李　千

(中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部焊接技術(shù)部，遼寧116113)

火花直讀光譜法測定不銹鋼焊帶中9種元素含量

李千

(中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部焊接技術(shù)部，遼寧116113)

摘要：采用火花直讀光譜法測定不銹鋼焊帶中9種元素的含量。對磨樣方法、樣品平整度、儀器分析參數(shù)及電極清刷方式等因素進(jìn)行了研究，綜合確定了最佳實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定、可靠，重復(fù)性好。

關(guān)鍵詞：火花直讀光譜法；不銹鋼焊帶；化學(xué)元素

不銹鋼焊帶是焊接工藝必備材料之一，其材料是否合格將直接影響焊接工藝與產(chǎn)品質(zhì)量。為了控制質(zhì)量，需要準(zhǔn)確分析焊帶的成分及含量。目前，測定不銹鋼的方法在GB/T 11170—2008中進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，其中推薦取樣厚度不小于3 mm，但是大部分不銹鋼焊帶材料厚度小于3 mm。利用火花直讀光譜法測定厚度較小的樣品時(shí)，前期制備樣品困難很大。由于樣品太薄，無法夾住樣品進(jìn)行磨樣、在磨樣機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)下，樣品溫度升高，容易變形，激發(fā)時(shí)容易被擊穿，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此利用直讀光譜法快速測定不銹鋼焊帶是個(gè)難點(diǎn)。

本文針對厚度小于3 mm的不銹鋼焊帶中的9種元素含量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，詳細(xì)地研究了磨樣方法、樣品平整度、電極清刷程度、儀器分析參數(shù)等對測定結(jié)果的影響。建立了火花直讀光譜法測定厚度小于3 mm的不銹鋼焊帶中C、Si、Mn、P、Cr、Ni、Mo、Cu、Nb等9種元素的具體方法。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器設(shè)備

儀器設(shè)備主要有：ARL 4460火花直讀光譜儀， PM 350 雙盤平面磨樣機(jī)。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

砂紙型號：40﹟、60﹟、80﹟、120﹟。ergo 5800 金屬瞬干膠。光譜塊標(biāo)準(zhǔn)樣品：GSBA 68006-89、GSB03-2028-3、ECRM 284-2。樣品：0.4 mm×50 mm不銹鋼焊帶，材質(zhì)分別為TYESS309L和TYESS347L。

1.3儀器工作條件

光源：電流控制光源(CCS)，最大頻率1 000 Hz。光譜室：真空型，1 m焦距光柵，帕邢龍格裝置。電極：鎢電極。激發(fā)臺：水冷充氬，孔徑12 mm。真空度：9 μmHg。工作溫度：38℃±1℃。氬氣：液氬，純度99.999%。氬氣流量：3 L/min。沖洗時(shí)間：4 s。積分時(shí)間：4 s。預(yù)積分時(shí)間：0 s。

1.4實(shí)驗(yàn)方法

將實(shí)驗(yàn)用焊帶取成25 mm×25 mm大小，經(jīng)80﹟砂紙打磨，吹凈，保證樣品表面平整、潔凈。將制備好的樣品放在激發(fā)臺上，用直徑50 mm、高度25 mm的鋼塊壓住樣品，鋼塊與樣品接觸的端面平整潔凈。調(diào)整儀器工作條件，激發(fā)，記錄數(shù)值。

2結(jié)果與討論

2.1樣品制備

2.1.1磨樣方法的選擇

磨樣機(jī)打磨厚度較小的樣品時(shí)，由于轉(zhuǎn)速較快，樣品容易變形或者過熱，導(dǎo)致樣品表面受損，而無法進(jìn)行測定。針對這種情況，實(shí)驗(yàn)首先將樣品剪成多個(gè)25 mm×25 mm小塊，然后采用以下三種方式處理：(1)不打磨，直接用無水乙醇進(jìn)行擦拭，吹干后備用；(2)手工打磨，吹凈，備用；(3)利用金屬膠，將剪好的焊帶粘到廢鋼樣上，用磨樣機(jī)快速打磨，備用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：分析結(jié)果受樣品表面處理方式的影響，表面處理方式不同，分析結(jié)果有一定的差異。第1種方式樣品表面光滑不利于激發(fā)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，尤其是對Cr和Ni的影響較大[1]；第2種方式磨樣，效果較好，適用于厚度較小的樣品的表面處理；第3種方式由于磨樣機(jī)打磨力度較大，樣品變薄，激發(fā)時(shí)容易被擊穿，適用于厚度大于1.2 mm的樣品。

2.1.2砂紙的選擇

實(shí)驗(yàn)選用40#、60#、80#和120# 4種規(guī)格砂紙，采用手工打磨方式，對實(shí)驗(yàn)用兩種材質(zhì)樣品進(jìn)行處理并檢測，每組樣品平行測定5次，結(jié)果與化學(xué)法測定值進(jìn)行對比。結(jié)果表明：砂紙目數(shù)不同，粗細(xì)程度不同，試樣表面打磨程度不同。但是，砂紙規(guī)格對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，4種形式檢測結(jié)果接近。根據(jù)打磨速度與化學(xué)法測定值的接近程度，實(shí)驗(yàn)選擇用80#砂紙手工打磨樣品表面。

2.1.3樣品平整度的影響

樣品表面的平整程度直接影響激發(fā)效果。不平整的樣品激發(fā)時(shí)容易漏光，直接影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，樣品平整表面與不平整表面激發(fā)后的效果對比如圖1所示。根據(jù)GB/T 20066—2006對取樣位置的規(guī)定，在焊帶的中心線與外部邊緣的中間位置取樣，將大塊不銹鋼焊帶試樣取成25 mm×25 mm大小的樣品，在制備樣品過程中有利于保持樣品的平整性。

(a)平整表面 (b)不平整表面

2.2儀器工作條件優(yōu)化

本文選用標(biāo)準(zhǔn)光譜塊A(BS 347B)、樣品1(TYESS347L)、樣品2(TYESS309L)為實(shí)驗(yàn)樣品，對沖洗時(shí)間、積分時(shí)間以及預(yù)積分時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.1沖洗時(shí)間的選擇

在沖洗時(shí)間分別為0 s、2 s、4 s、6 s、8 s時(shí)，實(shí)驗(yàn)對3個(gè)樣品分別進(jìn)行3次平行測定。結(jié)果表明：沖洗時(shí)間對火花源周圍的氬氣純度有影響，對測定結(jié)果的穩(wěn)定性也有一定的影響。沖洗時(shí)間越長，穩(wěn)定性越好；但時(shí)間過長，穩(wěn)定性反而降低。綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選擇沖洗時(shí)間為4 s。

2.2.2積分時(shí)間的選擇

積分時(shí)間為2 s、3 s、4 s、5 s、6 s時(shí)，實(shí)驗(yàn)對3個(gè)樣品進(jìn)行3次平行測定，如圖2所示(以樣1為例)。可以看出，積分時(shí)間對各元素測定穩(wěn)定性有一定的影響，尤其對Cu影響較大。當(dāng)積分時(shí)間為4s時(shí)，各元素檢測穩(wěn)定性相對較好。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)將不同積分時(shí)間下標(biāo)準(zhǔn)塊A的測定值與其標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，結(jié)果表明：積分時(shí)間對Cr、Ni檢測穩(wěn)定性影響較大；積分時(shí)間過小，沒有完全捕捉到激發(fā)光譜，測定值偏??；當(dāng)積分時(shí)間為4 s時(shí)，各元素的測定值最接近標(biāo)準(zhǔn)值。因此，實(shí)驗(yàn)選擇積分時(shí)間為4 s。

圖2　積分時(shí)間對各元素測定穩(wěn)定性的影響

2.2.3預(yù)積分時(shí)間的選擇

延長預(yù)積分時(shí)間可增強(qiáng)火花源對樣品的預(yù)熔能力，有利于最大限度的原子化，使不同品種、不同結(jié)構(gòu)的樣品原子化效率趨于一致，提高分析的準(zhǔn)確度。本文實(shí)驗(yàn)對象為焊帶，厚度較小，預(yù)積分時(shí)間延長，預(yù)燃能力增強(qiáng)，可能將樣品擊穿，影響測定的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)同時(shí)考察了預(yù)積分時(shí)間分別為0 s、1 s、2 s、3 s、5 s時(shí)。根據(jù)各樣品的分析情況，結(jié)果表明：預(yù)積分時(shí)間的長短對測定穩(wěn)定性及Cr、Ni測量準(zhǔn)確性影響較大。因此綜合考慮，選擇預(yù)積分時(shí)間為0 s。

(a)激發(fā)點(diǎn)為均勻圓形 (b)激發(fā)點(diǎn)形狀不規(guī)則

次數(shù)CSiMnPCrNiMoCuNb第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次第8次第9次第10次平均值RSD(%)0.0230.0220.0240.0230.0230.0220.0220.0230.0230.0220.0232.610.390.390.390.410.410.390.390.390.390.390.392.261.671.671.681.721.711.681.661.681.681.681.681.000.0140.0130.0140.0130.0130.0130.0130.0130.0130.0130.0131.9419.4719.4219.3919.1919.0619.2919.3319.3119.3719.3819.320.6210.1310.1710.149.919.8810.1910.2210.1810.0810.1510.101.180.0170.0160.0170.0170.0160.0160.0160.0160.0170.0170.0173.390.0330.0330.0320.0350.0340.0300.0320.0310.0330.0320.0334.620.540.550.550.560.560.550.550.550.550.540.551.21

2.2.4電極清刷方式的影響

電極清刷程度影響測定結(jié)果的穩(wěn)定性[2]。每次激發(fā)前用電極刷旋轉(zhuǎn)清刷電極，使電極尖端整個(gè)表面一致，激發(fā)點(diǎn)為均勻圓形如圖3(a)，測定結(jié)果比較穩(wěn)定；否則激發(fā)點(diǎn)形狀不規(guī)則如圖3(b)，穩(wěn)定性較差。

2.3重復(fù)性

按照上述實(shí)驗(yàn)條件，對樣品1進(jìn)行10次檢測，結(jié)果見表1。從表1可以看出，各元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，符合檢測要求。

3結(jié)論

對兩種材質(zhì)的不銹鋼焊帶樣品的制備方法、儀器工作條件以及重復(fù)性等方面進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，建立了火花直讀光譜法快速測定不銹鋼焊帶中9種元素含量的實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定、可靠、重復(fù)性好。

參考文獻(xiàn)

[1]洪澤浩, 蔡銳波. 光電直讀光譜法測定不銹鋼薄板中7種元素含量[J]. 理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊, 2013, 49(2): 177-178.

[2]任維萍. 影響火花源原子發(fā)射光譜法測定不銹鋼中氮元素精度的因素分析[J]. 冶金分析, 2014, 34(8): 16-21.

編輯陳秀娟

Determination of Nine Elements Contents in Stainless Steel Welding Strip by Spark Direct-reading Spectrometric Method

Li Qian

Abstract：The nine elements contents of stainless steel welding strip have been determined by the spark direct-reading spectrometric method. Furthermore, the optimum test conditions have been determined comprehensively by studying the method of grinding samples, sample flatness, analysis parameters of the apparatus and electrode scrub mode etc. The test result was stable, reliable and reproducible.

Key words：spark direct-reading spectrometric method; stainless steel welding strip; chemical elements

收稿日期：2016—03—03

作者簡介：李千(1986—)，碩士，工程師，從事化學(xué)檢測。電話：15140379828，E-mail：li.q@cfhi.com

中圖分類號：T421

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B