铝合金化学成分分析样品的加工

铝合金化学成分分析样品的加工
摘要：铝合金化学成分控制是在熔铸工序中进行的，涉及熔炼和分析两个环节。

工序能力与技术要求是否匹配，可以通过计算工序能力指数进行量化评价。

如果工序能力不足，通过大数据采集，计算Ca值和Cp值，分析确定问题点和提升空间，从熔炼和分析两个途径分别采取措施减小Ca值和标准偏差，从而达到提高Cpk值，实现熔铸工序化学成分精准控制的目的。

关键词：铝合金；化学成分；分析样品；加工
1铝合金化学成分分析样品的加工
1.1直读光谱样品的加工
直读光谱样品占化学成分样品的比例达到90%以上，是铝合金样品加工的核心业务之一。

直读光谱样品主要分为两种类型，一种是熔铸生产过程样品，另一种是铸锭、挤压、热轧和冷轧的成品样品。

熔铸生产过程样品大致取样过程是，使用预热过的取样勺伸入熔炼炉、保温炉以及流槽中，将铝液倒入预热好的取样模，用水快速冷却，铝液凝固形成类似蘑菇状的样品，因此也叫“蘑菇样”。

“蘑菇样”的加工过程为，将样品柄装夹到卧式车床的爪盘中，用专用扳手拧紧，启动车床，进刀量一般设置为0.6mm，共分3刀车样。

第一刀进刀速度要慢些，不可操之过急，否则可能会造成卡顿。

第二刀可适当加快些。

为了保证最终样品表面的光滑平整，第三刀采用自动进刀的方式，并在运行过程中喷无水乙醇对加工表面进行冷却、润滑，加工后的表面应有细小刀痕。

加工前后使用数显卡尺测量试样厚度，车掉的厚度应为样品原始厚度的14%～22%。

加工后的样品表面应无氧化、无污渍、无细孔、夹渣、无激发斑点、无其他外来物、无污染。

加工好后不允许用手触碰其表面，避免体液对Na 元素产生干扰，使检测结果偏高。

车床应按时保养，车刀保持锋利。

对于1XXX、3XXX、6XXX软合金，应缓慢进刀，加大润滑冷却，避免产生过重的刀痕。

成品样品是指取自铝合金挤压型材、热轧板、冷轧板等产品的样品。

加工过
程比“蘑菇样品”更复杂。

第一步是使用锯床将大样本切割成小样本。

样品尺寸
应为5cm×5cm。

当然，它也可以根据样品本身的形状加工成其他尺寸，以确保它
可以放置在直读光谱仪的检测位置。

第二步是将锯切机加工的毛坯样品放在铣床上，加工厚度约为0.8mm。

这一步是最关键的。

如果铣床的水平度不够，加工后
的样品表面不够光滑，导致样品表面与直读光谱仪的激发台配合不良，激发时漏气，影响测试结果。

因此，应定期检查铣床的水平度，也应使用励磁表验证加工
样品的水平度。

软合金经铣床加工后易产生毛刺，交检验员前用刮刀清除。

测试前，样品需要用无水乙醇清洗测试表面，特别是如果铸锭样品本身含有大量油污，应确保测试表面清洁。

锯床和铣床可同时加工多个样品。

在处理过程中，样品制
备人员应佩戴防噪音耳塞。

需要强调的是，试样铣削过程中会有大量锋利的铝屑
飞出，因此铣床应采取保护措施防止铝屑飞出，试样制备人员应佩戴护目镜。

1.2 ICP光谱样品的处理
铝合金化学成分的ICP光谱分析是一种仲裁方法。

ICP光谱分析需要将块状
样品加工成碎屑样品，加工设备主要包括锯床、铣床和钻床。

不同的样品类型采
用不同的样品处理方法。

使用钻床、铣床加工前，应清理设备周围，避免加工过程中混入其他铝屑造
成污染。

在加工过程中，用干净的纸抓住铝屑，尽量减少铝屑飞出。

加工铝屑的
宽度不应大于1mm。

放入自封袋中，做好样品标识。

1.3固体氢样品的处理
铝合金中氢含量的测定有两种方法。

一是熔铸生产过程中铝液中氢含量的在
线检测，二是固态铝中氢含量的离线检测。

前者不需要对样品进行处理，可通过
在线氢检测器探头伸入铝液中直接检测。

后者需要对样品进行处理，要求较高。

其粗加工过程分为粗加工和精加工两部分。

粗加工工艺如下：用锯床将铝合金板
加工成15mm×15mm×200mm的矩形坯料，转移到数控车床上，加工成直径约12mm
的圆棒。

样品完全冷却后，可以转移到小型车床上进行精加工。

使用圆柱刀将样
品加工成直径约为9mm的圆棒。

使用切割刀切割样品，每个部分的长度约为20mm，
以确保端面切割平整。

切割时，使用干净的A4纸夹住样品，以防止样品掉落并在其表面造成划痕。

每个样品至少应处理5个平行样品。

在加工过程中应注意，进给速度不应过快，尤其是在加工软合金时。

进给过快会使铝合金粘在刀具上，导致试样表面粗糙，影响检测结果。

氢含量检测容易受到外部因素的影响。

设备应在精加工前进行清洁。

加工过程中应避免污染。

不应添加冷却水和乳液等冷却介质。

用于修整的刀必须足够坚硬和锋利。

应使用干净的纸切割样品，以避免直接接触样品表面。

2提高准确度的途径
2.1提高抽样代表性
材料合金化和化学成分调整是在熔炼和铸造过程中完成的，后续加工过程不能改变。

因此，我们探讨了如何在铝合金熔炼和铸造过程中准确控制化学成分。

化学成分分析包括两次炉前取样和成品取样。

应取一个或两个样品代表整个熔体。

因此，该工艺对取样环节要求很高，但在实际生产中普遍没有得到足够的重视。

影响取样代表性的因素主要有：合金元素的加入顺序、加入温度、熔体搅拌方式、次数和时间、熔体静置时间、在熔体炉中的停留时间、取样温度、取样位置和深度，工厂需要制定明确的技术要求和操作规范，并密切监控实施情况。

2.2提高分析精度
（1）样本更具代表性。

光谱分析收集曲面上的一个点，数据应代表整个样本。

取样模具和工具设计的合理性、预焙、取样转移时间、样品冷却方法、样品处理厚度等因素可能会影响光谱分析数据的代表性。

如果代表性不好或不稳定，则需要从上述影响因素中找出原因并加以改进。

（2）工作曲线应避免或纠正三要素的影响。

应选择化学成分与样品相似的标准样品绘制的工作曲线进行分析。

如果有三要素的影响，应进行干扰校正，否则会造成较大的分析误差。

（3）炉前和成品实验室之间不得存在系统误差。

通过大数据分析、交叉检查、基准测试和第三方检测，可以实时监控和纠正分析结果。

（4）控制样品的选择应适当。

对于不同的合金样品，应选择化学成分和含量尽可能接近的对照样品进行类型标
准化。

选择不当会导致较大的分析错误。

3安全注意事项
（1）操作人员上岗前必须经过设备安全操作培训。

操作设备前，必须穿戴
劳动防护用品。

严禁穿宽松的衣服、戴手套和不戴帽子的长发设备。

（2）操作
加工设备时，一人应独立操作一台设备，不得多人同时操作一台设备。

（3）在
机床操作过程中，操作人员不得擅自离开，使设备无人看管。

（4）在运行设备
程序之前，确认所有操作门和两侧门均已关闭，并检查安全屏蔽是否完整。

（5）去除铝屑时，应使用专用工具，注意不要被铝屑划伤。

（6）当机床因报警而停
机时，应首先清除报警信息，将刀具安全移出加工位置，确定报警故障消除后，
恢复加工。

（7）请勿在钻机表面放置其他物品。

停机更换钻头、夹具，装卸工件。

主轴锥孔内不得安装有毛刺和不干净的锥柄。

应使用楔形铁装卸钻头。

严禁
用锤子敲击。

（8）在紧急情况下，应迅速按下“紧急停止开关”，只有在紧急
情况消除后才能恢复正常运行。

（9）维护电气设备时，必须先切断电源，并悬
挂维护标志。

结论
按时维护保养机加工设备，确保设备功能正常，尤其要随时留意铣床的水平度，水平度不好，加工出来的样品表面不平，对直读光谱分析有很大影响。

化学
分析取样要有代表性，样品加工过程中要避免来自设备油污、冷却介质、其他样
品的污染。

铝合金样品加工过程中会存在铝屑划伤、噪音伤害、机械伤害等，应
做好相应的防护措施，严格个人劳保穿戴。

参考文献：
[1]覃金珠,陆科呈,兰标景,等.铝合金剥落腐蚀试验标准内容差异分析[J].
轻工科技,2019,35(1):115-116.
[2]杨甄鑫,廖抒华.轻质合金在汽车轻量化中的应用[J].汽车零部
件,2021(1):107-113.
[3]孔祥鑫,凌倩晴,冯强.超高层建筑施工中铝合金模板应用研究[J].工程建设与设计,2020(24):149-150.
[4]崔伦仪.铝合金在船舶和海洋工程中的运用[J].船舶物资与市
场,2021,29(5):81-82.。