我国钨电极行业现状及未来发展趋势

2019-02-10李明辉

世界有色金属 2019年15期

李明辉

（赣州虹飞钨钼材料有限公司，江西赣州 341000）

现阶段我国钨资源较为丰富，是世界上钨资源的生产和储备大国，全世界每年80%的钨资源消耗来自于中国。钨在航天航空、钢铁、机械制造、军工等国家重要领域属于重要的战略金属元素[1]。我国在钨的采矿、冶炼、加工、贸易已经行为了一套较为完善的钨工业体系，国家经济的发展离不开钨作为重要的基础。钨具有较稳定的化学性质，其沸点和熔点在所有金属中处于最高，可当做热电子发射材料，并逐渐应用于焊接行业。本文将从我国钨电极行业的应用现状展开分析，并对未来的发展趋势进行展望。

1 钨电极在国民生产中的重要性

高温强度好、熔点高是钨元素的优势所在，早期就被当做热电子发射材料。随着工业技术的发展，在工业材料中出现了钨基热电子发射材料，该材料可用于氩弧焊接电极和电子设备阴极。在惰性气体保护切割、等离子体焊接中钨电极得到了普遍使用，而应用频率最高的属于惰性气体保护焊[2]。在国家装备制造业中，金属材料之间的连接关系到产品的质量和应用效果，而惰性气体保护焊用于金属材料的连接中具有良好的效果，已成为我国制造业必不可少的制造技术，有效的促进了国民经济的发展。惰性气体保护焊分类较多，氩弧焊是目前使用较广，较为成熟的焊接技术，是金属焊接中重要的焊接方式。钨电极就是氩弧焊中的重要焊接热源材料，钨电极的广泛使用很大程度带动了焊接技术的进步，同时推动了众多建筑工程的建设，例如在桥梁建设、摩天大楼、船舶等大型工程中都可以见到氩弧焊的存在。因此。钨电极在我国工业生产中国占据重要地位，加快了国民经济的发展。

2 钨电极应用现状

（1）在工业领域中钨作为热电子发射材料得到了广泛应用，而在照明领域中钨灯丝同样普遍使用。若在电极材料中应用纯钨，其发射效率低、电流容量小等缺陷较为明显，尤其是面对大电流时，会造成严重的烧损，长时间高温状态工作会造成再结晶现象，从而出现等轴状晶粒组织，导致材料更加脆弱发生断裂[3]。钍钨电极材料发明时间较早，其原理是将3%左右的二氧化钍加入纯钨而成。钍钨的特点是电弧稳定性高、起弧速度快，避免焊缝污染等，相较于纯钨其逸出功更低。钍钨电极用于焊接中同样有着较为优秀的性能，可用于不锈钢、碳钢、钛金属等材料的焊接。不过钍作为金属元素存在一定的放射性，在生产加工和废料回收等环节容易对生态环境和人体造成放射性伤害。同时我国目前在氩弧焊中钨电极材料消耗巨大，若缺乏合理的收集、销毁处理，将会造成不可挽回的环境污染[4]。现阶段世界上部分国家已明确规定禁止钍钨材料的生产使用，随着人们环保意识的增强，钍钨建将逐渐退出退出历史舞台。

（2）伴随科学技术的飞速发展，切割材料、焊接技术不断进步，其品类、规格逐渐丰富，尤其是等离子和钨极惰性气体保护剂行业内等离子喷焊、自动焊、等离子切割等一系列高新技术的广泛使用，同样对电极材料提出了更高的要求，需要更高的稳定程度和安全保障。同时为了适应工业生产和生态环境的和谐共处，钨电极材料在生产、应用中对环保的要求更为严苛，最大限度避免对环境的污染。因此各国科学家在努力研究不含放射性元素的新型钨电极材料，目前铈钨是无放射性电极材料中应用较多的材料。铈钨具有抗烧损、起弧见效快、使用时间长等优势，同时由于铈钨不含放射性元素，因此在国内外相关领域得到了更为广泛的使用，特别是在传统钍钨电极小规模焊接中，铈钨已经成功取代钍钨电极，工人普遍认可满意[5]。但是钍钨电极在大功率超高压球形氛灯以及交流氢弧焊电极中具有独到的优势，而铈钨反而存在电流不稳、引弧性差、使用时间短等现象，因此铈钨尚无法整体取代钍钨电极。

（3）20世纪80年代我国科学家在氧化钨内添加三氧化二钇，在经过一系列的加工制成钇钨电极。在实际应用中，钇钨电极的压缩程度较大，电弧弧束细长，特别是在电流较大的工作环境中具有极高的熔深，因此在航空、军工领域普遍使用。但在长时间的应用和实验中发现，钇钨电极在小电流焊接的效果更好，由于较差的电子发射稳定性，过高的电流负荷易造成电极的损坏[6]。90年代我国科学家通过在钨丝总添加氧化镧制作出镧钨电极，相较于其他电极有更好的电子发射能力和较长使用时间。镧钨电极具有极低的蒸发速率。可有效改善你高温抗蠕变性能。同时镧钨电极具有损坏率低、承受电流高等优势，主要应用于直流焊接，但也存在电弧稳定程度低、加工性能差等缺陷。

3 钨电极未来发展趋势

目前我国相关机构早期已经开始研发单元和多元复合稀土钨电极，并与其他机构联合通过分析稀土钨焊接的电弧原理和烧毁情况，掌握其规律后研发出新型多元复合稀土钨材料，其多元稀土钨电极综合性能明显优于目前钍钨电极[7]。现阶段我国已建成完整的多元复合稀土钨电极工业生成线，在国内外建设领域绿色电极得到了用户的青睐，引导钨电极行业向金属焊接切割无放射性过渡，尤其为我国运载火箭、飞船的发射建立重要基础。多元复合稀土钨电极与单元钨电极的化学成分添加量一致，是钍原料的一般，随着技术的发展在新工艺下产品质量逐渐提升，制造成本相较于钍钨更低。多元复合稀土钨电极具有较高的焊接性能，能够良好应对各种焊接母材和电流环境。并且多元复合稀土钨电极拥有较高的性价比，在市场竞争环境中具有明显的经济成本优势。通过在工业制造、国防、民用等领域的大量应用逐渐引导相关行业向绿色环保方向发展。