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金。
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。