第34卷，第4期 2014年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 34 ,No. 4 -pp1089-1094
April,2014
激光诱导击穿光谱对焊缝熔合区的元素成分分布分析
杨春1，2，张勇，贾云海1*，王海舟
1，钢铁研究总院，北京100081
2.清华大学材料学院，北京100084
摘要微光诱导击穿光谱（LBS)是近十几年来快速发展的一种新的表面分析工具，由于具有分析速度快，灵敏度高等优点，故在材料科学领域引起广泛的关注。文中采用LIBS、扫描电子显微镜/能谱仪（SEM/ EDS)和电子探针显微分析(EPMA)三种分析方法，对两类不同焊缝的熔合线区域进行线扫描分析，研究了 Ni，Mn，C，Si等元素在熔合线区域含量的变化情况。结果表明，对于含量较高且焊缝和母材成分差别较大的Ni和Mn元素，三种方法获得了一致的分析结果，两试样焊缝内的Ni和Mn含量均高于母材，在熔合线区域明显体现出浓度梯度分布。三种方法根据Ni和Mn的浓度分布测得的熔合线区宽度值比较接近。对于含量较低且焊缝和母材成分差别较小的C和Si元素，采用SEM/EDS和EPMA时，焊缝与母材之间的成分差异没有分析出来：而采用LBS时，两区域的成分差异则可以清晰的展现出来，在熔合区域能够清楚观系到浓度梯度分布曲线。LIBS的分析灵敏度明显高于SEM/EDS和EPMA，在分析低含量元素时更具优势。
关键词激光诱导击穿光谱；元素成分分布；焊缝；熔合区
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2014 )04-1089-06
1
实验部分
在焊缝中添加合金元素一直是改善焊缝微观组织、力学性能以和电化学性能的有效手段，广泛应用于各种材料的焊接工艺研究当中口，行。目前研究元素成分分布的主要分析方法有金相显微法、扫描电子显微镜/能谱仪(SEM/EDS)和电子探针显微分析（EPMA)等，其中SEM/EDS和EPMA可以获得较高的空间分辨率，但存在分析速度慢、灵敏度低等缺点，难以给出元素含量分布的定量分析结果。激光诱导击穿光谱(LIBS)不仅可以对导电和非导电的物质进行成分的定量分析35]，而且还可进行元素强度或含量分布和涂层等表面微区分析[6.7]，故在材料科学领域引起广泛关注。
Menut等3对金相显微镜进行改进并与LIBS联用，对非导电的陶瓷、环境样品和导电的冶金样品扫描分析，研究了Mn，Ti和Ni等元素在铁基中的分布。Izmer等采用激光烧蚀与电感耦合等离子体质谱联用技术（LA-ICP-MS)对高温合金镀NiCrAIY的截面进行分析，研究了Co，Ta，Mo， W，A1和Cr等元系在母材与镀层材料熔合区元系含量的变化。文中则采用LIBS对焊缝的熔合线区域Ni和Mn两元素含量分布进行了定量的表征。
收稿日期：2013-07-04，修订日期：2013-10-03
基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项项目(2011YQ140147)资助
作者简介：杨春，1982年生，钢铁研究总院工程师
1.1仪器
LIBS主要由激光器、充氟样品室、光谱仪和脉冲延时发
生器等四部分组成，与传统经典的电感耦合等离子体光学发射光谱仪（ICP-OES）、微波诱导等离子体光学发射光谱仪(MIP-OES）、火花源光学发射光谱仪（Spark-OES)和辉光放电光学发射光谱仪(GD-OES)等发射光谱分析技术相比，
反射镜透镜
充氢样
光阐
计算机
品室
光电信增管
N YAG
脉冲延时发生器
四面光棚
Fig.1Schematic setup of LIBS
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