直讀光譜儀對(duì)Φ2.0 不銹鋼焊絲化學(xué)成分檢測(cè)方法研究

李 成 周迎平 徐耀洲 陸 意

（東方電氣（武漢）核設(shè)備有限公司 技術(shù)部，湖北 武漢430223）

1 概述

進(jìn)幾年來，直讀光譜儀對(duì)于小樣品進(jìn)行化學(xué)成分的分析在國內(nèi)外已有相關(guān)研究[1-3]，并且結(jié)果令人滿意，但其他各個(gè)單位都只是針對(duì)各自廠家的材料進(jìn)行化學(xué)分析的相關(guān)研究，同時(shí)市面上也沒有小樣品的國家標(biāo)準(zhǔn)樣品可以用來制作小樣品工作曲線。我公司2008 年進(jìn)口的一臺(tái)直讀光譜儀，由于受激發(fā)孔徑和工裝限制只能分析直徑大于Φ10mm 以上塊狀試樣，因此直讀光譜儀要想實(shí)現(xiàn)小樣品的化學(xué)分析，就必須制作符合我司產(chǎn)品的工作曲線，本課題通過從我公司焊絲上截取部分試樣，送第三方國家認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化學(xué)成分的定值，以制作成標(biāo)準(zhǔn)樣品，配合自制的工裝夾具，重新擬合儀器自帶工作曲線，以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊絲樣品的光譜分析，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器

直讀光譜儀：德國OBLF 直讀光譜儀QSG750

氬氣凈化塔：中科普瑞催化再生式氬氣凈化機(jī)CZA-4C

2.2 工作條件

氬氣：流量最低要達(dá)到800L/h，純度不低于99.999%，輸入氬氣壓力0.3MPa。

鎢電極：直徑Φ6mm，錐角90°，分析間隙4mm。

2.3 焊絲標(biāo)準(zhǔn)樣品制備

選擇5 種規(guī)格一致，不同型號(hào)的不銹鋼焊絲，經(jīng)第三方檢測(cè)單位采用化學(xué)分析方法準(zhǔn)確測(cè)定其含量，要求不同元素的含量具有一定的梯度，其中兩根試樣的含量高低要對(duì)應(yīng)，而且要能涵蓋絲材元素分析所需的分析范圍，作為日后的標(biāo)準(zhǔn)化樣品對(duì)曲線進(jìn)行修正，自行制備Φ2.0 ER308L 焊絲光譜標(biāo)樣，分別標(biāo)記為1#、2#、3#、4#、5#，分析結(jié)果見表1。

表1 焊絲標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測(cè)結(jié)果

2.4 夾持工裝制備

原有儀器自帶的夾具由于卡槽寬，氣密性差，樣品在激發(fā)過程中受到到氬氣氣流沖擊，容易震動(dòng)、漏氣、漏光、激發(fā)到夾具上等問題，導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、結(jié)果偏差大，因此，查找相關(guān)文獻(xiàn)[4]并結(jié)合試驗(yàn)室儀器工作臺(tái)面樣式，重新設(shè)計(jì)加工一套新的Φ2.0 絲材夾持工裝，經(jīng)試驗(yàn)解決了上述問題，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，效果良好。夾持工裝實(shí)物圖如圖1、圖2、圖3 所示。

圖1 夾持工裝零件圖

圖2 夾持試樣后主視圖

圖3 蓋上端蓋后主視圖

2.5 焊絲曲線擬合

以直讀光譜儀中自帶“FeW2-CrNi-steel”鉻鎳不銹鋼小樣品工作曲線為基礎(chǔ)新建一個(gè)Φ2.0mm 的不銹鋼焊絲分析曲線“FeW2-1-CrNi-steel”，使用儀器自帶的標(biāo)準(zhǔn)樣品RE12/E、RH33/6、RH18/31、RN19/25 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，將自制的焊絲標(biāo)準(zhǔn)樣品化學(xué)成分值添加至直讀光譜儀標(biāo)準(zhǔn)樣品庫中，同時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)樣品表面用砂紙打磨光滑，取大約40cm 長(zhǎng)的一段卡在夾具的槽內(nèi)，平放在火花激發(fā)臺(tái)上，保持激發(fā)光孔正對(duì)夾具光孔，進(jìn)行連續(xù)激發(fā)，待激發(fā)光強(qiáng)值穩(wěn)定后，儀器自動(dòng)取平均值進(jìn)行保存。將所有五種焊絲標(biāo)準(zhǔn)樣品激發(fā)完成后，進(jìn)入直讀光譜儀曲線庫，依據(jù)操作程序[5]進(jìn)行曲線的擬合，最終作出適合Φ2.0mm 的不銹鋼焊絲的分析曲線。各元素的擬合曲線方程及干擾校正系數(shù)見表2。

表2 擬合曲線方程及干擾校正系數(shù)

2.6 實(shí)驗(yàn)過程

選定新建的焊絲分析曲線"FeW2-1-CrNi-steel"，采用新制作的夾持工裝裝夾好焊絲試樣，按屏幕提示直接對(duì)焊絲試樣進(jìn)行分析。試樣連續(xù)激發(fā)5 次，刪去前3 次數(shù)據(jù)，取后2 次數(shù)據(jù)的平均值作為試樣的分析結(jié)果。

3 結(jié)果與討論

3.1 精密度試驗(yàn)

選取兩種Φ2.0 不銹鋼焊絲，在"FeW2-1-CrNi-steel"曲線的分析窗口下連續(xù)分析10 次，然后對(duì)這10 次分析數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，結(jié)果見表3、表4。

表3 1#ER308L 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 2#ER308L 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

選取幾種Φ2.0 不銹鋼焊絲，采用新建的焊絲分析曲線"FeW2-1-CrNi-steel"進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定，測(cè)得結(jié)果與第三方實(shí)驗(yàn)室測(cè)定值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表5。

表5 Φ2.0 不銹鋼焊絲準(zhǔn)確度試驗(yàn)對(duì)照表

由表3～5 可見，通過采用自制的工裝夾具，添加焊絲標(biāo)準(zhǔn)樣品，并重新擬合儀器自帶工作曲線后，最終光譜儀對(duì)Φ2.0 不銹鋼焊絲的分析結(jié)果精密度高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11170-2008 中精密度要求和GB/T 222-2006 中不銹鋼元素化學(xué)成分允許偏差要求。

4 結(jié)論

第一，自制了焊絲標(biāo)準(zhǔn)樣品和夾具，重新擬合儀器工作曲線，使Φ2.0mm 不銹鋼焊材分析結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。

第二，直接使用德國OBLF 光電直讀光譜儀，配合自制夾具，進(jìn)行Φ2.0mm 不銹鋼焊絲的化學(xué)成分測(cè)量工作，新方法精密度高，分析速度快，提高檢測(cè)效率。