光電直讀光譜儀應(yīng)用現(xiàn)狀

摘 要：隨著金屬材料技術(shù)的不斷發(fā)展，對金屬材料的化學(xué)成分精度要求越來越高，傳統(tǒng)的金屬化學(xué)成分分析方法范圍小，精度低，很大的限制了金屬材料技術(shù)的發(fā)展，采用光電直讀光譜儀分析檢測金屬材料化學(xué)成分，既準(zhǔn)確，速度也快，還具有操作簡便，分析范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在金屬材料成分分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文綜述了光電直讀光譜儀在金屬材料成分分析領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，論述了光電直讀光譜儀的工作原理，在有色金屬及其合金，不銹鋼，碳鋼等金屬材料成分檢測中的應(yīng)用，以及在有關(guān)焊縫成分檢測中的應(yīng)用等。

關(guān)鍵詞：光電直讀光譜儀；金屬材料成分檢測；焊縫成分檢測

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

1 光電直讀光譜儀的發(fā)展

光譜起源于17世紀(jì)，1666年物理學(xué)家牛頓第一次進(jìn)行了光的色散試驗(yàn)。1814年，德國光學(xué)儀器專家夫朗和費(fèi)研究太陽光譜中黑斑的相對位置時(shí)，繪制除了光譜圖。1859年，克希霍夫和本生為了研究金屬光譜，發(fā)明制造了一種完善的分光裝置，即世界第一臺光譜儀器，可用于研究火焰、電火花中各種金屬的譜線，這建立了光譜分析的基礎(chǔ)[1]。1944年，美國的Hesler在美國應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室ARL研制出世界第一臺光電直讀光譜儀，1956年，ARL研制出真空光電直讀光譜儀，可以同時(shí)分析金屬元素和一些非金屬元素。世界上最具代表性、性能最先進(jìn)的光電直讀光譜儀是ARL公司制造的4460型光譜儀，另外，德國斯派克公司制造的光譜儀也具有很大的市場占有率[2]。

2 光電直讀光譜儀的工作原理

光電直讀光譜儀利用原子發(fā)射光譜分析法進(jìn)行成分分析[1]。原子發(fā)射光譜分析是一種通過測量物質(zhì)發(fā)射光譜的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行定性和定量分析的方法。分析時(shí)，將被分析的試樣引入光源中，加入外界能量，使試樣蒸發(fā)成原子狀態(tài)，并使氣態(tài)原子的外層電子激發(fā)至高能態(tài)并產(chǎn)生電子躍遷，激發(fā)態(tài)的原子躍遷至基態(tài)或低能態(tài)的過程中產(chǎn)生輻射。不同的原子產(chǎn)生不同波長的電磁輻射，利用棱鏡或光柵對產(chǎn)生的輻射進(jìn)行分光便可獲得某一元素的光譜譜線。原子發(fā)射光譜分析技術(shù)就是通過識別不同元素的特征光譜的波長，鑒別出某一元素的存在并依據(jù)特征光譜強(qiáng)度來鑒別某一元素的含量[1]。光電直讀光譜儀主要由光源、光學(xué)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成。光源的主要作用是提供被測試樣蒸發(fā)和激發(fā)躍遷所需要的能量，使之產(chǎn)生光譜。光學(xué)系統(tǒng)主要由照明系統(tǒng)、準(zhǔn)光系統(tǒng)、色散系統(tǒng)和投影系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要用于采集數(shù)據(jù)的處理[1]。

3 光電直讀光譜儀檢測金屬成分的應(yīng)用

重慶旗能電鋁有限公司的羅楊和黎潮[3]采用光電直讀光譜儀測定鋁合金中元素的含量。試圖找到一個(gè)鋁合金中各元素含量的質(zhì)量控制方法，他們從樣品的制備、檢測分析狀態(tài)的控制到設(shè)備的校準(zhǔn)、維護(hù)以及檢測質(zhì)量管理方法等做了全面的介紹，為快速準(zhǔn)確排除設(shè)備故障和直讀光譜儀分析質(zhì)量管理工作提供了良好的依據(jù)。

連云港市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的韓春蕾[4]利用ARL4460型光電直讀光譜儀對316L不銹鋼中鉬元素含量進(jìn)行了不確定度分析，分析表明，分析曲線和樣品制備對分析結(jié)果影響比較大，不銹鋼中鉬元素不確定度評定比實(shí)驗(yàn)室檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度要高，同時(shí)也為其他元素的不確定度評定提供了有力的參考依據(jù)。

寶鋼特鋼韶關(guān)有限公司的余雷，王震[5]等利用德國OBLF750-II型光電直讀光譜儀檢測鋼中鉻含量，通過建立數(shù)學(xué)模型，找到不確定度因子，對光電直讀光譜儀測量鋼中鉻含量的不確定度進(jìn)行評定，從而更好地評定光電直讀光譜儀測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

太原鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鋼研所化學(xué)室的張為、任維萍和孫發(fā)松[6]利用直讀光譜儀在線分析N、G、Al等元素，討論了分析過程中的分析條件、設(shè)置、校正方法及對結(jié)果的評定等內(nèi)容，未直讀光譜儀分析的應(yīng)用提供了借鑒。

4 光電直讀光譜儀焊縫檢測中的應(yīng)用

山東建筑工程學(xué)院材料系的王國凡[7]針對太陽能吸熱管支架在大氣中產(chǎn)生的晶間腐蝕， 采用電子探針對鐵銹和晶界進(jìn)行成分分析， 并用直讀光譜儀對材料的成分進(jìn)行了分析， 找出了產(chǎn)生晶間腐蝕的原因， 并提出改進(jìn)措施。

常熟理工學(xué)院汽車工程學(xué)院的董利明[8] 采用PDA-5000 直讀光譜儀對設(shè)計(jì)的4種焊縫金屬進(jìn)行成分測定。結(jié)果表明，4種焊縫的實(shí)測化學(xué)成分主要差異體現(xiàn)在Mn、Ni、Mo 3種成分，這是由于焊絲成分設(shè)計(jì)差異所致。

5 總結(jié)

光電直讀光譜儀由于操作簡便，準(zhǔn)確度高，速度快在金屬成分檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括有色金屬，不銹鋼，碳鋼等材料成分的檢測；光電直讀光譜儀也廣泛應(yīng)用于焊接領(lǐng)域，包括焊前母材、焊材成分檢測及焊后焊縫成分的檢測。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡美些.金屬材料檢測技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014：33-34.

[2]孫蘭海.光電直讀光譜儀的開發(fā)、應(yīng)用及發(fā)展[J].光譜儀器與分析，1994（01）：53-56.

[3]羅楊，黎潮.直讀光譜儀測定鋁合金中元素含量質(zhì)量控制方法[J].化工管理，2016：179.

[4]韓春蕾.直讀光譜儀測量316L不銹鋼中鉬元素含量的不確定度評定[J].世界有色金屬，2017：286-287.

[5]余雷，王震，黃波，郭婷，彭娟，丘先堂.直讀光譜儀測量鋼中鉻含量的不確定度評定[J].山西冶金，2017（05）：34-35.

[6]張為，任維萍，孫發(fā)松.直讀光譜儀在線分析非常規(guī)元素[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2001，18（02）：208-209.

[7]王國凡.1Cr18Ni9鋼方管在大氣中的晶間腐蝕[J].材料工程，2003

（06）：23-24，28.

[8]董利明，楊莉，戴軍，張宇，王學(xué)林，尚成嘉.Mn、Ni、Mo含量對K65熱煨彎管焊縫組織轉(zhuǎn)變和低溫韌性的影響[J].金屬學(xué)報(bào)，2017

，53（06）：657-668.

作者簡介：胡海蓮（1988-），女，碩士，助教，主要從事金屬材料教學(xué)及研究。