CN100580425C - 焊丝表面有机化合物量测定方法 - Google Patents

Abstract

将红外线照射区域的直径定为A，将圆柱状或圆筒状的所述被测定物的外径定为D，将多根被测定物并列排列在红外线照射区域内时的设置宽度定为B时，以满足A/D≥2；B≥(A+D)的关系的方式，将圆柱或圆筒状的被测定物排列在红外线照射区域内，用红外线进行照射，用被测定物的扩散反射光对特定波长的红外线的吸光度进行测定。通过这种测定方法，可以不受被测定物的钢种及油的种类的影响，不使用高环境负荷的限制物质，而高精度且简便地测出涂布在被测定物上的油的附着量。

Description

焊丝表面有机化合物量测定方法

技术领域

本发明涉及对涂布在焊丝等表面上的润滑油等的表面有机化合物的量进行测定的焊丝表面有机化合物量测定方法。

背景技术

通常在焊接用焊丝等的制造中，在将焊丝收纳到卷筒(spool)或包装筒(Pailpack)等包装容器之前对其涂油。在该涂布工序中，将油附着量控制在特定的范围内是极其重要的，油量不足时，会导致生锈，使焊接时以一定的速度进给焊丝变得困难，相反当油量过量时，油的燃烧气体混入到焊接金属中，产生气孔缺陷而使焊接部的强度下降。因此，涂布之后立即对油量进行测定，当油量不在规定范围内时，需要迅速将油量信息反馈到涂布装置的作业条件，从而对条件进行修正。

基于上述要求，以前提出了一种对焊丝表面的油量进行测定的方法(特开2005-257553、特开2005-91306)。作为该油量测定方法，具体有(a)使用将四氯化碳作为提取溶剂的油分浓度计的方法；(b)使用替代氟利昂作为提取溶剂的油分浓度计的方法；(c)用不吸收KBr等红外线的物质制成片剂，使用利用片剂表面的直接反射光的红外线分光光度计(FTIR)的方法。(d)将红外线直接照射被测定物表面，检测直接反射光的红外分光法；(e)用滤纸等擦拭焊丝表面，从滤纸表面的油迹的附着情况推断有附着量的方法。

然而，上述现有的焊丝表面油量测定方法，存在如下所示的问题。首先，(a)方法中使用的四氯化碳为蒙特利尔议定书的限制物质，仅限于分析、测定等基本用途，到2007年末该物质的使用将被废止，今后将不能使用。另外，因为是以具有C-H结合的油作为测定对象的装置，只能测出相当于C-H结合的原子间距离的波长为3.4μm附近的红外线的吸光度，所以不能对全氟聚醚(Perfluoropolyether)、PTFE(polytetra-fluoroethylene；聚四氟乙烯)等仅具有C-F结合的润滑剂的附着量进行测定。

在(b)方法中，用于提取的溶剂价格昂贵，所有具有C-Cl结合的替代氟利昂都是臭氧层破坏物质，因此今后成为限制对象物质的可能性高。该方法也与(a)方法相同，不能对C-H油以外的润滑油进行测定。

在(c)方法中，用石油醚或丙酮等有机溶剂提取油分之后，与KBr粉末混合，去除溶剂之后成形为片剂，由照射到KBr片剂上的红外线的吸光度测出油量。该方法的优点是溶剂不限定于四氯化碳，相反，蒸发、去除溶剂以及制成KBr片剂等前处理所花费的时间长，因此使迅速向作业条件进行反馈变得困难。

(d)的方法所使用的是钢板的涂膜器等，该方法虽然简便，但因为是用于板材的技术，受到被测定物的形状和粗度的限制，所以不能用于圆柱状的焊丝。

(e)的方法非常简便，但定量性差，不适于氢致裂纹敏感性高的高张力钢用焊丝等的油量管理。

另外，所谓的红外线分光分析中，有向上述(a)、(b)、(c)的方法那样使用透过光的方法，和向(d)的方法那样使用直接反射光的方法，除此之外还有利用扩散反射光的方法，但使用扩散反射光的方法是可以用于粉末试料的结构分析的方法，并不能用于具有曲率的被测定物的表面附着物浓度的测定。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而设计的，其目的在于，提供一种不受被测定物的钢种及油的种类的限制，不使用高环境负荷的限制物质，能够高精度且简便地测定出涂布在被测定物上的油的附着量的表面每焊丝单位质量的有机化合物量测定方法。

本发明的对作为被测定物的焊丝表面的每焊丝单位质量的有机化合物量进行测定的方法，是将圆柱或圆筒状的被测定物无间隙地并列排列在红外线照射区域内，在将红外线照射区域的直径定为A，圆柱或圆筒状的所述被测定物的外径定为D，把多根被测定物并列排列在红外线照射区域内时的设置宽度定为B时，使其满足A/D≥2、B≥(A+D)的关系，照射红外线，利用来自被测定物的扩散反射光对特定波长的红外线的吸光度进行测定。

在此所述“表面有机化合物浓度”是指焊丝每单位质量焊丝表面附着有机化合物质量。

在该焊丝表面的每焊丝单位质量的有机化合物量测定方法中，成为测定对象的有机化合物例如是菜籽油等的脂肪酸甘油酯、米糠蜡等的一价醇的脂肪酸酯、油酸醇等的脂肪族醇、介子酸酰胺等的脂肪酸酰胺、不具有极性键的矿物油类没有2重结合的锭子油、或者具有2重结合的聚丁烯、或者不具有C-H结合的全氟聚醚。

或者，成为测定对象的有机化合物例如是通过粘结剂附着在被测定物表面上的PTFE(polytetrafluoroethylene聚四氟乙烯)。关于这些固态物的附着量，通过对每个所附着的物质作成检测线，而能够高精度地测量浓度。

另外，本发明的焊丝表面的每焊丝单位质量的有机化合物量测定方法，从正反两个方向对所述被测定物照射红外线，测定其吸光度，根据其平均值测定所述被测定物表面的有机化合物浓度。

附图说明

图1是对本发明的构成进行说明的模式图。

图2是表示本发明的实施方式的吸光度测定方法的模式图。

图3是表示被安装在支架上的被测定物及标准试料的图。

图4是表示支架的正面侧的测定的图。

图5是表示支架的反面侧的测定的图。

图6是表示设置宽度B和吸光度的关系的曲线图。

图7是表示从4个方向进行测定的图。

图8是表示油的吸收光谱的一例的图。

图9是表示脂肪酸甘油酯涂布焊丝的检量线的一例的图。

图10是表示涂布油的存在状态的模式图。

图11是表示仅从一个方向对油附着量进行测定时的图。

图12是表示从正反两个方向对油附着量进行测定时的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。如上所述，使用扩散反射光的红外线分光分析装置一直以来用于粉末试料的结构分析，通常是以将粒径为数μm到200μm的粉末微粒无间隙地排列在红外线的照射区域内的方式进行测定。因此，在如本发明这样被测定物为焊丝的情况下，使用扩散反射光的红外线分光分析装置并不适用。

但是，本发明的发明人员对此进行了反复努力研究，在对相比粉末试料的粒径具有极大直径的焊丝(常用直径为0.8～2.4mm)等圆柱状或圆筒状的被测定物的扩散反射型红外分光装置的适用方法所进行的实验研究中，发现如图1所示，通过将多根被测定物排列为宽度大于红外线的照射区域，根据被测定物的直径适当选定红外线照射直径，可以高精度地测定附着物浓度。

其原因可以考虑为当把圆柱状的多个被测定物(焊丝)平列排列在平面上时，照射到试料表面上的光线，在相邻的焊线之间相互干扰的同时产生扩散反射，如具有特定的表面粗度的平面一样将反射光返回。

被测定物的排列宽度(设置宽度)窄于红外线的照射宽度的情况下，来自没有排列试料部分的反射光成为误差，不能获得充分的测定精度。因此，设置宽度必须在(照射宽度+被测定物外径)以上。

另外，对于照射直径，当被测定物的外径大时，相对于照射区域测定物的排列方法为轴对称和非轴对称的情况下，红外线吸光度的误差变大。因此，需要根据被测定物的线径，适当选定红外线照射直径。

本发明正是基于上述见解而设计的，如图1所示，为了使红外线照射区域的直径A和圆柱状或圆筒状的被测定物(焊丝)的外径D，以及将多根被测定物排列在红外线照射区域内的设置宽度B之间，满足如下关系，

A/D≥2      (1)

B≥(A+D)    (2)

将圆柱状或圆筒状的被测定物排列在红外线照射领域内，照射红外线，利用被测定物的扩散反射光，对特定波长的红外线的吸光度进行测定。

由此，可以测定被测定物表面的有机化合物浓度。所以，通过本发明，可以不受被测定物的钢种及油的种类的影响，不使用高环境负荷的限制物质，而对涂布在被测定物上的油的附着量进行高精度测定。

图2是表示本发明的实施方式中使用的扩散光反射型红外线分光光度计的光学系统的模式图。光源发出的红外线被干涉仪1聚束，经平面镜M1、M2射入凹面镜M3，被该凹面镜M3聚束后照射到试料2的表面。由试料2的表面反射的扩散反射光，被凹面镜M4聚束后，经过平面镜M5、M6被导向检测器3(参考图1)。

例如，将两个试料(被测定物2)和标准试料2a，固定在图3所示的支架4上。即，将没有附着油的标准试料2a和被测定物2安装在支架4上，例如，如图4所示，以标准试料2a→第1被测定物2→第2被测定物2的顺序，用红外线分光光度计对吸光度进行测定。其次，将支架4从测定装置上卸下，如图5所示，将支架4反转过来，以标准试料→被测定物1→被测定物2的顺序，对反面的面进行测定。最后，算出测定值的平均值(这种情况下为4次的平均值)，从而得出被测定物2的表面油量。

图1是对图2中的试料室附近进行放大后的图，B表示将多根外径为D的圆柱状或圆筒状的被测定物2排列在红外线照射区域内时的设置宽度；A表示紫外线照射区域的直径。

在本发明中，满足A/D≥2的条件。当A/D的值不足2时，会因为焊丝顶部在红外线照射区域内的位置不同，即，根据相对于红外线照射区域将试料搭载为呈轴对称的情况，和从轴对称的位置偏离的情况，吸光度的值产生很大变化。因此，测定值的偏差变大，从而不能进行高精度的吸光度测定。

另外，在本发明中，满足B≥(A+D)的条件。当排列被测定物的宽度(设置宽度)B，窄于红外线的照射宽度时，没有排列试料的部分的反射光形成误差，从而不能获得充分的测定精度。还有，只会将设置宽度调宽会导致测定时间延长。另外，在(A+D)＞B≥A的情况下，随着设置宽度的增加，吸光度会略微增加，从而导致测定精度的误差。

将试料排列为(A+D)以上的情况(B≥(A+D))下，即使在照射区域外缘部，也和照射区域中央部一样，如同具有特定表面粗度的平面那样返回反射光，即使增加设置宽度吸光度也不会产生变动。所以需要设为B≥(A+D)。

成为本发明的测定对象的有机化合物，例如有脂肪酸甘油酯、一价醇的脂肪酸酯、脂肪族醇或者全氟聚醚。这些物质是有效的进给润滑剂，需要使用本发明方法控制为适当的附着量。

另外，这些成为测定对象的有机化合物，也可以采用通过粘结剂附着在被测定物表面上的PTFE(polytetra-fluoroethylene；聚四氟乙烯)。该PTFE也是用作进给润滑剂的有效物质。

测定焊丝表面的有机化合物浓度时，优选为从正反两个方向向焊丝照射红外线，测定其吸光度，由其平均值测出所述被测定物表面的有机化合物浓度。

被覆在焊丝表面的有机化合物(油)的附着量，因油的涂布方法而在焊丝的圆周方向上变动。图10(a)是表示通过浸渍法对油进行涂布时，焊丝的长度方向直角截面中涂油的存在状态的模式图；图10(b)是表示静电涂油时的油附着状态的模式图。通过浸渍法涂油时，焊丝圆周方向的附着量的变动小，进行静电涂油时，焊丝圆周方向的附着量的变动大。

通过FTIR法对焊丝表面的油量进行测定时，只能对图11中反射红外线的部分(焊丝圆周方向的上半部)上附着的有机物进行测定。因此，当仅从一个方向(仅从上方)对静电涂敷在焊丝表面的油附着量进行测定时，在焊丝的圆周方向的附着量变动的影响下，会出现不能准确焊丝整体的油量的情况。

所以，优选为对于平行排列的焊丝，通过从多个方向测定油附着量后进行平均，以降低焊丝圆周方向的附着量偏差造成的影响。由此，可以准确地对焊丝整体的油附着量进行评估。这种情况下，可以认为越增加测定方向误差越少，但相反会导致测定时间及作业量的增加。本申请的发明人员发现，如图12所示，通过将多根焊丝设置在支架上，从正面进行测定，同时，调换正反从反面再次进行测定，从2个方向对油量进行测定后进行平均，可以获得与每90°变换测定方向，从4个方向测定油量后进行平均时相同程度的测定精度。而且，如图12所示，反转正反面进行两次油量测定的处理方法，与每90°变换测定方向对油量进行测定的处理方法相比，其工作量极少。

(实施例)

其次，通过使属于本发明范围内的实施例，与超出本发明区域的比较例进行比较，对本发明的效果进行说明。图6是表示将涂有菜籽油的焊丝(线径：1.2mm)作为测定对象，使用红外线照射直径4.0mm的扩散光型红外分光光度计，对试料设置宽度和红外线吸光度的关系进行调查的结果曲线图。在设置宽度为A+D以上(5.2mm以上)的范围内，吸光度显示出固定值，当设置宽度位于该区域时，以预先求出的检量线为基础，可以求出准确的油量。在设置宽度不足A+D的区域内，随着设置宽度的上升吸光度发生变化，难以求出准确地油量。

该检量线的制成方法如下所述。首先，采用浸渍法制成涂有脂肪酸甘油酯的焊丝，将其作为样品。通过改变浸渍槽的油浓度，使焊丝的油附着量产生变化。而且，将焊丝集中到玻璃瓶中测定其质量，用有机溶剂提取油后，将其与KBr粉末混合，蒸发去除溶剂后制成KBr片剂。通过透过法测定FTIR光谱，从而测出油量。

接着，将焊丝排列在试料台上后照射红外线，通过反射光测定红外线吸收光谱，求出-CH₂吸收峰值的面积。反复进行焊丝采取，如图7所示，从4个方向进行测定，求出峰值面积的平均值。图8是表示该油的吸收光谱的一例。另外，图9是表示如上述方法求出的脂肪酸甘油酯涂布焊丝的检量线的一例。图9所示的检量线表示油量和-CH₂吸收峰值的面积的关系，横轴表示通过透过法求出的油量(每10kg的焊丝的油量(g))，纵轴表示-CH₂吸收峰值的面积。如图9所示，峰值面积y与油量x之间存在一次函数的关系。

下述表1是表示使照射区域及焊丝的尺寸和涂布油种变化，对附着量进行调查的结果。在本发明的实施例1～19的情况中，通过扩散反射FTIR法(本发明方法)求出的油量与使用KBr片剂的红外分光法的测定值具有良好的一致性，表明均进行了正确的测定。

相反，在比较例1～6中，由于设置宽度B窄(B＜(A+D))，通过扩散反射FTIR法求出的油量与使用KBr片剂的红外分光法的测定值产生偏差，是不适当的。

另外，在比较例7～9中，由于照射区域中被测定物的根数少(A/D＜2)，因此不能进行充分的扩散反射，通过扩散反射FTIR法求出的油量与使用KBr片剂的FTIR法求出的测定值相比，所显示的油量极少，表明没能进行正确的测定。

【表1】

Claims (4)

1.一种对作为被测定物的焊丝表面的每焊丝单位质量的有机化合物量进行测定的方法，其特征在于，

将圆柱状或圆筒状的被测定物无间隙地并列排列在红外线照射区域内，

在将红外线照射区域的直径定为A，圆柱状或圆筒状的所述被测定物的外径定为D，把多根被测定物并列排列在红外线照射区域内时的设置宽度定为B时，满足A/D≥2、B≥(A+D)的关系，

照射红外线，利用来自被测定物的扩散反射光对特定波长的红外线的吸光度进行测定。

2.根据权利要求1所述的焊丝表面的每焊丝单位质量的有机化合物量测定方法，其特征在于，成为测定对象的有机化合物是脂肪酸甘油酯、一价醇的脂肪酸酯、脂肪族醇、或者全氟聚醚。

3.根据权利要求1所述的焊丝表面的每焊丝单位质量的有机化合物量测定方法，其特征在于，成为测定对象的有机化合物是通过粘结剂附着在被测定物表面上的聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的焊丝表面的每焊丝单位质量的有机化合物量测定方法，其特征在于，从正反两个方向对所述被测定物照射红外线，测定其吸光度，根据其平均值测定所述被测定物表面的有机化合物浓度。

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