火花直读光谱法测定不锈钢焊带中9种元素含量

李　千

(中国第一重型机械股份公司核电石化事业部焊接技术部，辽宁116113)

火花直读光谱法测定不锈钢焊带中9种元素含量

李千

(中国第一重型机械股份公司核电石化事业部焊接技术部，辽宁116113)

摘要：采用火花直读光谱法测定不锈钢焊带中9种元素的含量。对磨样方法、样品平整度、仪器分析参数及电极清刷方式等因素进行了研究，综合确定了最佳实验条件。实验结果稳定、可靠，重复性好。

关键词：火花直读光谱法；不锈钢焊带；化学元素

不锈钢焊带是焊接工艺必备材料之一，其材料是否合格将直接影响焊接工艺与产品质量。为了控制质量，需要准确分析焊带的成分及含量。目前，测定不锈钢的方法在GB/T 11170—2008中进行了详细规定，其中推荐取样厚度不小于3 mm，但是大部分不锈钢焊带材料厚度小于3 mm。利用火花直读光谱法测定厚度较小的样品时，前期制备样品困难很大。由于样品太薄，无法夹住样品进行磨样、在磨样机的高速旋转下，样品温度升高，容易变形，激发时容易被击穿，严重影响实验结果，因此利用直读光谱法快速测定不锈钢焊带是个难点。

本文针对厚度小于3 mm的不锈钢焊带中的9种元素含量进行了实验分析，详细地研究了磨样方法、样品平整度、电极清刷程度、仪器分析参数等对测定结果的影响。建立了火花直读光谱法测定厚度小于3 mm的不锈钢焊带中C、Si、Mn、P、Cr、Ni、Mo、Cu、Nb等9种元素的具体方法。

1实验部分

1.1仪器设备

仪器设备主要有：ARL 4460火花直读光谱仪， PM 350 双盘平面磨样机。

1.2实验材料

砂纸型号：40﹟、60﹟、80﹟、120﹟。ergo 5800 金属瞬干胶。光谱块标准样品：GSBA 68006-89、GSB03-2028-3、ECRM 284-2。样品：0.4 mm×50 mm不锈钢焊带，材质分别为TYESS309L和TYESS347L。

1.3仪器工作条件

光源：电流控制光源(CCS)，最大频率1 000 Hz。光谱室：真空型，1 m焦距光栅，帕邢龙格装置。电极：钨电极。激发台：水冷充氩，孔径12 mm。真空度：9 μmHg。工作温度：38℃±1℃。氩气：液氩，纯度99.999%。氩气流量：3 L/min。冲洗时间：4 s。积分时间：4 s。预积分时间：0 s。

1.4实验方法

将实验用焊带取成25 mm×25 mm大小，经80﹟砂纸打磨，吹净，保证样品表面平整、洁净。将制备好的样品放在激发台上，用直径50 mm、高度25 mm的钢块压住样品，钢块与样品接触的端面平整洁净。调整仪器工作条件，激发，记录数值。

2结果与讨论

2.1样品制备

2.1.1磨样方法的选择

磨样机打磨厚度较小的样品时，由于转速较快，样品容易变形或者过热，导致样品表面受损，而无法进行测定。针对这种情况，实验首先将样品剪成多个25 mm×25 mm小块，然后采用以下三种方式处理：(1)不打磨，直接用无水乙醇进行擦拭，吹干后备用；(2)手工打磨，吹净，备用；(3)利用金属胶，将剪好的焊带粘到废钢样上，用磨样机快速打磨，备用。

实验结果表明：分析结果受样品表面处理方式的影响，表面处理方式不同，分析结果有一定的差异。第1种方式样品表面光滑不利于激发，影响实验结果的准确性，尤其是对Cr和Ni的影响较大[1]；第2种方式磨样，效果较好，适用于厚度较小的样品的表面处理；第3种方式由于磨样机打磨力度较大，样品变薄，激发时容易被击穿，适用于厚度大于1.2 mm的样品。

2.1.2砂纸的选择

实验选用40#、60#、80#和120# 4种规格砂纸，采用手工打磨方式，对实验用两种材质样品进行处理并检测，每组样品平行测定5次，结果与化学法测定值进行对比。结果表明：砂纸目数不同，粗细程度不同，试样表面打磨程度不同。但是，砂纸规格对实验结果影响不大，4种形式检测结果接近。根据打磨速度与化学法测定值的接近程度，实验选择用80#砂纸手工打磨样品表面。

2.1.3样品平整度的影响

样品表面的平整程度直接影响激发效果。不平整的样品激发时容易漏光，直接影响结果的准确性，样品平整表面与不平整表面激发后的效果对比如图1所示。根据GB/T 20066—2006对取样位置的规定，在焊带的中心线与外部边缘的中间位置取样，将大块不锈钢焊带试样取成25 mm×25 mm大小的样品，在制备样品过程中有利于保持样品的平整性。

(a)平整表面 (b)不平整表面

2.2仪器工作条件优化

本文选用标准光谱块A(BS 347B)、样品1(TYESS347L)、样品2(TYESS309L)为实验样品，对冲洗时间、积分时间以及预积分时间等参数进行优化。

2.2.1冲洗时间的选择

在冲洗时间分别为0 s、2 s、4 s、6 s、8 s时，实验对3个样品分别进行3次平行测定。结果表明：冲洗时间对火花源周围的氩气纯度有影响，对测定结果的稳定性也有一定的影响。冲洗时间越长，稳定性越好；但时间过长，稳定性反而降低。综合考虑，实验选择冲洗时间为4 s。

2.2.2积分时间的选择

积分时间为2 s、3 s、4 s、5 s、6 s时，实验对3个样品进行3次平行测定，如图2所示(以样1为例)。可以看出，积分时间对各元素测定稳定性有一定的影响，尤其对Cu影响较大。当积分时间为4s时，各元素检测稳定性相对较好。同时，实验将不同积分时间下标准块A的测定值与其标准值进行对比，结果表明：积分时间对Cr、Ni检测稳定性影响较大；积分时间过小，没有完全捕捉到激发光谱，测定值偏小；当积分时间为4 s时，各元素的测定值最接近标准值。因此，实验选择积分时间为4 s。

图2　积分时间对各元素测定稳定性的影响

2.2.3预积分时间的选择

延长预积分时间可增强火花源对样品的预熔能力，有利于最大限度的原子化，使不同品种、不同结构的样品原子化效率趋于一致，提高分析的准确度。本文实验对象为焊带，厚度较小，预积分时间延长，预燃能力增强，可能将样品击穿，影响测定的准确性。实验同时考察了预积分时间分别为0 s、1 s、2 s、3 s、5 s时。根据各样品的分析情况，结果表明：预积分时间的长短对测定稳定性及Cr、Ni测量准确性影响较大。因此综合考虑，选择预积分时间为0 s。

(a)激发点为均匀圆形 (b)激发点形状不规则

次数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电极清刷方式的影响

电极清刷程度影响测定结果的稳定性[2]。每次激发前用电极刷旋转清刷电极，使电极尖端整个表面一致，激发点为均匀圆形如图3(a)，测定结果比较稳定；否则激发点形状不规则如图3(b)，稳定性较差。

2.3重复性

按照上述实验条件，对样品1进行10次检测，结果见表1。从表1可以看出，各元素的相对标准偏差均小于5%，符合检测要求。

3结论

对两种材质的不锈钢焊带样品的制备方法、仪器工作条件以及重复性等方面进行了相关实验研究，建立了火花直读光谱法快速测定不锈钢焊带中9种元素含量的实验方法。实验结果稳定、可靠、重复性好。

参考文献

[1]洪泽浩, 蔡锐波. 光电直读光谱法测定不锈钢薄板中7种元素含量[J]. 理化检验-化学分册, 2013, 49(2): 177-178.

[2]任维萍. 影响火花源原子发射光谱法测定不锈钢中氮元素精度的因素分析[J]. 冶金分析, 2014, 34(8): 16-21.

编辑陈秀娟

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

作者简介：李千(1986—)，硕士，工程师，从事化学检测。电话：15140379828，E-mail：li.q@cfhi.com

中图分类号：T421

文献标志码：B