激光光谱原位统计分布分析技术测定汽车板表面线状缺陷中异常元素

用激光光谱原位统计分布分析方法(LIBSOPA)获得汽车板表面线状缺陷样品元素分布的信息。运用激光光谱定量分析、深度扫描和一维表面线扫描结合的方法得到缺陷部位和非缺陷部位的元素含量信息,然后与实际样品位置信息对应,从而得到垂直线状缺陷方向各相关元素的分布分析数据。采用激光光谱原位统计分布分析方法获得的汽车板表面线状缺陷异常元素的数据与其他方法（扫描电镜,辉光光谱法）的分析结果相符。该方法具有激发斑点小、微损分析、原位分析等优点,尤其在分析镀层覆盖下的线状缺陷方面优势明显,可以用于汽车用薄板表面线状缺陷异常元素的甄别,为改进生产工艺提供了新的判据。     

冷轧热镀锌板表面条形缺陷的分析及形成原因探讨

采用激光诱导击穿光谱原位统计分布分析技术(LIBS-OPA)、扫描电镜结合能谱仪(SEM/EDS)对冷轧热镀锌板表面条形缺陷处的元素进行了分布分析,并探讨了缺陷的形成原因。使用激光诱导击穿光谱原位统计分布分析技术对镀锌板表面进行了面扫描,扫描区域包含镀锌板表面的条形缺陷,并作出铝、铬、钙、碳、铁、硅、铜、锰、钠、镁、钾和锌等12种元素的强度二维分布图及线分布图,结果表明在缺陷中心处,锌和钾的含量比正常部位低,铝、碳、钙、铬、铜、硅、锰、钠、镁等元素在缺陷中心处的含量比正常部位高;在缺陷中心的两侧,铁、铝2种元素存在两条断续的高含量带,碳元素存在两条低含量带。同时,用扫描电镜与能谱仪对镀锌板表面正常部位和缺陷部位进行线扫描和定量分析,结果表明在缺陷部位,碳、氧、铝3种元素的含量明显比正常部位高,锌的含量比较低,而钙和钾含量变化表现不明显。SEM/EDS结果与LIBS-OPA检测结果一致,将两种手段的检测结果对比分析,得知缺陷部位所含成分主要为氧化钙和氧化铝,由此推测缺陷可能是由保护渣夹杂所致。激光诱导击穿光谱原位统计分布分析为缺陷的分析鉴定提供了新的测试方法,对镀锌板生产工艺的改进具有指导意义。     

矿山土壤重金属垂直分布快速检测研究

矿山活动常常导致土壤中重金属含量的增加,对环境和人类健康带来潜在危害。因此,快速检测矿山土壤中重金属的垂直分布情况变得至关重要。传统检测方法无法实现矿山土壤重金属垂直分布的快速检测,激光诱导击穿光谱技术作为一种新兴元素分析技术,在矿山土壤重金属检测领域具有显著优势。文章基于激光诱导击穿光谱技术,搭建了激光诱导击穿光谱检测系统,研究了土壤现场取样、检测、定量方法,实现了土壤中铅和铜等典型重金属垂直空间分布的快速检测。以河南省济源市矿山现场采集的矿区土壤样品为例,直接采集了0～60cm深度的土壤样品,并直接进行了检测,结果表明激光诱导击穿光谱与ICP-OES检测结果之间具有较好的一致性,对铜元素的检测平均误差为10.7%,对铅元素的检测平均误差为14.6%。研究结果为判断矿山土壤是否遭受重金属污染、污染程度以及重金属分布与浓度信息提供了技术支撑。     

激光诱导击穿光谱技术分析岩石和煤样品

本文采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术分别对具有不同成分和紧密度的岩石和煤样品进行分析。由波长为1 064 nm的Nd:YAG脉冲激光器,样品台和分辨率为0.1 nm的微光谱仪等器件组成一个小型激光诱导击穿光谱实验系统,通过计算机对光谱仪采集到的数据进行分析和处理。根据LIBS光谱图的特征谱线,对岩石和煤等样品中部分元素进行了定性分析,并对未知岩石样品进行了简单的分类;选用Si I谱线(251.6 nm),对标准岩石粉末样品的硅元素进行分析,发现谱线的相对强度和元素含量的对数值之间有很好的线性关系,由此可得到Si元素的定标曲线,并用于定量分析Si的含量,同样的方法也可分析样品中的其他元素。实验结果为采用激光诱导击穿光谱技术对物质成分进行快速检测和分析的可行性提供了依据。     

激光诱导击穿光谱法分析表面氧化钢铁样品中的碳硅锰磷硫铬镍铜铝

利用激光诱导击穿光谱法对中低合金钢中的碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍、铜、铝九种元素进行了定量分析。采用铁基体作参比、信号积分平均的数据处理方法,考察了样品台高度、激光聚焦位置、积分延迟时间、低压充氩等因素对激光光谱信号的影响。通过反复试验,确定了焦点位于样品表面之下4 mm、氩气氛围为4 000 Pa等最佳分析条件。在优化条件下,中低合金钢标准样品GSBH40068-93中9种元素线性相关系数均大于0.99。所建立的方法可应用于存在表面氧化钢铁样品的直接测定。实验表明,本法在不进行样品处理条件下测定值与火花光谱测量结果相吻合。     

热镀铝锌划伤缺陷分析

划伤缺陷作为热镀铝锌产品常见的表面类缺陷,严重影响了产品的质量和交付。本文对钢厂一段时间以来发生的划伤缺陷进行了微观形貌和能谱元素分析,以判断缺陷产生源头。分析思路是采用工序分离的方法,判断划伤缺陷与后处理涂层、平整凹坑、镀层表面、基板表面的相对位置。结果表明,划伤缺陷可以分为五类：镀前划伤、镀中划伤、镀后平整前划伤、平整后划伤、用户切板过程划伤。同时,根据分析结果,提出了预防划伤缺陷发生的控制措施,主要包括：确认来料表面质量、控制锌渣、减少顶辊凸度、保证出口活套凸辊转动良好、用户弧形板安装精度控制。通过上述措施的实施,划伤缺陷发生率显著降低。     

基板划痕对热镀锌及合金化镀层组织结构的影响

研究了IF钢表面划痕深度对热镀锌镀层及合金化镀层表面缺陷的影响、划痕部位镀层的生长过程、组织结构及合金化行为.试验及分析结果表明,热镀锌时锌液能够有效填充划痕凹陷,从而降低基板表面的划痕缺陷,但划痕缺陷可以遗传到合金化镀层表面;在镀层合金化过程中,与正常部位相比缺陷部位的合金化速度快;随着镀层合金化的进行,缺陷部位的Z...     

材料非平面部位组成与状态的原位统计分布分析表征技术

采用激光原位统计分布分析(Laser-OPA)技术表征非平面表面小规格样品（焊管弧形表面、船板钢厚板坯冲击试样和定向凝固镍基高温合金涡轮叶片）的成分分布情况,首次提出用二维投影含量等高图、三维形貌含量等高图等方法来表征样品非平面表面各化学元素分布状况。焊管弧形表面元素的频度-含量分布与最大偏析度的结果较吻合;对于船板钢厚板坯冲击试样,火花原位(Spark-OPA)、激光诱导击穿光谱原位(LIBS-OPA)与激光烧蚀电感耦合等离子体质谱原位统计分布(LA-ICP-MS-OPA)的元素分布情况三者一致;高温合金涡轮叶片的LA-ICP-MS-OPA结果表明,低熔点元素在多晶带区域容易析出,工艺上采用定向凝固技术能有效改善析出现象。     

激光诱导击穿光谱法测定铝合金中铁铜硅

将Nd：YAG激光脉冲会聚于合金表面以产生激光诱导等离子体,等离子体辐射发射光经过多通道光栅光谱仪并由CCD检测。分析发射光谱的特征谱线,建立校准曲线以实现铝合金中代表元素Fe,Cu,Si的定量分析。测量相对误差基本可在10%以内,检出限可达10-4量级。证明激光诱导击穿光谱（LIBS）技术可在短时间内实现合金样品中多元素的定量分析。     

多径腔增强激光诱导击穿光谱用于合金中痕量元素的高灵敏检测

激光诱导击穿光谱(LIBS)在合金表面痕量元素分析领域具有重要的潜在应用价值,尽管LIBS甚至是双脉冲LIBS(DP-LIBS)已具有很高的检测灵敏度,但对部分元素的检出限(LOD)仍无法满足某些应用需求。为了进一步降低DP-LIBS的LOD,提出了一种共心多径腔(CMC)增强DP-LIBS(CMC-DP-LIBS)技术,使双脉冲激光中的再加热激光在CMC腔室内经多次反射和会聚来持续加热等离子体,充分利用再加热激光的能量,最终实现光谱信号和检测灵敏度的提升。对锌样品表面Mn元素检测的实验结果显示,CMC-DP-LIBS较正交再加热DP-LIBS的LOD降低了63%,说明了CMC-DP-LIBS确实大幅提升了LIBS的检测灵敏度,提升了LIBS在合金表面痕量元素分析中的应用价值,特别是对样品烧蚀及损伤有特殊需求的应用领域。     

火花源原子发射光谱法鉴别汽车板表面线状缺陷

根据汽车面板线状缺陷区域与无缺陷区域的碳、硅、镁、铝、钙、氧等元素的单火花强度在时序上存在差异特性,提出了汽车板表面线状缺陷火花源原子发射光谱定性与定量识别方法。在对锌埚样进行单火花分析时发现锌液中含有硅、铝、钙、钛和镁等元素的夹杂物,为消除干扰提出了用稀盐酸除去锌层的方法。采用定性法与定量法鉴别时分别对缺陷区域和无缺陷区域进行单火花分析,并将单火花数据按规则进行计算,进而鉴别缺陷属于划伤还是夹杂物,鉴别结论与能谱法吻合。方法灵敏度高,简便快速,分析1个试样时间少于10 min。     

基于深度学习的圆钢表面缺陷检测系统

圆钢表面缺陷是影响圆钢质量的重要因素。随着钢铁生产轧制节奏提升和智能化升级,人工检测、传统表面缺陷检测等方法已经难以同时满足多种类缺陷、高速在线检测等方面的需求。因此,设计了适用于圆钢表面缺陷检测的成像系统,提出分类优先网络与目标检测网络融合的圆钢表面缺陷检测方法,并将一种非缺陷样本加入网络模型的训练以提升检测精度。试验结果及应用效果表明,该方法针对凹坑、裂纹、耳子、划伤、翘皮等表面缺陷的准确识别率达到95.61%,能有效减少缺陷误报、漏报的问题。     

汽车钢板表面线状缺陷控制技术

针对线状缺陷是制约汽车钢板表面品质的关键问题,对汽车钢种热轧板和冷轧板的表面缺陷进行SEMEDS分析。研究发现保护渣是引起汽车板线状缺陷的主要原因。提高钢液洁净度可以缓解水口堵塞,进而减少保护渣卷入与内壁大尺寸夹杂物脱落,此外优化结晶器流场也可以防止卷渣的发生。某钢厂通过工艺优化,使加铝前钢液溶解氧降低明显,并有效减少连铸过程钢液的二次氧化,提高了钢液洁净度。此外还通过对浸入式水口结构进行优化,降低了结晶器上回流强度,使液面波动明显减小。采取上述工艺优化,轧板表面线状缺陷的发生率显著降低。     

中厚板表面粗糙识别与判定的难点及对策分析

通过对船板表面粗糙缺陷的识别检验及判定的难点进行分析,结合多年的判定经验,针对提高表面粗糙的识别与判定的准确性,开展了一系列工作。通过近千块钢板抛丸前后对比试验,对钢板表面的颜色和刮蹭表面进行识别,在保证有效辨别情况下,推动了检验判定标准由产品标准向客户标准的转变。同时根据缺陷深度、使用位置以及分布面积的不同等,结合不同客户质量需求的不同,做到钢板质量的精准识别判定,保证钢板检验的准确性、有效性,减少了经济损失,增强了产品市场竞争力。     

低合金钢断口化学成分的激光烧蚀电感耦合等离子体质谱原位统计分布分析表征

通过激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对标准样品表面进行四点定点分析,从而得到校准曲线,再利用得到的校准曲线对断口表面进行扫描分析,根据样品移动台的精确定位得到样品表面的位置信息,用激光器的聚焦位置来模拟样品表面的深度信息,描述了 样品的表面形貌,从而得到样品表面元素原位统计分布分析状况,实现了对非平面表面元素的原位统计分布分析表征.利用本文的方法对一低合金钢冲击试样断口表面的16种元素进行原位统计分布分析,结果表明:断口表面各位置的元素含量统计分布基本符合正态分布,唯Al、Zr、Nb的统计偏析度较大.     

钢板表面缺陷图像的跨域翻译

基于深度学习的表面检测识别算法中,往往需要大量的样本数据。但对于一些新投产的生产线无法在短时间内收集足够多的样本。为了解决这一问题,采用了一种改进型的对抗生成网络,对其他生产线上的图像样本进行图像翻译,以获得新生产线的缺陷样本,即跨域图像转换。将热轧钢板表面缺陷样本和冷轧带钢无缺陷样本融合转换成冷轧带钢表面缺陷样本。试验将6种不同类型的热轧钢板表面缺陷进行了跨域转换,结果表明,对于背景纹理较重的图像转换结果较好,对于一些缺陷尺度较小的缺陷,如麻点,检测结果仍有改进空间。为了定量地对检测结果进行判定,引入了一个神经网络来对原始图像和翻译图像进行分类。分类结果准确率达到了96%,表明图像跨域转换效果良好,有一定应用价值。     

镀锌板表面胞状凸起缺陷

 采用SEM、EDS和大样电解法研究了某种镀锌板表面胞状凸起缺陷的形成原因。结果表明：冷轧板表面起皮缺陷是造成镀锌板表面胞状凸起缺陷的直接原因。冷轧原料板近表层分布着尺寸大于300 μm的长条状硅酸盐夹杂带,且夹杂带中分布着块状氧化铁夹杂。与缺陷镀锌板同批次酸洗板机械研磨去掉近表层,随后冷轧试验表明,块状氧化铁夹杂不是造成镀锌板表面胞状凸起缺陷的主要原因。缺陷镀锌板铸坯中夹杂物含量为100.32 mg/10 kg,夹杂物主要由尺寸大于140 μm大型夹杂物组成,而正常镀锌板铸坯中夹杂物含量为20.98 mg/10 kg,证实钢中大型硅酸盐类夹杂是导致镀锌板表面凸起缺陷的根本原因。     

Prediction and Control of Thermal Scratch Defect on Surface of Strip in Tandem Cold Rolling

The thermal scratch significantly influences the surface quality of the cold rolled stainless steel strip.In order to establish a precise mathematical model of oil film thickness in deformation zone,the lubrication in cold rolling process of B443 NT stainless steel strip was studied in the laboratory.According to the principle of statistics,a mathematical model of critical oil film thickness in deformation zone for thermal scratch was built,with fitting and regression analytical method,and then based on temperature comparison method,the criterion for deciding thermal scratch defect was put forward.Storing and calling data through SQL Server 2005,a software on thermal scratch control was developed in the Microsoft Visual Studio 2008 environment by MFC technique for stainless steel in tandem cold rolling,and then it was used into the practical production.Statistical results demonstrated that the hit rate of thermal scratch arrives at 91.47%,the occurrence rate of thermal scratch is decreased by 87.81%,and rolling speed is increased by 7.3%.The developed software is of significance to the control of products quality of stainless steel strips,and the analysis and solution to the problem of thermal scratch defects in tandem cold rolling.     

激光诱导击穿光谱分析中钛合金样品制备方法研究

Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr钛合金具有高温延展性好、高温强度大的特点,有用于铸造涡轮、涡流器、叶片等高温部件的潜力。在用激光诱导击穿光谱(LIBS)对合金或部件内部定量分析前,需预先将被分析钛合金样品和钛合金标准样品用相同的方法制备以去除表面氧化层、铸造反应层和污染物。鉴于该钛合金为室温脆性材料,不适于切削制备样品,宜采用磨抛方法制备样品,而磨抛制备样品时因发热粘滞会造成样品表面污染,影响LIBS分析钛合金中成分。实验用LIBS评价光谱磨样机磨制、金相磨样机磨制、手工磨制、手工抛光、辉光氩离子轰击等几种方法去除不同组织钛合金标样表面氧化层、污染物的效果。通过LIBS分析发现,样品制备过程中污染来源于制造砂纸的胶接剂,磨制线速度、磨料粒度、抛光方向影响制备效果,且样品的组织也影响污染物去除效果。用碳化硅砂纸光谱磨样机高速磨制钛合金表面碳污染层深度大,达15μm,高于水冷金相磨样机中速磨制的碳污染层深度,说明温度高促进碳在钛合金中的扩散;中低速磨制时,使用的砂纸标号越高,含碳、钙的污染物在样品表面附着增加。中速磨制时,与α相亲和力强的钙、铝等元素在α组织的钛合金扩散深度较α+β、α_2+γ组织钛合金大,钙污染深度达10μm,而碳在不同组织的钛合金表面扩散没有明显差别。手工低速磨制时,在钛合金表面上的碳、钙污染层较浅,深度为1~3μm,与磨痕深度一致。双向或沿磨削纹理抛光效果优于垂直纹理抛光效果,残留污染物深度不超过1μm,与辉光氩离子轰击效果相近。实验研究解决了钛合金样品制备易受污染的问题,LIBS分析碳等元素的校准曲线得到改善,测量精度得到提高。对于Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr钛合金样品分析的结果同其他方法的对照结果一致性较好。