光电直读光谱仪应用现状

摘 要：随着金属材料技术的不断发展，对金属材料的化学成分精度要求越来越高，传统的金属化学成分分析方法范围小，精度低，很大的限制了金属材料技术的发展，采用光电直读光谱仪分析检测金属材料化学成分，既准确，速度也快，还具有操作简便，分析范围广等优点，因此在金属材料成分分析领域得到了广泛的应用。本文综述了光电直读光谱仪在金属材料成分分析领域的应用现状，论述了光电直读光谱仪的工作原理，在有色金属及其合金，不锈钢，碳钢等金属材料成分检测中的应用，以及在有关焊缝成分检测中的应用等。

关键词：光电直读光谱仪；金属材料成分检测；焊缝成分检测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.115

1 光电直读光谱仪的发展

光谱起源于17世纪，1666年物理学家牛顿第一次进行了光的色散试验。1814年，德国光学仪器专家夫朗和费研究太阳光谱中黑斑的相对位置时，绘制除了光谱图。1859年，克希霍夫和本生为了研究金属光谱，发明制造了一种完善的分光装置，即世界第一台光谱仪器，可用于研究火焰、电火花中各种金属的谱线，这建立了光谱分析的基础[1]。1944年，美国的Hesler在美国应用实验室ARL研制出世界第一台光电直读光谱仪，1956年，ARL研制出真空光电直读光谱仪，可以同时分析金属元素和一些非金属元素。世界上最具代表性、性能最先进的光电直读光谱仪是ARL公司制造的4460型光谱仪，另外，德国斯派克公司制造的光谱仪也具有很大的市场占有率[2]。

2 光电直读光谱仪的工作原理

光电直读光谱仪利用原子发射光谱分析法进行成分分析[1]。原子发射光谱分析是一种通过测量物质发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法。分析时，将被分析的试样引入光源中，加入外界能量，使试样蒸发成原子状态，并使气态原子的外层电子激发至高能态并产生电子跃迁，激发态的原子跃迁至基态或低能态的过程中产生辐射。不同的原子产生不同波长的电磁辐射，利用棱镜或光栅对产生的辐射进行分光便可获得某一元素的光谱谱线。原子发射光谱分析技术就是通过识别不同元素的特征光谱的波长，鉴别出某一元素的存在并依据特征光谱强度来鉴别某一元素的含量[1]。光电直读光谱仪主要由光源、光学系统和数据处理系统三部分组成。光源的主要作用是提供被测试样蒸发和激发跃迁所需要的能量，使之产生光谱。光学系统主要由照明系统、准光系统、色散系统和投影系统组成。数据处理系统主要用于采集数据的处理[1]。

3 光电直读光谱仪检测金属成分的应用

重庆旗能电铝有限公司的罗杨和黎潮[3]采用光电直读光谱仪测定铝合金中元素的含量。试图找到一个铝合金中各元素含量的质量控制方法，他们从样品的制备、检测分析状态的控制到设备的校准、维护以及检测质量管理方法等做了全面的介绍，为快速准确排除设备故障和直读光谱仪分析质量管理工作提供了良好的依据。

连云港市产品质量监督检验中心的韩春蕾[4]利用ARL4460型光电直读光谱仪对316L不锈钢中钼元素含量进行了不确定度分析，分析表明，分析曲线和样品制备对分析结果影响比较大，不锈钢中钼元素不确定度评定比实验室检测数据的准确度要高，同时也为其他元素的不确定度评定提供了有力的参考依据。

宝钢特钢韶关有限公司的余雷，王震[5]等利用德国OBLF750-II型光电直读光谱仪检测钢中铬含量，通过建立数学模型，找到不确定度因子，对光电直读光谱仪测量钢中铬含量的不确定度进行评定，从而更好地评定光电直读光谱仪测量数据的准确性。

太原钢铁（集团）有限责任公司钢研所化学室的张为、任维萍和孙发松[6]利用直读光谱仪在线分析N、G、Al等元素，讨论了分析过程中的分析条件、设置、校正方法及对结果的评定等内容，未直读光谱仪分析的应用提供了借鉴。

4 光电直读光谱仪焊缝检测中的应用

山东建筑工程学院材料系的王国凡[7]针对太阳能吸热管支架在大气中产生的晶间腐蚀， 采用电子探针对铁锈和晶界进行成分分析， 并用直读光谱仪对材料的成分进行了分析， 找出了产生晶间腐蚀的原因， 并提出改进措施。

常熟理工学院汽车工程学院的董利明[8] 采用PDA-5000 直读光谱仪对设计的4种焊缝金属进行成分测定。结果表明，4种焊缝的实测化学成分主要差异体现在Mn、Ni、Mo 3种成分，这是由于焊丝成分设计差異所致。

5 总结

光电直读光谱仪由于操作简便，准确度高，速度快在金属成分检测领域得到广泛应用，包括有色金属，不锈钢，碳钢等材料成分的检测；光电直读光谱仪也广泛应用于焊接领域，包括焊前母材、焊材成分检测及焊后焊缝成分的检测。

参考文献：

[1]胡美些.金属材料检测技术[M].机械工业出版社，2014：33-34.

[2]孙兰海.光电直读光谱仪的开发、应用及发展[J].光谱仪器与分析，1994（01）：53-56.

[3]罗杨，黎潮.直读光谱仪测定铝合金中元素含量质量控制方法[J].化工管理，2016：179.

[4]韩春蕾.直读光谱仪测量316L不锈钢中钼元素含量的不确定度评定[J].世界有色金属，2017：286-287.

[5]余雷，王震，黄波，郭婷，彭娟，丘先堂.直读光谱仪测量钢中铬含量的不确定度评定[J].山西冶金，2017（05）：34-35.

[6]张为，任维萍，孙发松.直读光谱仪在线分析非常规元素[J].光谱实验室，2001，18（02）：208-209.

[7]王国凡.1Cr18Ni9钢方管在大气中的晶间腐蚀[J].材料工程，2003

（06）：23-24，28.

[8]董利明，杨莉，戴军，张宇，王学林，尚成嘉.Mn、Ni、Mo含量对K65热煨弯管焊缝组织转变和低温韧性的影响[J].金属学报，2017

，53（06）：657-668.

作者简介：胡海莲（1988-），女，硕士，助教，主要从事金属材料教学及研究。