河南牛涛焊接培训中心学电焊知识TIG焊用焊接材料——钨极

作者：洛阳吉力电焊学校  来源：洛阳吉力电焊学校  发布时间：2022-06-12 10:36

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1.对钨极的要求

在TIG焊工艺中，用什么钨极材料作电极是一个重要的问题，它对钨极材料的损耗电弧的稳定性和焊接质量都有很大的影响。对钨极的要求，一般应满足三个条件：①引弧及稳弧性能好；②耐高温、不易损耗；③电流容量大

钨（W)的电子逸出功为4.54ev(1eV=1.602×10⁻¹⁹J,下同）,高于铝、钾等材料，与铁相当，这对电子发射不利，但因为熔点（3653K)比其他金属高，在高温时有强烈的电子发射能力，因此是一种目前最好的非熔化电极的材料。钨的纯度约99.5%(质量分数）,当在钨中加入微量逸出功较小的稀土元素，如钍（Th)、铈（Ce)、锆（Zr)等，或它们的氧化物，如氧化钍（ThO2)和氧化铈（CeO)等，则能显著地提高电子发射能力。钍钨极的逸出功为2.7eV,铈钨极为2.4eV,既易于引弧和稳弧，又可提高其电流的承载能力。

钨极是TIG焊焊枪中的易耗材料。焊接时，通常在钨极端部要达到3000K以上的高温，本身受高温蒸发和缓慢氧化均会产生烧损。钨极的烧损及形状的变化会带来如下几方面的问题：①焊缝的夹钨，这对重要构件是不允许的；②形状的变化会带来电弧形态的改变，影响电弧力及对母材的热输入；③影响引弧性能和电极使用寿命，需要频换电极。因此，如何维持钨极形状的稳定，减少钨极烧损是很重要的，这就需要合理选择钨极材料。

2.钨极材料

(1)纯钨电极  与钍钨极、锆电极相比，纯钨电极要发射出等量的电子，需要有较高的工作温度，在电弧中的消耗也较多，需要经常重新研磨。纯钨电极一般在交流TIG焊中使用，虽然是交流电弧，亦很稳定。在正常使用状态下，前端在熔化状态下呈现较好的半球状，随后的形状保持比较容易。纯钨材料自身熔点最高，在交流负半波更能抗烧损，因此，当钨电极不需要保持一定的前端角度形状时可以使用纯钨极。

2）钍钨极   虽然钍（Th)的熔点不是很高（2008K),但是ThO₂的熔点为3327K,接近钨的熔点。钍钨极是在钨材料中加入质量分数为1%-2%的ThO₂，这使电子发射所需要的能量显著降低。与纯钨极比较，能够在较低的温度下发射出同等程度的电子数目，用因而电弧容易引燃，并且电极的许用电流值增加，即相同直径的电极可以流过较大的电流，一般用于TIG直流正接焊接。电极前端的熔化、烧损也少于纯钨极。然而，在直流反接或交流焊接中，钍钨极效果不明显，在铝合金交流焊接中，还会增加直流分量。由于钍元素具有一定的放射性，因此在应用上受到一定限制。

(3)铈钨极   在纯钨材料中加入少量微放射性稀土元素铈（Ce)的氧化物（CeO2)就做成了铈钨极，CeO2的加入量通常质量分数为1%-2%。铈钨极是我国首先试制并应用的。国际标准化组织焊接材料分委员会根据我国应用铈钨极的情况，已经把铈钨极列入非熔化极标准中，并确定其代号为WCe。它的使用性能在某些方面优于铈钨极，表现如下：①在相同参数下，弧束较细长，光亮带较窄，温度更集中；②直流焊接时，阴极压降降低10%,比铈钨极更容易引弧，电弧稳定性也好；③在小电流下有着极佳的起弧性能。其缺点是不适合于大电流条件下使用，因为在这种条件下氧化物会快速地移动到高热区，即电极的顶端，这样对氧化物的均匀度造成破坏，致使由于氧化物的均匀分布所带来的好处将不复存在。

(4)其他电极 这里包括锆钨极、镧钨极和钇钨极等。锆钨极中氧化锆（Zr0)的质量分数为0.15%~0.40%,通常是以烧结的方式制造成棒材，然后对表面进行化学研磨或机械研磨。它具有适当的硬度、均匀的直径和清洁的表面。锆钨极在电弧中的烧损较小，在需要特别防止电极对母材产生污染时可以选用锆钨电极。错鸽电极也适合于在交流焊接中使用，因为锆钨电极形状的保持性良好。此外，人们正在研制的电极还有镧钨极（W+1%LaO2)、钇钨极（W+2%Y2O3)等，也适合于在中、大电流和交流焊接中使用，具有烧损小的特点。