稀土钨电极研究与应用

出现耨越抉；分析如的出现梳穗，认为是由于鹤发
定往好，熟功率大，适应于凌流焊接和厚壤较大的钢 板弹搂等中太电流范围内使箭。Ｌ曲Ｑ＋Ⅵ呜复合的 嘏校使溺往髓｛包描ｇｉ疆、稳弧和抗烧攒往髓等）较 好，冀交流弹接电孤稳定健好，大电流抗烧獭性髓不
生重结晶及钨的氧化物分解产生的纯钨沉积和长大 的结槊。
稀土金篇氧化秘与钨反应生成钨蔽盐或氧纯钨 酸盐轨４一““。这些箍的熔点骶予稀土氧化物或镪的
篁！塑
璺燕跫釜；鲎圭煞盘丝壁塞童韭曼
：！！：
重煮奔缨７终者最羲的辑究襄应焉进震，综合努辑 诧躲番电投产鼹。
了稀土及篡氧化勃豹作趱，托较了与镘钨的差别，旨 在为我国稀土钨电极材料研究与应用提供参考。
ｌ 钨电极材料的发展
２ 稀土钨电极材料研究与应用的最 新进展
最近几年，托衷工监大学系统骚兖了瓣±元素
钨端赢离，电子发瓣貔力强，弹性横最高，蒸汽 压低，敌最早用作热电子发射材料。但撼，纯金属钨
Ｃ棚！
立方
７ １３２
２３９７
煳．４
Ｃ‰魄
ｋ毽
武蠢 六方
６鞑 蓐．Ｓ｝
２１４２ ２２１７
１２４４，７
Ｙ２ｑ 单科、立靠 ５．０ｔ
２４１０
１２７１．１
１ｔ】魄 萤首猁端晶 １０ ００ｉ
３３９０
１２２７。６
游，电授程工佟对。其尖端可努努三个不阏黔嚣壤， 备区域内糖土氧化物的行为务币专睡同。电投的使用 性能强烈依赖于鞴土氧化物的行为，稀土氧化物的 补给与蒸发问的平衡是电极实现稳定和长寿命工作 的关键。ＴＩＧ焊中，鹤嗽极在太电流、氯气保护效果
ｈ、￡ｅ、Ｙ对鹤电投榜辩热电子发射能力和稳裳性的 影响““。对它们分别进行了引弧、烧损等焊接性能
极的发射效率很低，井凰在高温下再结晶形成等轴 研究，并与钍鹤电极进行对比，分析了稀土元綮在钨
状晶粒缀炽丽变脆，易断裂；为克服上述缺点，以钨
电极热发射过程中的行为和怍用机裁。研究液明：
老基，掺杂一些赛潘点、旗予逸塞魂纛簿耩主金耩氧 凡静单一耩土镳蓬援在不嗣方疆箨瑾窭各鑫耱特
前苏联在６０年代融有研制新型电搬树料的报 遂。我嚣上海灯藏厂簌ｌ粥３年拜建骚裁鞭—ｃｄ晓电
料厂建立中国鹅电授系列产晶嫩产，与此同肘进行 基礁瑾论方露瓣骚究“７－２９ｌ：系缓分辑了薅±嚣豢对
极，首先试制成功并应蔺，已被莓际标搬记组织歹ｉｊ人 鹅耪粒度、粒璐的影响、对坯条和电极显徽组织的影
非熔化槭标准中。铈钨电极已在国内推广，形成了 响规律；探讨了不同稀土元索焊接工作时沿电极尖
示了踺显的婕越性。复合耩土钨奄援耪辩烧镶鞫妻鞋
３ 稀±氯化物对钨电极性滟影晌的 研究
工避程的研究分亳吁裘鹾，钻对不嬲转类襁窘键熬复 台耀士钨材，其王鼓控制范围熬别不太大，复食稚土 鹋挂巽有效宽的趣工工艺藏围，龙蓑是容易获褥赛
３．１ 添勰鞣土钨暾极的性黪北较
密度的坯条，蠢秘子嚣续瓣工。Ｋ毽鲍添翅较大建
万方数据 等电极材料的研究尚不鬣统深入．仍束开发出系列
源自文库
在对二嚣蕤台耩土钨电扳研究的基磷上。予
１９９睥初设计萍鞠工窭三秘三元复合稀±鹤电稷辑
料，对三元复含稀土钨电极材料的性能进行优选并
中国鹞蓄
辩１５拳
与二元复台鞴士钨电投毒｜辩的蛙能避舒毙较，最终
瘫热工性§％方瓣，三蠢复杂稀土鹤电摄挂辩整
获得一种性饯优异的三元复☆耩土钨电投材料…］。
０前富
钨电极燕氲弧焊、等离子箨滓按靳秘翩技术串 的必键午才料．目前使用较多的鸨电投是钍钨电擞和 铈鹅电檄。甫于锰鹤电极的放射性污染，圜内外各 厂寒对生产镀钨电摄的鬏壤瞧每援逡下，翻时我强 已限制了钍钨电极的生产，目前国内使用的钍钨电 校多数依靠避日。铈钨电极蹩为了取代敖掰性敦镥 材树藤发展越来的，在小规格烬接鼹钨电极方聪成 功地取代了钍钨，自７０年代后期出现以来在国内外 毒效广黪痘塌枣壤，健在交溅懿辍焊邀投、气体敬蠢 光源等方面糍不能完全取代，丽且钸钨电投还存在 ；｜瓤较麓，使用寿禽短，不适手太葫举应糟等不燕之 始。遥ｌＯ年来，随着王敛瓣避步蠹发展，裁簿接、接 割母材的品种、规格及形状日趋繁多，在现代讯Ｇ （铺投穗健气体稼护浑》鞫ＰｌＡ繇垂矗（等离子）等籁城 内雁兴超自动焊、等离子喷射、切割，高精度焊接等
复舍添翔，黻惫箍提裹其控虢的霹撬。国羚ｇ奉学
弧和稳定性箍也诧统钨太大提高，遁怒链满于天然
者也已开始这方丽的研究，发筑二元复合褥土能改
放射性元索，其ｄ射线的毕衰期长达Ｉ．３９ Ｘ ｌｆｆｏ年，
善钨电极的性能，但无工业生产的进展。
在生产和使用中的放射性污染环境和危害人体健
康；藤照ｗ—弧避电投的电弧稳定性粕辩久性也潢
物的系列稀土钨电援产品（Ｗ—ｃｅ晓、ｗ～Ｌ晦ｑ、Ｗ－－ 熔深和熔宽的测试和对比，研究了稀土元素对电极
Ｙ２氇）。 国内对其他稀土钨电极材料的研究王柞开始于
燃弧时的电弧腿力的影响。系统的研究证明，复合 的二元稀土钨呶极样品焊接电弧和工艺性能均忧于
９０年捉勃，１９９１年中燕羔蝗大学周美羚薄成功她班 单元爨主蛰电檄巍ｌｈ一露壤教，显其蛙能其凑霹重
化物，讨提高再结晶温度和激活电子发射。
长，ｈ—Ｗ电板其有优良的越弧性能．Ｙ—ｗ电掇在
１９１３年发现了ｗ～讹饶材料，在纯钨中掺入 太功率使用下稳定性较好．而Ｇｒ—Ｗ电极的加王性
２％左右的１ｈｑ，其逸出功降低近一半至２．６３“（ｗ： 能较好，成本较低，促使我们考虑用几种稀土鼐索的
４。５２ｅＶ），大夫提赛了发霉孝靛率，ｗ—豫晓电辍嚣ｇ｝
熊又各不相同。Ｌ＊鹞＋Ｃｅ０２复合的电饭可祷到较低 先后顺序依次照：ｗ—Ｃｅ氇电投、ｗ—Ｍｑ电徽、
纳超弧电惩，小电流电瓢稳定性髓突出，电弧压缩性 ｗ—Ｌ趣岛电搬；对于同种电极，氩气的保护效果对
好，适用予中小电流薄板弹接时使用。Ｙ２鹞＋Ｃｅ０２复 合的电掇可得到最好韵起弧和抗烧损性能，电弧稳
妇Ｉ出现的快慢靛关键棒用，篮气保护效果越箍，ｒｉｍ
文意编罨：１（；０９一（赫２２（２ｒＪｏｏ）ｏｌ一００３０—０５
稀主钨电极研究与应用
用美玲，聂祚仁，陈颖，张久兴，应镀镛
｛袭寒工盘走学耪糕科举骞工程拳莸，热衷１０００２２》
摘 要：介绍了避年对碰０（鹤槛情性气体保护焊）和ＰＬＡＳ，ＶＩＡ（游离子体）捍接、切割用钨电报材料的研究进艘和应 艇媾撼，壤重鲑赫土钨避极拱辩聂稀土氧悒猕捧薅等毒笑辑究瓣题连行了讨论。封Ｗ—ｋ氇、Ｗ—ｃｅ氇、Ｗ一毽穗奄 极材料的热电子发射能力和稳定性研究表明；在中小电僦时２．２～ｗｔ％Ｌ删旺一Ｗ电檄具有较好的电子发射婉力和稳 定臻，钇铸霸罐钨敬之；狂太毫滤工撵辩，链铐电援热壤子发射熊力襄撩定性擐好。ｊ｝奎裁务耱二嚣菠台张±镄电较 ｛ｗ—Ｌ趣味一ｋｎ、ｗ—Ｌ离岛一ＣｅＯ！．、ｗ—ＭＧ—ｃ鲫ｊｌ和兰死稀土鸪电扳（ｗ—Ｌ№ｂ一Ⅵ凸一ＣｅＯ，｝瞬性能与单元稀士 鹤壤疆群崧｛ｗ一斌趣、Ｗ一蕊氇、Ｗ一强氇ｊ释链铐壤辍糖精进静了魄较。结幕袭携，鬟台秸主铐龟投耩睾毒豹簿接亳 弧性能捉于单元稀土钨电投和钍鸨电掇。但它们昀性糍Ｘ各不糨同，可适应交流埠、薄扳粕中厚授不同爆壤王悖蟾 需求。研究表髓、电扳的曛用性能强烈旅籁予稀±袅城氯纯楫。燃骓过程中它稍瓣｛彳为燕影响电极使用性能、龟板澈 毖、避出功和电桩稳定性的是囊要的鼹索。 关键词：稀土；钨电投；焊接；龇如；鹄Ｑ；ｃｅ毡 中阐分类号：ＴＧ４４４：７４ 文献檬识码：Ａ
如前述两类，适用于铝等有色台龛的交流焊接和中 小电流（稻对于电投的容许电流）的宣流薄接使用，
熔点。而钍钨电搬中，氧化铣与钨旋应生成纯钍。表 ２捌出了对这些氧化物彳彳为的实验观察结果。
其加ｊ＝往熊较前两类稍整。 秘蓠酌骈究表蹭三元复合稀士钨电投酌焊接电
稀土钨酸盐及氧纯钨酸盐在燃弧过耩中熔化， 精着轴向晶赛簸低灏区向高温蕊迁移。迁移速率随
小电流工作肘使用，在大电流工作时则逸’肾一％鸭
对耩土氧他物的作用与行为势析表明，魄搬的
电极效果更好．Ｗ－－Ｃｅ０２电极仅适用于小电流工作 工作特性决定于稀土氧化物在电极表层内的謇｝绘速
的情况。
率与它在电极表褥上蒸发损失速率的关系。一般来
袭１我种稀主鬣他糖酌基本参数
稀 —土—氧—化—物——鼎—系 ———街型冀：！止熔—点／—℃——分解—热—／ｋ—Ｊ
制出了镧鹅电扳，填补强内空白，开始小撒量转产。
裁性。试用结果表明，新研制的二元复合稀土钨电
钢铁研究总院、北京钨铂材料厂也报道了低含量镧、 极可适应交流焊、薄板和中踔板不同焊接工作的需
钇等对镑电撅材料制备的影响”】。国内现有少数厂 求。
家生产爨了镧鹌、钇钨等瞧极撼辩，但蔷滤反映生产 工艺控截难度天，产品戚瓣率低。嚣内瓣镧钨、钇鹁
凸缘或圆环——有燕文献称…ｔｉｍ 不好簿情况下耪在电极尖端莱部位出现一段热越鹃 （意为凸缘或圜 环），宦的出现会阻碍氩气的流动和电极表面稀土氧 化物的迁移，从而加捌嗽授的烧授，破坏电弧的稳定
二元复合稀土钨电板豹槛能均优予嗣前已褥到 成用的单元稀±钨电极和ｎ—ｗ电檄，但它们的性
往，导致媳校正作性能酌恶纯，最终影响焊接鹱爨。 研究箍示，相同条件下，三种稀土钨电极出现ｉｍ的
几种主要稀土氧化物的綦本性质如袁ｌ所示，
融碍了还原过程钨粉艘度以及烧续对坯条中钨基粒
现有的研究工作表明，添加２．２％的稀土辅化物的 的长大，Ｃｅ晓的阻碍｛鐾用鞍小；提垂熔烧姥詹的垤
电极具意可加工性能。因此电摄成分中稀士氧纯物 条中，穗±元素及其氧化黪的热豫定性影响繁豺糕
占２．２％的比例是台遥的。ｕ对单嚣稀土鹅电极豹研 的热加工性鼹。艇锻热王孛番羔垮加工温度不鬟过
工业规模产量的稳定生产，供应国内外市场。８０年 代后期，嚣本在袈制耱毅电投耩辩方疆鞭得一些遘
部表面的分韶特征和对焊接电弧的影响；研究了稀 土元素沿电投受炼表露毂缴深分布（ＡＥＳ裁援），讨
震，疆失｜簸大学Ｆｕｋｕｈｉｓａ Ｍａｔｓｕｄａ、横滚Ｋｅｉｏ太学 论了稀主元素在起弧工作彗壹辩迁移扩鼗特薤敷篡对
收藕鼯期：１９辨一ｊ１—２｜５ 蔷囊壤曩：罄蒙教委端士点基垒辩黯硪鞋（ｇｓ００８１０｝；嚣家骞色盎瓣王韭赫摹；｝器基盘囊豫理挂｛襄露摩彀螯蘧点墓囊壹魂臻鞲
佯者简介 万；方罔数荚玲据（１驰８一），盘．勘北武攫＾，ｊＥ京工业太学教授，博士生导雕．从事新型＿｝！ｆ能材料菔船工的研究ｉ撵；
麓棒仁｛｜９６３一｝，籀，辫褥长涉九，ｊ￡豪王馥太掌教授．ｊ二学潜士，簌事童媾耱辩每瓣羔鳃群究＝￡器。
在此基础上，我们与ｊＥ京鹤钼材料厂合作究或 了“钨电极系捌他开发及焊接搜惩研究”课题的慈统
是不‘Ｔ赫麓发震静簿接技拳酶要求。强疆各国豺精 骚究。骚翻了＝元稀主复台系到薪登耩±钨电投毒｜
工作者都一直在积极进行研究、开发代钍钨电极材 料结构、焊接性能与制备工艺的关系，先在实黢室规
料的工作。
模开发了系列稀土钨电极产品，随后在北京铸钼材
一系列裁筱零、舞芏艺，要求毫校糖精瑟有突窭秘可 靠性和稳定性；同时向现代人类文明发展棚邋应，燕 予电被褥料生产、使糯对环境的彰响氇有了鼙高、氍 为苛刻的臻求。为此，各阑材料工作赞正致力于开 发、研究各种新墅电投材料。至今为止在代钍钨电 投努覆静避援，蒺本罄黎孛在爨盘《矮、镣、锭及其复 合械化糖）钨电搬材料方藤，这主要是由予稀±叠灏 氧能耪其有优趣的热电子发射熊力，德其辩钨极材 料加工性能等努两的影响仍是露裁赡以解决抟汹 题。我国稀土和鹌的自；ｌｆ！；资源居世界苜位，但国内 对耩主鹑羲较＝｝砉辩瓣疆究巍幂系统嚣Ａ，簸会稀走 钨电极还米见研究报道。笼其是没有系列他的镑电 投产箍，难戳满足税德工照发袋豹需求。如何究分 裁蒡ｌ我匿鹅秘耢±资源，赛理钨瞧援糕辩产菇系戮 化。研制商性能新型复合稀土钨电极材料，满足市场 需求，一藏曼我稍长期静努力强标。奉交慧锫了瘸 内外几十年来钨电檄材料的发展状况和研究成祭，
究表明，兰种稀土钨电极材料的焊接性熊谯某蝗方 磷，终锻温度的控制较为重要，歼蠼后垂熔退火时暴
面优于Ｗ～佩晓电极。引弧性能以Ｗ－－ｋ毡电极最 用高温快速遗火正艺有刹予形成均匀的再结晶遐火
好，其次为ｗ—ｃｅ鸡患极、Ｗ一强嘎电极、鼯一ｎ毡 电极。静特性鞠线表明，ｗ—ｋ晓电极遥食于在中
缀织。便乎后续加工。 ３。２襄±氧化糖辑荧努辑
ｓ【１帮Ｙａｓｕｏ等为首的几悦学者，研究了一系列稀土 电弧性能的影响；结合ｓＤ｛、Ⅺ唱和ＸＲＤ的研究结
钨电极材料“““，在电檄成分设计、性能比较和机理 探讨方磁徽了大量工作；随后墨本著名濉熔金属生
果，通过化学魇应热力学、动力学的分析，揭示了钨 魄投工作对“曲绦”现象的产嫩愿困，并提出了避免
产金菠寒捧金震撩式会聿士接鑫了罨翔攀嚣瓣主襄铯 “凸缘”产生蠡孽穗旌；逶遘对袋撅实际焊接瑶熔渣静