ISO 14284: Probenahme für chemische Analyse
- API 578: PMI-Anforderungen in Raffinerien und chemischen Anlagen
- AD 2000-Merkblatt W 10: PMI-Pflicht für Druckgerätewerkstoffe
- EN 10204: Abnahmeprüfzeugnisse — Chemische Zusammensetzung muss nachgewiesen werden
Application Areas
Schmelzenanalytik in Stahlwerken und Gießereien (Qualitätssicherung vor Abguss), PMI in Petrochemie und Kernkraft (Verwechslungsschutz), Wareneingangskontrolle (Werkstoffzeugnis verifizieren), Schadensanalyse (Ist der Werkstoff normgerecht?), Recycling (Schrottsortierung)
✓ Advantages
- Extrem schnell — Ergebnis in Sekunden bis Minuten
- Alle relevanten Legierungselemente simultan erfassbar
- Mobile Geräte ermöglichen Vor-Ort-PMI
- Hohe Präzision bei stationären Geräten (±0,001 % C)
- Geringer Probenbedarf (nur kleine plangeschliffene Fläche)
✗ Disadvantages
- Kleine zerstörte Zone (Funkennarbe) — an Sichtflächen unerwünscht
- XRF kann C, N, O nicht messen
- Kalibrierung nur für spezifische Werkstoffgruppen gültig
- Probenoberfläche muss metallisch blank sein
- Stationäre Geräte teuer in Anschaffung und Wartung