西寧特殊鋼股份有限公司 青海省冶金產(chǎn)品研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青海 西寧 810005

1 光電直讀光譜儀的理論概述

1.1 光電直讀光譜儀的工作原理

光譜儀是一種檢測分析信息變化的儀器。在光與物質(zhì)相互作用的過程中，物質(zhì)內(nèi)部之間的能級(jí)間發(fā)生電子躍遷，從而物質(zhì)對(duì)光進(jìn)行反應(yīng)時(shí)一些信息發(fā)生變化，如在吸收光線時(shí)在波長和強(qiáng)度上發(fā)生改變。光譜儀是檢測這種變化的重要分析方法，對(duì)于生產(chǎn)、技術(shù)和應(yīng)用層面都有著舉足輕重的地位。其工作原理是測定金屬樣本和電極之間由于產(chǎn)生放電與電弧等現(xiàn)象產(chǎn)生的輝線光譜，進(jìn)而對(duì)樣本檢測金屬中所含有的元素進(jìn)行定量分析。分析方法是通過光源電源產(chǎn)生光通過聚光透鏡進(jìn)入導(dǎo)向凹面衍射光柵，讀取其凹面分光需要的光譜線即可，光電倍增管將其轉(zhuǎn)化為電流。

1.2 光電直讀光譜儀的相關(guān)應(yīng)用

目前，光電直讀光譜儀應(yīng)用在很多領(lǐng)域，如航天工程，鋼鐵行業(yè)，質(zhì)量檢測，電池制造和機(jī)械冶金等。它可以對(duì)黑色金屬和有色金屬的元素成分進(jìn)行分析，既可以用于出廠檢定，也可以保障實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)檢測順利進(jìn)行[1]。

2 光電直讀光譜儀在不銹鋼檢測過程中的誤差分析

鋼鐵是一種黑色金屬，當(dāng)檢測出含碳量大于 2.14%時(shí)通常稱作鐵，含碳量比這個(gè)數(shù)值低時(shí)叫作鋼。其中，由于元素的含量不相同，又將剛分成了五種不同的名稱。光電直讀光譜儀作為分析鋼鐵不可或缺的器材，與光電技術(shù)和其他相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，從而對(duì)鋼鐵中的元素進(jìn)行分析。但是，檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果即使在完全相同的條件下進(jìn)行也是無法完全一致的，誤差的來源需要進(jìn)一步的分析和探討。

2.1 系統(tǒng)誤差

從系統(tǒng)誤差是在多次試驗(yàn)進(jìn)行后由于某些因素形成一定規(guī)律性的誤差，它的數(shù)值和符號(hào)在一次實(shí)驗(yàn)中是不變的。此時(shí)，利用光電直讀光譜儀檢測不銹鋼時(shí)只有改變條件才能發(fā)現(xiàn)并縮減系統(tǒng)誤差。在分析過程中，首先，不銹鋼金屬合金元素標(biāo)準(zhǔn)樣本經(jīng)過一系列的熱處理后性質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化可能會(huì)引入系統(tǒng)誤差。其次，譜線強(qiáng)度和傳感器工作條件的改變會(huì)對(duì)技法和參數(shù)產(chǎn)生影響從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。

最后，讀數(shù)偏差和儀器處理不當(dāng)也是產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因。

2.2 偶爾誤差

偶爾誤差的出現(xiàn)是在多次分析過程中隨機(jī)的不確定因素而導(dǎo)致的，如樣本結(jié)構(gòu)不均勻，室溫上升或者下降，光源不穩(wěn)定或電壓的波動(dòng)等。偶爾誤差的大小和符號(hào)是不確定的，但是如果對(duì)不銹鋼材料檢測進(jìn)行多次重復(fù)，可以發(fā)現(xiàn)正誤差和負(fù)誤差基本上出現(xiàn)的概率是相同的。縮小偶爾誤差的難度要小于系統(tǒng)誤差，需要在檢測過程中找到誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行改善。

2.3 過失誤差

一方面，過失誤差可能是操作者的差錯(cuò)導(dǎo)致的誤差，比如光電直讀光譜儀的工作人員不夠細(xì)心，在操作時(shí)沒有規(guī)范操作或者本身技術(shù)能力不過關(guān)導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)誤差。另一方面，標(biāo)本和儀器的維護(hù)和清理不到位，例如在不銹鋼檢測過程中需要對(duì)表面清潔然后送檢，這一步驟如果沒有認(rèn)真對(duì)待同樣會(huì)造成過失誤差。最后，環(huán)境因素也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，這些因素都是可以人的合理操作下進(jìn)行完善的[2]。

3 完善光電直讀光譜儀在不銹鋼檢測應(yīng)用的有效途徑

3.1 以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)正確取樣

在光電直讀光譜儀檢測不銹鋼樣品的應(yīng)用過程中，樣本的質(zhì)量至關(guān)重要，取樣方法需要十分精細(xì)。為了提升檢驗(yàn)精度，首先，在爐前分析時(shí)需要快速紅切爐內(nèi)樣本，遇到樣本中有裂紋和雜質(zhì)時(shí)要選擇其他新的樣本。其次，為保證準(zhǔn)確的分析結(jié)果，將含碳量不高的紅料放入流水中快速冷卻以形成馬氏體和奧氏體，將含碳量較高的不銹鋼采取暖冷方法以減少裂縫出現(xiàn)的可能。最后，對(duì)不銹鋼樣本充分白口化，在取樣過程中按照標(biāo)準(zhǔn)操作，并且對(duì)不同的材料選取不同的研磨工具用于減少由于樣本表面氧化層進(jìn)入的誤差。

3.2 提升操作人員檢測水平

操作人員的能力水平和工作素質(zhì)在不銹鋼檢測應(yīng)用中十分重要。在實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)檢測人員的心理和能力培訓(xùn)工作，做到技術(shù)熟練，水平程度高，并且熱愛自己的工作，愿意克服困難，有敬業(yè)精神。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡量避免由于操作不當(dāng)而帶來的誤差，樹立安全和質(zhì)量第一的意識(shí)，對(duì)用光電直讀光譜儀在不銹鋼檢測的操作中注意每一處細(xì)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)后，把過程和結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，多觀察，多思考以降低分析誤差。

3.3 定期維護(hù)檢測設(shè)備

在實(shí)際操作過程中，光電直讀光譜儀的正確安裝和調(diào)試，以及清潔性也十分重要。如果儀器透鏡上有灰塵，儀器的檢測準(zhǔn)確率也會(huì)下降。因此，工作人員對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要長期并且細(xì)致的維護(hù)，做到分光計(jì)的精度高，光電直讀光譜儀分析透鏡無雜質(zhì)無灰塵并且準(zhǔn)確率有保障。

3.4 及時(shí)監(jiān)測不銹鋼樣品和操作環(huán)境

為保證光電直讀光譜儀可以高效發(fā)揮作用，在檢測不銹鋼樣本之前應(yīng)確保樣品中元素分布及其組織結(jié)構(gòu)需要分布均勻，保證鋼冶煉過程和樣本加工中無雜物，對(duì)樣本研磨溫度和放置時(shí)間進(jìn)行把控，選擇恰當(dāng)?shù)难心シ椒?。此外，需要保證電源電壓，倍增管的高壓電源穩(wěn)壓以及放大器的穩(wěn)定性，維護(hù)光電直讀光譜儀的工作環(huán)境以控制誤差。

4 結(jié)束語

本文圍繞光電直讀光譜儀在不銹鋼檢測過程中的應(yīng)用展開了深入的探究，從光電直讀光譜儀的概念與特性出發(fā)，提出了完善光電直讀光譜儀在不銹鋼檢測應(yīng)用的有效途徑。在日后不銹鋼檢測的研究工作中，還需要對(duì)其其他減少誤差進(jìn)行更深層次的分析研究，為更高精度及準(zhǔn)確率的檢測材料做準(zhǔn)備。