鎢電極

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製成的鎢電極。鎢電極廣泛用於焊接在其屬性。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，鋁或不鏽鋼）和材料厚度的類型。

鎢熔點高（3683℃±20℃），電子發射能力強，彈性模量高，蒸氣壓低，故很早就被用作熱電子發射材料。純金屬鎢極的發射效率很低，且在高温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，適應現代工業新技術、新工藝的發展，各國材料工作者正致力於研究和開發各種新型電極材料。以鎢為基摻雜一些電子逸出功低的稀土氧化物，既能提高再結晶温度，又能激活電子發射。稀土金屬氧化物具有優良的熱電子發射能力，稀土鎢電極材料一直是替代傳統放射性釷鎢電極材料的開發方向。本文介紹了幾種稀土鎢電極材料的製備和研究成果，以及電極材料的有關應用情況，並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。

鎢電極用於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、釔等而製作的鎢合金條，再經過壓力加工而成，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，且其尖端角度隨着應用範圍，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，以穩定電弧，而適當的接地電極可確保容易引弧，良好的電弧穩定度及適當的焊道寬度。當以AC電源來焊接時，不必磨電極端，因為使用適當的焊接電流時，電極端會形成一半球狀，假如增加焊接電流，則電極端會變為燈泡狀及可能熔化而污染熔金。

隨着鎢電極惰性氣體保護焊的發展和擴大應用，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，過去都是採用釷鎢電極，但由於釷的放射性影響（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，鈰鎢電極易於引弧，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範圍要小於釷鎢電極。

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。由於鎢釷電極中的氧化釷產生微量的輻射，使得部分焊接人員不願意靠近它們。

鎢電極在鎢極氬弧焊中對電弧的起弧、電弧的穩定性和焊接質量都起到重要的作用。在電弧的高温作用下鎢電極發生質量的損失，稱為鎢電極的燒蝕。為了便於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。

在鎢中加入氧化鈰，生產鈰鎢電極。具體數據如下表：

牌號 摻雜物 摻雜量 其他摻雜量 電子逸出功 色標塗頭

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。

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

鈰鎢並不適合於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，即電極焊接處的頂端，這樣對氧化物的均勻度造成破壞，因而由於氧化物的均勻分佈所帶來的上述好處將不復存在 ^[1]  。

在鎢中加入氧化鑭，生產鑭鎢電極。具體數據如下表：

牌號 摻雜物 摻雜量 其他摻雜量 電子逸出功 色標塗頭

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

鑭鎢有如下優點：

*機械切割性能更好 *抗蠕變性能更好 *再結晶温度高 *延展性好。

鑭鎢電極已經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%鎢釷所表現出來的導電性能，因此，焊接人員可以輕鬆的更換電極，而不用更換設備的參數。

在1998年有一個很著名的現場試驗，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%鑭鎢電極都表現出了其優秀的焊接性能，同時還體現了它的燒傷率小的特點。

鑭鎢電極也適用於交流電焊接任務，而且性能優秀。 ^[2] 

在鎢中摻雜氧化釷，生產釷鎢電極。具體數據如下表：

牌號摻雜物摻雜量色標塗頭

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 *在結晶温度更高 *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，它有比純鎢還要優越的焊接性能，因而廣泛應用於直流電焊接領域。

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出優良的性能，而且，重要的是它們沒有輻射傷害。由於釷鎢電極中的氧化釷產生微量的輻射，使得部分焊接人員不願意靠近它們。

在使用釷鎢電極焊接時一定要保持良好的通風環境，廢棄的焊接頭要妥善處理。

在鎢中摻雜氧化鋯，生產鋯鎢電極。具體數據如下表：

牌號摻雜物摻雜量其他摻雜量電子逸出功色標塗頭

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，只能在交流電環境下進行焊接工作。

鋯鎢電極在交流電環境下，焊接性能良好。尤其在高負載電流的情況下，鋯鎢電極表現出來的優越性能，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象，並具有良好的抗腐蝕性。

由於其他可替代產品的出現，鋯鎢電極的需求量將會有減少的趨勢。主要替代產品是鎢鑭電極。

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於軍事工業和航空航天工業。 在鎢中摻雜氧化鋯，生產鋯鎢電極。具體數據如下表：

牌號 摻雜物 摻雜量 其他摻雜量 電子逸出功 色標塗頭

WY YO₂ 1.80~2.20% <0.20% 2.0~3.9 藍色 ^[3] 

預防放射線傷害的措施

1.釷鎢電極應有專用的貯存設備，大量存放時應藏於鐵箱裏，幷安裝排氣管。

2.採用密閉罩施焊時，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採用其它有效措施。

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。接觸釷鎢電極後應以流動水和肥皂洗手，幷經常清洗工作服和手套等。

5.焊割時選擇合理的規範，避免釷鎢電極的過量燒損。

6.儘可能不用釷鎢電極而用鈰鎢電極或鑭鎢電極，因後兩者無放射性。

全世界每年鎢電極的總消耗量以達到1600t，市場需求隨着經濟的發展仍在增長。中國鎢電極的年總產量約佔全世界鎢電極產量的3/4。中國鎢電極的年產量一直穩步增長，而且從2005年起產量出現大幅增長，在2009年達到1200t。