利用火花直讀光譜儀快速檢測不銹鋼焊絲成分

王磊，李柱，張超，谷亞寧，李新宇，黃鑒瓊

1.中冶建筑研究總院有限公司 北京 100088

2.北京金威焊材有限公司 天津 301906

1 序言

北京金威焊材有限公司是制造特種焊接材料的生產商。為了滿足客戶和市場的需求，產品具有多品種、小批量、交貨時間短及技術條件范圍小等特點?；诋a品的要求，對原材料要求比較嚴格，特別是對不銹鋼焊絲原材料，不僅要求檢測速度快，而且要求數(shù)據(jù)準確。

2 檢測不銹鋼焊絲成分的主要方法

對于不銹鋼焊絲原材料的檢測，北京金威焊材有限公司檢測焊絲成分的方法主要有化驗室滴定法、手持光譜檢測、火花直讀光譜儀檢測和火花直讀光譜儀檢測光譜塊成分間接檢測法等。

（1）化驗室滴定法檢測焊絲成分 其檢測結果最為準確，是焊絲成分檢測的仲裁方法。但這種方法檢測速度慢，在檢測過程中需要使用管制化學藥品，并且化驗產生的廢液屬于危險廢物，需要由有資質的公司回收處理，這使得化驗檢測的成本較高。另外，購買、儲存，以及使用化學藥品和收集、儲存廢液也增加了企業(yè)的管理成本。

（2）手持光譜檢測 這是最為快速的檢測方法，檢測僅需要幾分鐘的時間。但這種方法的準確性較差，不能作為定量分析，只能作為定性分析。另外，這種檢測方法只能檢測焊絲中金屬元素的含量，對非金屬元素的含量無法檢測。

（3）火花直讀光譜儀直接檢測焊絲成分 這種方法具有速度快、檢測數(shù)據(jù)比較準確和成本低廉等優(yōu)點。但是，光譜儀檢測焊絲成分的結果受焊絲直徑、設備氣密性和激發(fā)面積等因素的影響，會產生一定的偏差。

（4）火花直讀光譜儀檢測光譜塊成分的間接檢測 為了快速、準確檢測不銹鋼焊絲成分，采用先將不銹鋼焊絲用鎢極氬弧焊的方法制備成光譜塊，然后使用火花直讀光譜儀進行檢測，這種方法能夠比較準確快速地檢測出光譜塊的化學成分，而焊絲在制備光譜塊過程中的燒損，除個別元素外，其他成分基本不會變化。

本文對火花直讀光譜儀直接檢測焊絲成分和使用鎢極氬弧焊制備光譜塊后再使用火花直讀光譜儀間接檢測焊絲成分進行試驗，并對試驗結果進行分析。

3 試驗流程

3.1 試驗設備

本次試驗采用的試驗儀器為德國斯派克MAXX火花直讀光譜儀。光譜可以快速準確地檢測樣品的成分[1]，設備采用多光室設計，可較好地降低臨近元素的相互干擾，具有較高的準確度。

3.2 火花直讀光譜儀檢測焊絲成分的方法

光譜可以使用專用夾具來快速檢測較大規(guī)格焊絲的成分，對于規(guī)格≥φ3.2mm的焊絲，可使用粗絲夾具（見圖1），直接激發(fā)焊絲端面來檢測焊絲的化學成分。

圖1 粗絲夾具

介于φ1.6～φ3.2mm的焊絲，由于焊絲端面面積較小，因此如使用粗絲夾具，則不能充分激發(fā)，從而會導致檢測數(shù)據(jù)有較大偏差，甚至不能產生讀數(shù)，這時可采用細絲夾具，通過激發(fā)焊絲的側面來檢測焊絲的成分[2]，如圖2所示。

圖2 細絲夾具

當焊絲規(guī)格介于φ1.6～φ2.4mm時，焊絲側面受激發(fā)面積較小，會影響檢測數(shù)據(jù)，這時采用沖壓機將焊絲壓扁來增加激發(fā)面積，以提高檢測的準確性，如圖3、圖4所示。

圖3 沖壓設備

圖4 焊位沖壓

對于φ1.6mm以下的焊絲，光譜檢測數(shù)據(jù)不理想，可采用鎢極氬弧焊制備光譜塊，然后使用光譜檢測光譜塊的方法進行成分檢測。

3.3 ICAL校準

ICAL是描繪光譜儀曲線的一種校準方法。ICAL校準采用設備自帶標準樣品，激發(fā)出4個有效激發(fā)點，然后點擊接受即可完成ICAL校準。

3.4 試驗數(shù)據(jù)及分析

（1）鎢極氬弧焊制備光譜塊燒損情況 光譜火花臺激發(fā)位置開孔直徑為13mm，通常焊絲的直徑遠小于這個開孔直徑，因此常采用鎢極氬弧焊的方法制備光譜塊，然后通過光譜檢測光譜塊的成分來間接檢測焊絲成分，但在焊接構成中會因一些元素燒損而造成成分偏差。為了摸清燒損情況，進行了大量的試驗工作，試驗用焊接參數(shù)見表1。

表1 試驗用焊接參數(shù)

為了得到未經稀釋的熔敷金屬，制備的光譜塊如圖5所示。

圖5 光譜塊尺寸示意

要求光譜塊母材應為Q355碳素鋼板，厚度為20mm，熔敷金屬采用鎢極氬弧焊的方法進行堆焊，熔敷金屬長度L≥50mm，寬度W≥30mm，高度H≥20mm。熔敷金屬表面應平整，并無焊接缺陷。焊接完成后，應使用銑床對熔敷金屬進行加工，要求將表面加工平整，加工完成后，應使用砂紙對表面進行打磨。

將光譜檢測光譜塊的結果和對焊絲取屑進行化學成分分析的結果，與焊絲原廠材質書進行對比，結果見表2。

表2 鎢極氬弧焊光譜塊成分、焊絲成分化驗數(shù)值和焊絲材質書成分對比

（續(xù)）

（續(xù)）

從表2中發(fā)現(xiàn)，鎢極氬弧焊制成的光譜塊Mn元素相較于焊絲，會有少量的燒損，當wC＞0.04%時，光譜塊的碳會有少量燒損，其他元素基本與原焊絲含量相當。結合表1、表2可知，同品種、不同規(guī)格的焊絲采用不同焊接參數(shù)進行焊接后，其熔敷金屬化學成分并沒有因焊接參數(shù)不同而產生較大偏差?；谏鲜鼋Y果，可以使用光譜檢測光譜塊的化學成分來間接檢測焊絲的化學成分。

（2）不同直徑焊絲通過火花直讀光譜儀進行成分檢測的數(shù)據(jù)對比 火花直讀光譜儀臺面激發(fā)位置開孔直徑為13mm，常用的焊絲規(guī)格有φ0.8mm、φ1.0mm、φ1.2mm、φ1.6mm、φ1.9mm、φ2.0mm、φ2.4mm、φ3.2mm、φ4.0mm和φ5.0mm，這些焊絲的直徑均小于開孔直徑，無法直接激發(fā)。因此，使用設備自帶的專業(yè)夾具進行試驗，分別對同爐號、不同規(guī)格的焊絲使用光譜對原焊絲進行成分檢測，檢測的規(guī)格分別為φ1.0mm、φ1.2mm、φ1.6mm、φ2.0mm、φ2.4mm和φ3.2mm，并對φ1.2mm焊絲制備的光譜塊也進行了成分檢測。檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 同爐號不同規(guī)格不銹鋼焊絲使用火花直讀光譜儀檢測數(shù)據(jù)

對試驗結果進行分析發(fā)現(xiàn)，當焊絲規(guī)格≤φ1.6mm時，光譜儀不能直接對焊絲完成成分的檢測工作，φ1.6～φ2.4mm的焊絲通過沖壓機壓扁的方法可以完成成分檢測，但φ1.6mm焊絲的檢測結果存在一定偏差，結果與原廠材質和化學法檢測焊絲的結果有一些差距。焊絲直徑越大，其結果與原廠材質書和化學法檢測焊絲的結果越接近[3]。φ1.2mm焊絲使用鎢極氬弧焊制備光譜塊后，通過光譜進行檢測，其結果與原廠材質書和化學法檢測焊絲的結果比較接近，可以作為快速檢測焊絲成分的方法。

4 結束語

1）焊絲采用鎢極氬弧焊制備光譜塊，其成分與原焊絲成分基本相當，其Mn含量較原焊絲略有燒損。當wC較高（≥0.04%）時，會有少量燒損。

2）采用斯派克MAXX光譜儀檢測焊絲成分時，焊絲直徑越小，其偏差會越大，當檢測小直徑焊絲時，應使用沖壓機壓扁焊絲來增加焊絲的受激發(fā)面積，從而提高檢測結果的準確性。

3）當細直徑焊絲不能激發(fā)時，使用鎢極氬弧焊制備光譜塊可以用來間接檢測焊絲成分。

4）焊絲的C、S推薦使用碳硫儀進行測量，這樣可以快速得到更準確的結果。