鎢電極簡介

鎢電極，它是用具有熔點高，耐腐蝕，高密度，良好的導熱和導電性材料制成的鎢電極。鎢電極廣泛用于焊接在其屬性。鎢電極研磨或拋光和黑棒。其最終的顏色都是不同，可以分辨差異。在鎢電極中，更重要的是，他們的最終顏色的不同，鎢含量也不同。焊接時，選擇正確的鎢電極，使焊接更容易，重要的是獲得高品質的焊接。做出正確的選擇要考慮的一些重要的因素是電源（逆變器或變壓器），焊接材料（鋼，鋁或不銹鋼）和材料厚度的類型。

鎢熔點高（3683℃±20℃），電子發(fā)射能力強，彈性模量高，蒸氣壓低，故很早就被用作熱電子發(fā)射材料。純金屬鎢極的發(fā)射效率很低，且在高溫下再結晶形成等軸狀晶粒組織而使鎢絲下垂、斷裂。 為克服上述缺點，適應現(xiàn)代工業(yè)新技術、新工藝的發(fā)展，各國材料工作者正致力于研究和開發(fā)各種新型電極材料。以鎢為基摻雜一些電子逸出功低的稀土氧化物，既能提高再結晶溫度，又能激活電子發(fā)射。稀土金屬氧化物具有優(yōu)良的熱電子發(fā)射能力，稀土鎢電極材料一直是替代傳統(tǒng)放射性釷鎢電極材料的開發(fā)方向。本文介紹了幾種稀土鎢電極材料的制備和研究成果，以及電極材料的有關應用情況，并展望了鎢電極廣闊的應用前景，旨在為我國稀土鎢電極材料研究與應用提供參考。

鎢電極用于TIG焊接，這是在鎢基體中通過粉末冶金的方法摻入0.3%-5%左右的稀土元素如：鈰、釷、鑭、鋯、釔等而制作的鎢合金條，再經(jīng)過壓力加工而成，直徑從0.25到6.4mm，標準長度從75到600，而最常使用的規(guī)格為直徑1.0、1.6、2.4和3.2，電極端的形狀對TIG而言是一項重要因素，當使用DCSP時，電極端需磨成尖狀，且其尖端角度隨著應用范圍，電極直徑，和焊接電流來改變，窄的接頭需要一較小的尖端角，當焊接非常薄的材料時，需以低電流，似針狀的最小電極來進行，以穩(wěn)定電弧，而適當?shù)慕拥仉姌O可確保容易引弧，良好的電弧穩(wěn)定度及適當?shù)暮傅缹挾?。當以AC電源來焊接時，不必磨電極端，因為使用適當?shù)暮附与娏鲿r，電極端會形成一半球狀，假如增加焊接電流，則電極端會變?yōu)闊襞轄罴翱赡苋刍廴救劢稹?

隨著鎢電極惰性氣體保護焊的發(fā)展和擴大應用，人們對鎢電極的研究也愈來愈深入。在等離子弧焊接、切割及非熔化極氬弧焊中，過去都是采用釷鎢電極，但由于釷的放射性影響（其射線劑量達3.60×10⁵居里/kg），會損害人體健康和污染環(huán)境，從而用氧化鈰含量為2～4%的鈰鎢電極代替了釷鎢電極。在直流正接氬弧焊時，鈰鎢電極易于引弧，電極燒損量少，允許焊接電流密度比釷鎢大；而在交流氬弧焊時，鈰鎢電極的燒損量比釷鎢電極大，鈰鎢電極選用的焊接電流允許范圍要小于釷鎢電極。

釷鎢電極操作簡便，即使在超負荷的電流下也能很好的運作，仍然有很多人使用這種材料，它被看作是高質量焊接的一部分。雖然如此，人們還是逐漸的將目光轉到其他類型的鎢電極，例如鈰鎢和鑭鎢。由于鎢釷電極中的氧化釷產(chǎn)生微量的輻射，使得部分焊接人員不愿意靠近它們。

鎢電極在鎢極氬弧焊中對電弧的起弧、電弧的穩(wěn)定性和焊接質量都起到重要的作用。在電弧的高溫作用下鎢電極發(fā)生質量的損失，稱為鎢電極的燒蝕。為了便于討論鎢電極的燒蝕機理，燒蝕可分為添加氧化物的燒蝕和鎢本身的燒蝕。

鎢電極鈰鎢電極

在鎢中加入氧化鈰，生產(chǎn)鈰鎢電極。具體數(shù)據(jù)如下表：

牌號 摻雜物 摻雜量 其他摻雜量 電子逸出功 色標涂頭

WC20 CeO₂ 1.80~2.20% <0.20% 2.7~2.8 灰色

鈰鎢比釷鎢材料有如下優(yōu)點：

*非輻射性 *低熔化率 *長的焊接壽命 *良好的起弧性。因此，鈰鎢是低電流焊接環(huán)境下釷鎢的最好代替品。

鈰鎢電極主要應用在低電流的直流焊接。

鈰鎢在低電流下有著極佳的起弧性能，因而成為大多有軌管道焊接裝備制造商的標準，此外，它也用于其他的低電流應用像是精小的部件焊接等。

鈰鎢并不適合于高電流條件下的應用，因為在這種條件下，氧化物會快速的移動到高熱區(qū)，即電極焊接處的頂端，這樣對氧化物的均勻度造成破壞，因而由于氧化物的均勻分布所帶來的上述好處將不復存在 。

鎢電極鑭鎢電極

在鎢中加入氧化鑭，生產(chǎn)鑭鎢電極。具體數(shù)據(jù)如下表：

牌號 摻雜物 摻雜量 其他摻雜量 電子逸出功 色標涂頭

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 金黃色

WL20 La₂O₃ 1.80~2.20% <0.20% 2.8~3.2 天藍色

鑭鎢有如下優(yōu)點：

*機械切割性能更好 *抗蠕變性能更好 *再結晶溫度高 *延展性好。

鑭鎢電極已經(jīng)是國際上最受歡迎的電極材料，尤其是含量為1.5%（與含量2.0%有區(qū)別）的鑭鎢電極。

科學研究表明，1.5%鑭鎢具有最接近2.0%鎢釷所表現(xiàn)出來的導電性能，因此，焊接人員可以輕松的更換電極，而不用更換設備的參數(shù)。

在1998年有一個很著名的現(xiàn)場試驗，就是將2.0%鎢釷電極，2.0%鎢鈰電極和兩家廠商提供的1.5%鑭鎢電極分別在70安和150安電流，300伏直流電環(huán)境下進行焊接任務，果就是，在這兩種情況下，1.5%鑭鎢電極都表現(xiàn)出了其優(yōu)秀的焊接性能，同時還體現(xiàn)了它的燒傷率小的特點。

鑭鎢電極也適用于交流電焊接任務，而且性能優(yōu)秀。

鎢電極釷鎢電極

在鎢中摻雜氧化釷，生產(chǎn)釷鎢電極。具體數(shù)據(jù)如下表：

牌號摻雜物摻雜量色標涂頭

WT10 ThO₂ 0.90~1.20% 黃色

WT20 ThO₂ 1.8~2.2% 紅色

WT30 ThO₂ 2.80~3.20% 紫色

WT40 ThO₂ 3.80~4.20% 桔黃色

與純鎢材料相比，釷鎢有如下特點：

*電子功能更低 *在結晶溫度更高 *導電率更好 *機械切割性能好。

釷鎢電極一種普遍使用的鎢電極材料，它有比純鎢還要優(yōu)越的焊接性能，因而廣泛應用于直流電焊接領域。

釷鎢電極操作簡便，即使在超負荷的電流下也能很好的運作。

雖然如此，人們還是逐漸的將目光轉到其他類型的鎢電極，例如鎢鈰和鎢鑭，這不僅僅是因為它們在大部分應用領域都表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，而且，重要的是它們沒有輻射傷害。由于釷鎢電極中的氧化釷產(chǎn)生微量的輻射，使得部分焊接人員不愿意靠近它們。

在使用釷鎢電極焊接時一定要保持良好的通風環(huán)境，廢棄的焊接頭要妥善處理。

鎢電極鋯鎢電極

在鎢中摻雜氧化鋯，生產(chǎn)鋯鎢電極。具體數(shù)據(jù)如下表：

牌號摻雜物摻雜量其他摻雜量電子逸出功色標涂頭

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

鋯鎢電極和純鎢電極一樣，只能在交流電環(huán)境下進行焊接工作。

鋯鎢電極在交流電環(huán)境下，焊接性能良好。尤其在高負載電流的情況下，鋯鎢電極表現(xiàn)出來的優(yōu)越性能，是其他電極不可替代的。

在焊接時，鋯鎢電極的端部能保持成圓球狀而減少滲鎢現(xiàn)象，并具有良好的抗腐蝕性。

由于其他可替代產(chǎn)品的出現(xiàn)，鋯鎢電極的需求量將會有減少的趨勢。主要替代產(chǎn)品是鎢鑭電極。

鎢電極釔鎢電極

釔鎢電極在焊接時，弧束細長，壓縮程度大，在中、大電流時其熔深比較大主要應用于軍事工業(yè)和航空航天工業(yè)。 在鎢中摻雜氧化鋯，生產(chǎn)鋯鎢電極。具體數(shù)據(jù)如下表：

牌號 摻雜物 摻雜量 其他摻雜量 電子逸出功 色標涂頭

WY YO₂ 1.80~2.20% <0.20% 2.0~3.9 藍色

預防放射線傷害的措施

1.釷鎢電極應有專用的貯存設備，大量存放時應藏于鐵箱里，幷安裝排氣管。

2.采用密閉罩施焊時，在操作中不應打開罩體，手工操作時，必須戴送風防護頭盔或采用其它有效措施。

3.應備有專門砂輪來磨削釷鎢電極，砂輪機要安裝除塵設備，砂輪機地面上的磨屑要經(jīng)常作濕式掃除，幷集中深埋處理。

4.磨削釷鎢電極時應戴防塵口罩。接觸釷鎢電極后應以流動水和肥皂洗手，幷經(jīng)常清洗工作服和手套等。

5.焊割時選擇合理的規(guī)范，避免釷鎢電極的過量燒損。

6.盡可能不用釷鎢電極而用鈰鎢電極或鑭鎢電極，因后兩者無放射性。

全世界每年鎢電極的總消耗量以達到1600t，市場需求隨著經(jīng)濟的發(fā)展仍在增長。中國鎢電極的年總產(chǎn)量約占全世界鎢電極產(chǎn)量的3/4。中國鎢電極的年產(chǎn)量一直穩(wěn)步增長，而且從2005年起產(chǎn)量出現(xiàn)大幅增長，在2009年達到1200t。2100433B

鋯鎢電極，也用于射線高質量焊接。需要最少的鎢污染最佳的應用。鋯鎢電極一般應用交流電，不推薦用于直流電。鋯鎢電極造用于鎂鋁及其合金的交流焊接。

鋯鎢電極的焊接特能位于純鎢電極和釷鎢電極之間，是為了改善純鎢電極在高負荷焊接條件下容易自身熔化進而污染工件的弊端而研制的鎢電極產(chǎn)品。

鋇鎢電極特性

鋇鎢電極具有高的電子發(fā)射能力，低的逸出功，高的電子發(fā)射電子電流密度，良好的氣體放電燈起輝速度，低的電極工作溫度等優(yōu)良特性。另外，該電極還是一種無放射性毒害，且具有抗中毒能力的電極。

鋇鎢電極應用

由于鋇鎢電極具有以上優(yōu)良特性常被應用于光電子產(chǎn)品、航標標識、目標跟蹤、舞臺及舞廳效果顯示、影視放映攝錄、激光汞浦、醫(yī)療定位治療光源及軍事武器等領域。例如，因其具有低的逸出功（φ=1.6ev），電流密度大（10A/cm2），啟動性能優(yōu)良，能量輸出大等特點，被廣泛應用于HID燈中。另外，鋇鎢電極具有低的逸出功能，所以常被制成電真空及激光器件，其中電光源產(chǎn)品的電子發(fā)射性能可達到從低到高的重復頻率（1~40次/秒）。使用鋇鎢電極制備而成的頻閃燈，其啟動性能得到明顯的提高，可以在低于市供電壓（220V）的10%時正常使用。另外，由于該電極發(fā)生電流密度大，使得頻閃燈的亮度增加15%左右。同時，鋇鎢電極制備的高頻頻閃燈的使用壽命長，可達500萬次以上，且在使用中不會出現(xiàn)漏閃、連閃。

鋇鎢電極還長應用于氙燈中。同普通熒光燈一樣,長弧氙燈也是管狀的.燈管用耐高溫和熱膨脹系數(shù)小的全透明玻璃制作.管內充有純度很高的氙氣,兩頭封接兩個釷鎢或鋇鎢電極,燈管比一般熒光燈。

作為電子源，浸漬鋇鎢電極被廣泛應用于各類微波器件中。

鋯鎢電極含少量的氧化鋯(ZrO2)。鋯鎢電極的焊接特點，總體來說位于純鎢電極和釷鎢電極之間。在交流焊接中，鋯鎢電極是最常用的，因為焊接時比純鎢容易起弧，而且弧束穩(wěn)定，而且也能很好的防治污染，載流能力也不錯，，從性能的角度來看，總體上說鋯鎢電極是最好的非放射性鎢電極。