Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки
Рассмотрены методические возможности определения химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки методом ЭСА-ИСП. Показано, что применение этого метода позволяет с большой достоверностью контролировать не только элементный состав флюсов, но и содержание в них оксидов и фторидо...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Современная электрометаллургия |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96186 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки / Л.Н. Чубов, Г.М. Григоренко, В.В. Лакомский // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 1 (102). — С. 38-41. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-96186 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-961862016-03-13T03:02:20Z Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки Чубов, Л.Н. Григоренко, Г.М. Лакомский, В.В. Общие вопросы металлургии Рассмотрены методические возможности определения химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки методом ЭСА-ИСП. Показано, что применение этого метода позволяет с большой достоверностью контролировать не только элементный состав флюсов, но и содержание в них оксидов и фторидов, что другими методами пока не удается сделать. Methodical capabilities of determination of chemical composition of fluxes of special electrometallurgy and welding using the ESA-ISP method are considered. It is shown that the application of this method allows control at a high validity not only the element composition of fluxes, but also the content of oxides and fluorides in them that is impossible by using other methods. 2011 Article Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки / Л.Н. Чубов, Г.М. Григоренко, В.В. Лакомский // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 1 (102). — С. 38-41. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0233-7681 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96186 669.187.2 ru Современная электрометаллургия Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Общие вопросы металлургии Общие вопросы металлургии |
| spellingShingle |
Общие вопросы металлургии Общие вопросы металлургии Чубов, Л.Н. Григоренко, Г.М. Лакомский, В.В. Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки Современная электрометаллургия |
| description |
Рассмотрены методические возможности определения химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки методом ЭСА-ИСП. Показано, что применение этого метода позволяет с большой достоверностью контролировать не только элементный состав флюсов, но и содержание в них оксидов и фторидов, что другими методами пока не удается сделать. |
| format |
Article |
| author |
Чубов, Л.Н. Григоренко, Г.М. Лакомский, В.В. |
| author_facet |
Чубов, Л.Н. Григоренко, Г.М. Лакомский, В.В. |
| author_sort |
Чубов, Л.Н. |
| title |
Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки |
| title_short |
Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки |
| title_full |
Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки |
| title_fullStr |
Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки |
| title_full_unstemmed |
Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки |
| title_sort |
контроль методом эса-исп химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Общие вопросы металлургии |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96186 |
| citation_txt |
Контроль методом ЭСА-ИСП химического состава флюсов для специальной электрометаллургии и сварки / Л.Н. Чубов, Г.М. Григоренко, В.В. Лакомский // Современная электрометаллургия. — 2011. — № 1 (102). — С. 38-41. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT čubovln kontrolʹmetodomésaisphimičeskogosostavaflûsovdlâspecialʹnojélektrometallurgiiisvarki AT grigorenkogm kontrolʹmetodomésaisphimičeskogosostavaflûsovdlâspecialʹnojélektrometallurgiiisvarki AT lakomskijvv kontrolʹmetodomésaisphimičeskogosostavaflûsovdlâspecialʹnojélektrometallurgiiisvarki |
| first_indexed |
2025-07-07T03:23:43Z |
| last_indexed |
2025-07-07T03:23:43Z |
| _version_ |
1836956909240844288 |
| fulltext |
УДК 669.187.2
КОНТРОЛЬ МЕТОДОМ ЭСА-ИСП
ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ФЛЮСОВ ДЛЯ
СПЕЦИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИИ И СВАРКИ
Л. Н. Чубов, Г. М. Григоренко, В. В. Лакомский
Рассмотрены методические возможности определения химического состава флюсов для специальной электрометал-
лургии и сварки методом ЭСА-ИСП. Показано, что применение этого метода позволяет с большой достоверностью
контролировать не только элементный состав флюсов, но и содержание в них оксидов и фторидов, что другими
методами пока не удается сделать.
Methodical capabilities of determination of chemical composition of fluxes of special electrometallurgy and welding
using the ESA-ISP method are considered. It is shown that the application of this method allows control at a high
validity not only the element composition of fluxes, but also the content of oxides and fluorides in them that is impossible
by using other methods.
Ключ е вы е с л о в а : флюсы; химический состав; мето-
ды определения
В XXI веке металлические материалы все еще не
утратили своего значения в машино- и приборо-
строении, авиации, космической технике, строи-
тельстве сооружений и транспортных систем.
Для машиностроения, как и других отраслей
промышленности, требуется высококачественный
металл. Решением этой задачи занимается специ-
альная электрометаллургия – отрасль, возникшая
на основе применения сварочных источников на-
грева для рафинирования металла и других опера-
ций металлургического производства.
Процессы сварки и спецэлектрометаллургии
непрерывно развиваются, выдвигаются новые идеи,
совершенствуется технология. Все это касается и
флюсов, являющихся необходимым элементом тех-
нологий большинства способов спецэлектрометал-
лургии и сварки плавлением.
Флюсы (шлаки) по химическому составу разде-
ляются на три типа: солевые, солеоксидные и ок-
сидные.
Солевые состоят из галоидов металлов и бескис-
лородных химических соединений. Малая химичес-
кая активность позволяет использовать их при свар-
ке и рафинирующем переплаве алюминия, титана
и других химически активных металлов.
В состав солеоксидных шлаков входят фториды
и прочные оксиды. Они используются преимущес-
твенно при сварке и рафинирующем переплаве
средне- и высоколегированных сталей.
Оксидные шлаки представляют собой в основ-
ном оксиды и применяются при сварке углеродис-
тых и низколегированных сталей.
Для технологических процессов сварки и спец-
электрометаллургии главное значение имеют высо-
котемпературные свойства шлаков, особенно в рас-
плавленном состоянии. К ним относятся физичес-
кие (вязкость, электропроводность, поверхностное
и межфазное натяжения) и физико-химические
свойства, определяющие поведение шлака по отно-
шению к расплавленному металлу. Данные свой-
ства шлаков в значительной степени зависят от хи-
мического состава шлакового расплава.
Важнейшей функцией шлака является сорбция
(поглощение) вредных примесей – серы, фосфора
и некоторых других элементов. Сорбционная спо-
собность шлака по отношению к примесям зависит
от его состава, температуры и раскисленности сис-
темы металл—шлак. Для удаления различных при-
месей требуются различные условия. Так, удаление
серы полнее происходит в раскисленной системе,
фосфора – наоборот, в окислительной среде.
Для процессов, протекающих в дуговых печах
и других открытых агрегатах, важную роль играют
защитные (покровные) свойства шлака. Проница-
© Л. Н. ЧУБОВ, Г. М. ГРИГОРЕНКО, В. В. ЛАКОМСКИЙ, 2011
38
емость шлака по отношению к азоту, водороду и
кислороду, содержащимся в атмосфере, в значи-
тельной мере определяет газонасыщенность метал-
ла и развитие процессов окисления. Массоперенос
в шлаке связан с диффузионной подвижностью при-
месей, вязкостью шлака и особенно с его составом.
Шлаки могут выполнять ряд других функций,
в зависимости от специфики конкретных процес-
сов – поддержание заданного теплового режима,
обеспечение хорошей поверхности слитка, стабили-
зация электрических дуг и др.
Наиболее важной технологической характерис-
тикой шлака является его основность, мерой кото-
рой в общем случае служит соотношение сумм кон-
центраций основных и кислотных оксидов, в прос-
тейшем случае – CaO/SiO2.
В литературе можно встретить большое количес-
тво других способов выражения основности, более
удобных в тех или иных конкретных случаях. Од-
нако следует иметь в виду, что не существует уни-
версальной шкалы основности и следует пользоваться
по возможности более простыми критериями.
Вместе с тем понятие основность оказалось очень
удобным и широко используется в практической ме-
таллургии и сварке в качестве простой обобщающей
характеристики.
Высокоосновные шлаки характеризуются хоро-
шей сорбционной способностью по отношению к
примесям, жидкоподвижностью, газопроницае-
мостью, способствуют стабилизации электрических
дуг. Это «короткие» шлаки, т. е. имеющие короткий
температурный интервал перехода от жидкопод-
вижного к твердому состоянию.
Кислые шлаки в тех же условиях являются более
вязкими, отличаются хорошими изолирующими
свойствами, большим интервалом перехода от жид-
кого к твердому состоянию («длинные»).
Все это свидетельствует о важности контроля хи-
мического состава используемого флюса (шлака).
Для анализа флюсов разработаны стандартные
химические методики [1], возможно определение
состава посредством рентгенофлуорисцентного ана-
лиза [2]. Последний является более экспрессным,
но не всегда пригоден из-за отсутствия стандартных
образцов на флюсы.
Мало изучена возможность применения эмиссион-
ной спектроскопии для анализа флюсов с возбужде-
нием индуктивно-связанной плазмой (ЭСА-ИСП),
конструктивная реализация которой показана на
рис. 1 и 2.
Традиционные достоинства ЭСА-ИСП (возмож-
ность использования для калибровки приборов мно-
гоэлементных стандартных растворов, большой ин-
тервал линейности градуировочных графиков, не-
значительное межэлементное влияние) позволяют
эффективно использовать метод в количественном
анализе нестандартных по составу образцов, содер-
жащих наряду с заранее известными примеси неус-
тановленных элементов [3].
К недостаткам ЭСА-ИСП можно отнести отсут-
ствие в настоящее время возможности определять
такие элементы, как кислород, азот, ряд галогенов.
Неоспоримым преимуществом метода применитель-
но к нашим задачам является скорость проведения
количественного анализа – не более 1…2 ч, в то
время как полный анализ по стандартным методи-
кам раздельного определения элементов [1] зани-
мает 2…3 сут.
Плавленые сварочные флюсы состоят из окси-
дов постоянного состава и плавикового шпата CaF2,
содержание которого достигает 30, а в флюорито-
вом концентрате – 80 мас. %. Поскольку сначала
мы определяем концентрацию абсолютного боль-
шинства элементов, включая примесные, а затем
находим содержание их оксидов, открывается воз-
можность достаточно точно установить массовую
долю CaF2 расчетным путем по остаточной разности.
Перспективность рассматриваемой методики
аналитического контроля флюсов подтверждается,
во-первых, тем, что прямое количественное опреде-
ление фтора сопряжено с проведением продолжи-
тельного анализа на энергоемком оборудовании, ко-
Рис. 2. Внешний вид спектрометра ЭСА-ИСП
Рис. 1. Принципиальная схема спектрометра ЭСА-ИСП: 1 –
электронно-оптический блок; 2 – блок горелки с индуктором;
3 – распылительный блок с перистальтическим насосом; 4 –
баллон с аргоном; 5 – раствор пробы; 6 – слив
39
торое при CaF2 > 60 мас. % дает заниженные ре-
зультаты, достигающие 4 мас. %. Во-вторых, уста-
новленная погрешность нашей методики определе-
ния CaF2 составляет ±1,5 мас. %, что при изменении
в большинстве марок флюсов содержания CaF2 в
пределах ±(1…3) мас. % следует считать вполне
удовлетворительным.
Для отработки методики использовали стандар-
тные флюсы АН-20П, ОСЦ-45, АНФ-6, компонен-
ты которых достаточно полно охватывают диапазон
таковых в однотипных материалах.
Аналитическая часть работы состояла из пробо-
подготовки и собственно измерения. Навеску пробы
массой до 0,2 г растворяли в смеси кислот HNO3 и
HF в соотношении 10:1. Взаимодействие происхо-
дило в стеклоуглеродных стаканах с добавлением
100 мл дистилированной воды при постоянном ки-
пячении. Полученный раствор количественно пере-
носили в мерную колбу и доводили водой до метки.
При наличии нерастворившейся взвеси раствор
делили на 2…3 части, в каждую из которых добав-
ляли по 30 мл HClO4, 50 мл воды и снова кипятили
до полного растворения. После того, как растворы
становились прозрачными, их количественно сме-
шивали в мерной колбе на 500 мл. Непосредственно
для выполнения спектрального анализа из получен-
ных растворов отбирали по 2…3 аликвоты по 25 мл
каждая. Для их разбавления выбирали мерные кол-
бы такого объема, чтобы значение концентрации
определяемых элементов находилось в пределах ли-
нейного участка калибровки.
Количественное растворение алюмосиликатных
материалов предусматривает обязательное исполь-
зование плавиковой кислоты либо ее соли. При от-
работке пробоподготовки была решена проблема
минимизации погрешности в анализе кремния, выз-
ванной растворением стеклянных частей распыли-
тельной системы спектрометра ЭСА-ИСП в среде
F—-ионов. Для устранения негативного влияния их
избытка в растворы проб непосредственно перед
спектральным анализом вносили необходимое ко-
личество H3BO3. Ионы бора связывали фтор в сла-
бодиссоциирующее соединение BF3.
При определении оптимального диапазона изме-
ряемых концентраций установлена зависимость ли-
нейности калибровочных графиков от изменения
pH растворов. Для поддержания кислотности ана-
лизируемых растворов на уровне pH стандартов и
уменьшения избыточной концентрации F—-ионов, а
также бора исходные растворы разбавляли и при
необходимости в них вносили по 1…2 мл HNO3.
Сравнительная оценка содержания компонентов в стандартизированных образцах флюсов
Вид компонента
Массовая доля компонентов в стандартных образцах, %
ОСЦ-45 АН-20П АНФ-6
Нормативная Определенная
и рассчитанная
Нормативная Определенная
и рассчитанная
Нормативная Определенная
и рассчитанная
SiO2 41,7 41,1 23,0 24,0 2,06 2,21
Al2O3 2,14 2,33 29,9 30,2 24,6 23,5
CaO по общему cодержанию Ca 9,86 10,02 23,9 23,1 52,9 52,6
MnO 42,73 42,5 0,43 0,45 — —
MgO 0,82 0,84 11,4 11,1 — 1,22
Fe2O3 0,83 0,78 0,84 0,80 0,13 0,19
K2O + Na2O — 0,40 2,36 2,30 — 0,44
Сера 0,009 0,01 0,030 0,027 0,020 0,015
Фосфор 0,085 0,09 0,012 0,014 0,013 0,016
CaF2 7,02 6,92 28,1 28,3 68,7 69,97
CaO из сырья 4,80 5,05 3,75 2,73 3,60 2,37
BaO — 0,80 — — — —
SrO — — — 0,08 — 0,15
Рис. 3. Изображение на экране монитора градуировочной кривой
и показаний прибора после обработки результатов анализа
40
Спектрометрию элементов, входящих в состав
флюсов в количествах свыше 1 % и отнесенных к
нормируемым показателям, осуществляли по 3…5 ли-
ниям (рис. 3). Содержание элементов-примесей оп-
ределяли по 1…2 линиям. Выбирали линии, мак-
симально свободные от взаимного влияния.
По результатам статистической оценки содержа-
ния элементов в двух пробах образца флюса и трех
параллельных разбавлениях каждой пробы уста-
новлено, что относительное среднеквадратичное от-
клонение концентрации Sr (%) зависит от абсолют-
ного значения последней и может изменяться в сле-
дующих пределах: Ca – 0,15…0,30; Si –
0,15…0,30; Al – 0,25…0,45; Mg – 0,3…0,6; Mn –
0,3…0,5; Fe – 1,5…3,0.
Сравнение полученных результатов с приведен-
ными для рентгенофлуоресцентного анализа флю-
оритового концентрата [2] показало, что ЭСА-ИСП
имеет в 2…5 раз меньшее расхождение данных па-
раллельных измерений. В результате точность рас-
четного нахождения CaF2 близка к таковой его пря-
мого определения рентгенофлуоресцентным методом.
Указанные отклонения с учетом возможного как
регулярно завышенного, так и заниженного опре-
деления кремния (не более 10 мас. % в пересчете
на SiO2) позволили в расчетах содержания CaF2
снизить абсолютную ошибку до 1,5 мас. % (таблица).
Из полученных результатов следует, что при
снижении содержания флюорита разность система-
тически уменьшается. Анализ проб позволил уста-
новить наличие не приведенных в описании стан-
дартов примесей соединений бария и стронция, что
подтвердило перспективность использования рас-
сматриваемого метода при анализе флюсов и род-
ственных материалов, изготовляемых из сырья не-
постоянного состава.
Таким образом, приведенные результаты иссле-
дований свидетельствуют о целесообразности ис-
пользования данной методики при полномасштаб-
ном анализе состава сварочного флюса.
1. ГОСТ 22974.0—96; ГОСТ 22974.13—96. Флюсы сварочные
плавленые. Методы анализа. – Киев: Госстандарт Укра-
ины, 1996. – 292 с.
2. Михайлова Л. В., Крючкова Г. К. Контроль химического
состава флюорита в производстве шлакообразующих сме-
сей // Завод. лаб. диагностика материалов. – 1999. –
65, № 11. – С. 64—65.
3. Зильберштейн Х. И. Высокочастотный индуктивно-свя-
занный плазменный разряд в эмиссионном спектральном
анализе: Сб. науч. тр. – Л.: Наука, 1987. – 223 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 20.12.2010
KYIV TECHNICAL TRADE SHOW 2011
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЫСТАВКИ
12—14 апреля 2011 г.
СВАРКА. РОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ- 2011
ТРУБОПРОВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ- 2011
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ- 2011
Оргкомитет: ООО «ТДС-ЭКСПО»
Тел./факс: (+38044) 596-93-08, 596-91-84, 596-92-20
Е-mail: olga@welding.kiev.ua, exhibit@welding.kiev.ua
41
|