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钨电极

物理物质

由于钨的特性，使得它很适合用于TIG焊接以及其它类似这种工作的电极材料。在金属钨中添加稀土氧化物来刺激它的电子逸出功，使得钨电极的焊接性能得以改善：电极的起弧性能更好，弧柱的稳定性更高，电极烧损率更小。通常的稀土添加剂有氧化铈、氧化镧、氧化锆、氧化钇和氧化钍等。

简介
钨电极，它是用具有熔点高，耐腐蚀，高密度，良好的导热和导电性材料制成的钨电极。钨电极广泛用于焊接在其属性。钨电极研磨或抛光和黑棒。其最终的颜色都是不同，可以分辨差异。在钨电极中，更重要的是，他们的最终颜色的不同，钨含量也不同。焊接时，选择正确的钨电极，使焊接更容易，重要的是获得高品质的焊接。做出正确的选择要考虑的一些重要的因素是电源（逆变器或变压器），焊接材料（钢，铝或不锈钢）和材料厚度的类型。
研究现状
钨熔点高（3683℃±20℃），电子发射能力强，弹性模量高，蒸气压低，故很早就被用作热电子发射材料。纯金属钨极的发射效率很低，且在高温下再结晶形成等轴状晶粒组织而使钨丝下垂、断裂。 为克服上述缺点，适应现代工业新技术、新工艺的发展，各国材料工作者正致力于研究和开发各种新型电极材料。以钨为基掺杂一些电子逸出功低的稀土氧化物，既能提高再结晶温度，又能激活电子发射。稀土金属氧化物具有优良的热电子发射能力，稀土钨电极材料一直是替代传统放射性钍钨电极材料的开发方向。本文介绍了几种稀土钨电极材料的制备和研究成果，以及电极材料的有关应用情况，并展望了钨电极广阔的应用前景，旨在为我国稀土钨电极材料研究与应用提供参考。
应用范围
钨电极用于TIG焊接，这是在钨基体中通过粉末冶金的方法掺入0.3%-5%左右的稀土元素如：铈、钍、镧、锆、钇等而制作的钨合金条，再经过压力加工而成，直径从0.25到6.4mm，标准长度从75到600，而最常使用的规格为直径1.0、1.6、2.4和3.2，电极端的形状对TIG而言是一项重要因素，当使用DCSP时，电极端需磨成尖状，且其尖端角度随着应用范围，电极直径，和焊接电流来改变，窄的接头需要一较小的尖端角，当焊接非常薄的材料时，需以低电流，似针状的最小电极来进行，以稳定电弧，而适当的接地电极可确保容易引弧，良好的电弧稳定度及适当的焊道宽度。当以AC电源来焊接时，不必磨电极端，因为使用适当的焊接电流时，电极端会形成一半球状，假如增加焊接电流，则电极端会变为灯泡状及可能熔化而污染熔池。
随着钨电极惰性气体保护焊的发展和扩大应用，人们对钨电极的研究也愈来愈深入。在等离子弧焊接、切割及非熔化极氩弧焊中，过去都是采用钍钨电极，但由于钍的放射性影响（其射线剂量达3.60×105居里/kg），会损害人体健康和污染环境，从而用氧化铈含量为2～4%的铈钨电极代替了钍钨电极。在直流正接氩弧焊时，铈钨电极易于引弧，电极烧损量少，允许焊接电流密度比钍钨大；而在交流氩弧焊时，铈钨电极的烧损量比钍钨电极大，铈钨电极选用的焊接电流允许范围要小于钍钨电极。
钍钨电极操作简便，即使在超负荷的电流下也能很好的运作，仍然有很多人使用这种材料，它被看作是高质量焊接的一部分。虽然如此，人们还是逐渐的将目光转到其他类型的钨电极，例如铈钨和镧钨。由于钨钍电极中的氧化钍产生微量的辐射，使得部分焊接人员不愿意靠近它们。
特性
钨电极在钨极氩弧焊中对电弧的起弧、电弧的稳定性和焊接质量都起到重要的作用。在电弧的高温作用下钨电极发生质量的损失，称为钨电极的烧蚀。为了便于讨论钨电极的烧蚀机理，烧蚀可分为添加氧化物的烧蚀和钨本身的烧蚀。
分类
铈钨电极
在钨中加入氧化铈，生产铈钨电极。具体数据如下表：
牌号 掺杂物 掺杂量 其他掺杂量 电子逸出功 色标涂头
WC20 CeO2 1.80~2.20% <0.20% 2.7~2.8 灰色
铈钨比钍钨材料有如下优点：
*非辐射性 *低熔化率 *长的焊接寿命 *良好的起弧性。因此，铈钨是低电流焊接环境下钍钨的最好代替品。
铈钨电极主要应用在低电流的直流焊接。
铈钨在低电流下有着极佳的起弧性能，因而成为大多有轨管道焊接装备制造商的标准，此外，它也用于其他的低电流应用像是精小的部件焊接等。
铈钨并不适合于高电流条件下的应用，因为在这种条件下，氧化物会快速的移动到高热区，即电极焊接处的顶端，这样对氧化物的均匀度造成破坏，因而由于氧化物的均匀分布所带来的上述好处将不复存在。
镧钨电极
在钨中加入氧化镧，生产镧钨电极。具体数据如下表：
牌号 掺杂物 掺杂量 其他掺杂量 电子逸出功 色标涂头
WL10 La2O3 0.80~1.20% <0.20% 2.6~2.7 黑色
WL15 La2O3 1.30~1.70% <0.20% 2.8~3.0 金黄色
WL20 La2O3 1.80~2.20% <0.20% 2.8~3.2 天蓝色
镧钨有如下优点：
*机械切割性能更好 *抗蠕变性能更好 *再结晶温度高 *延展性好。
镧钨电极已经是国际上最受欢迎的电极材料，尤其是含量为1.5%（与含量2.0%有区别）的镧钨电极。
科学研究表明，1.5%镧钨具有最接近2.0%钨钍所表现出来的导电性能，因此，焊接人员可以轻松的更换电极，而不用更换设备的参数。
在1998年有一个很著名的现场试验，就是将2.0%钨钍电极，2.0%钨铈电极和两家厂商提供的1.5%镧钨电极分别在70安和150安电流，300伏直流电环境下进行焊接任务，果就是，在这两种情况下，1.5%镧钨电极都表现出了其优秀的焊接性能，同时还体现了它的烧伤率小的特点。
镧钨电极也适用于交流电焊接任务，而且性能优秀。
钍钨电极
在钨中掺杂氧化钍，生产钍钨电极。具体数据如下表：
牌号掺杂物掺杂量色标涂头
WT10 ThO2 0.90~1.20% 黄色
WT20 ThO2 1.8~2.2% 红色
WT30 ThO2 2.80~3.20% 紫色
WT40 ThO2 3.80~4.20% 桔黄色
与纯钨材料相比，钍钨有如下特点：
*电子功能更低 *在结晶温度更高 *导电率更好 *机械切割性能好。
钍钨电极一种普遍使用的钨电极材料，它有比纯钨还要优越的焊接性能，因而广泛应用于直流电焊接领域。
钍钨电极操作简便，即使在超负荷的电流下也能很好的运作。
虽然如此，人们还是逐渐的将目光转到其他类型的钨电极，例如钨铈和钨镧，这不仅仅是因为它们在大部分应用领域都表现出优良的性能，而且，重要的是它们没有辐射伤害。由于钍钨电极中的氧化钍产生微量的辐射，使得部分焊接人员不愿意靠近它们。
在使用钍钨电极焊接时一定要保持良好的通风环境，废弃的焊接头要妥善处理。
锆钨电极
在钨中掺杂氧化锆，生产锆钨电极。具体数据如下表：
牌号掺杂物掺杂量其他掺杂量电子逸出功色标涂头
WZ3 ZrO2 0.20~0.40% <0.20% 2.5~3.0 棕色
WZ8 ZrO2 0.70~0.90% <0.20% 2.5~3.0 白色
锆钨电极和纯钨电极一样，只能在交流电环境下进行焊接工作。
锆钨电极在交流电环境下，焊接性能良好。尤其在高负载电流的情况下，锆钨电极表现出来的优越性能，是其他电极不可替代的。
在焊接时，锆钨电极的端部能保持成圆球状而减少渗钨现象，并具有良好的抗腐蚀性。
由于其他可替代产品的出现，锆钨电极的需求量将会有减少的趋势。主要替代产品是钨镧电极。
钇钨电极
钇钨电极在焊接时，弧束细长，压缩程度大，在中、大电流时其熔深比较大主要应用于军事工业和航空航天工业。 在钨中掺杂氧化锆，生产锆钨电极。具体数据如下表：
牌号 掺杂物 掺杂量 其他掺杂量 电子逸出功 色标涂头
WY YO2 1.80~2.20% <0.20% 2.0~3.9 蓝色
预防措施
预防放射线伤害的措施
1.钍钨电极应有专用的贮存设备，大量存放时应藏于铁箱里，并安装排气管。
2.采用密闭罩施焊时，在操作中不应打开罩体，手工操作时，必须戴送风防护头盔或采用其它有效措施。
3.应备有专门砂轮来磨削钍钨电极，砂轮机要安装除尘设备，砂轮机地面上的磨屑要经常作湿式扫除，并集中深埋处理。
4.磨削钍钨电极时应戴防尘口罩。接触钍钨电极后应以流动水和肥皂洗手，并经常清洗工作服和手套等。
5.焊割时选择合理的规范，避免钍钨电极的过量烧损。
6.尽可能不用钍钨电极而用铈钨电极或镧钨电极，因后两者无放射性。
产量
全世界每年钨电极的总消耗量以达到1600t，市场需求随着经济的发展仍在增长。中国钨电极的年总产量约占全世界钨电极产量的3/4。中国钨电极的年产量一直稳步增长，而且从2005年起产量出现大幅增长，在2009年达到1200t。
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