我國鎢電極行業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

李明輝

（贛州虹飛鎢鉬材料有限公司，江西 贛州 341000）

現(xiàn)階段我國鎢資源較為豐富，是世界上鎢資源的生產(chǎn)和儲(chǔ)備大國，全世界每年80%的鎢資源消耗來自于中國。鎢在航天航空、鋼鐵、機(jī)械制造、軍工等國家重要領(lǐng)域?qū)儆谥匾膽?zhàn)略金屬元素[1]。我國在鎢的采礦、冶煉、加工、貿(mào)易已經(jīng)行為了一套較為完善的鎢工業(yè)體系，國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開鎢作為重要的基礎(chǔ)。鎢具有較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，其沸點(diǎn)和熔點(diǎn)在所有金屬中處于最高，可當(dāng)做熱電子發(fā)射材料，并逐漸應(yīng)用于焊接行業(yè)。本文將從我國鎢電極行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀展開分析，并對(duì)未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 鎢電極在國民生產(chǎn)中的重要性

高溫強(qiáng)度好、熔點(diǎn)高是鎢元素的優(yōu)勢所在，早期就被當(dāng)做熱電子發(fā)射材料。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)材料中出現(xiàn)了鎢基熱電子發(fā)射材料，該材料可用于氬弧焊接電極和電子設(shè)備陰極。在惰性氣體保護(hù)切割、等離子體焊接中鎢電極得到了普遍使用，而應(yīng)用頻率最高的屬于惰性氣體保護(hù)焊[2]。在國家裝備制造業(yè)中，金屬材料之間的連接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和應(yīng)用效果，而惰性氣體保護(hù)焊用于金屬材料的連接中具有良好的效果，已成為我國制造業(yè)必不可少的制造技術(shù)，有效的促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。惰性氣體保護(hù)焊分類較多，氬弧焊是目前使用較廣，較為成熟的焊接技術(shù)，是金屬焊接中重要的焊接方式。鎢電極就是氬弧焊中的重要焊接熱源材料，鎢電極的廣泛使用很大程度帶動(dòng)了焊接技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)推動(dòng)了眾多建筑工程的建設(shè)，例如在橋梁建設(shè)、摩天大樓、船舶等大型工程中都可以見到氬弧焊的存在。因此。鎢電極在我國工業(yè)生產(chǎn)中國占據(jù)重要地位，加快了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 鎢電極應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）在工業(yè)領(lǐng)域中鎢作為熱電子發(fā)射材料得到了廣泛應(yīng)用，而在照明領(lǐng)域中鎢燈絲同樣普遍使用。若在電極材料中應(yīng)用純鎢，其發(fā)射效率低、電流容量小等缺陷較為明顯，尤其是面對(duì)大電流時(shí)，會(huì)造成嚴(yán)重的燒損，長時(shí)間高溫狀態(tài)工作會(huì)造成再結(jié)晶現(xiàn)象，從而出現(xiàn)等軸狀晶粒組織，導(dǎo)致材料更加脆弱發(fā)生斷裂[3]。釷鎢電極材料發(fā)明時(shí)間較早，其原理是將3%左右的二氧化釷加入純鎢而成。釷鎢的特點(diǎn)是電弧穩(wěn)定性高、起弧速度快，避免焊縫污染等，相較于純鎢其逸出功更低。釷鎢電極用于焊接中同樣有著較為優(yōu)秀的性能，可用于不銹鋼、碳鋼、鈦金屬等材料的焊接。不過釷作為金屬元素存在一定的放射性，在生產(chǎn)加工和廢料回收等環(huán)節(jié)容易對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體造成放射性傷害。同時(shí)我國目前在氬弧焊中鎢電極材料消耗巨大，若缺乏合理的收集、銷毀處理，將會(huì)造成不可挽回的環(huán)境污染[4]?，F(xiàn)階段世界上部分國家已明確規(guī)定禁止釷鎢材料的生產(chǎn)使用，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，釷鎢建將逐漸退出退出歷史舞臺(tái)。

（2）伴隨科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，切割材料、焊接技術(shù)不斷進(jìn)步，其品類、規(guī)格逐漸豐富，尤其是等離子和鎢極惰性氣體保護(hù)劑行業(yè)內(nèi)等離子噴焊、自動(dòng)焊、等離子切割等一系列高新技術(shù)的廣泛使用，同樣對(duì)電極材料提出了更高的要求，需要更高的穩(wěn)定程度和安全保障。同時(shí)為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的和諧共處，鎢電極材料在生產(chǎn)、應(yīng)用中對(duì)環(huán)保的要求更為嚴(yán)苛，最大限度避免對(duì)環(huán)境的污染。因此各國科學(xué)家在努力研究不含放射性元素的新型鎢電極材料，目前鈰鎢是無放射性電極材料中應(yīng)用較多的材料。鈰鎢具有抗燒損、起弧見效快、使用時(shí)間長等優(yōu)勢，同時(shí)由于鈰鎢不含放射性元素，因此在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域得到了更為廣泛的使用，特別是在傳統(tǒng)釷鎢電極小規(guī)模焊接中，鈰鎢已經(jīng)成功取代釷鎢電極，工人普遍認(rèn)可滿意[5]。但是釷鎢電極在大功率超高壓球形氛燈以及交流氫弧焊電極中具有獨(dú)到的優(yōu)勢，而鈰鎢反而存在電流不穩(wěn)、引弧性差、使用時(shí)間短等現(xiàn)象，因此鈰鎢尚無法整體取代釷鎢電極。

（3）20世紀(jì)80年代我國科學(xué)家在氧化鎢內(nèi)添加三氧化二釔，在經(jīng)過一系列的加工制成釔鎢電極。在實(shí)際應(yīng)用中，釔鎢電極的壓縮程度較大，電弧弧束細(xì)長，特別是在電流較大的工作環(huán)境中具有極高的熔深，因此在航空、軍工領(lǐng)域普遍使用。但在長時(shí)間的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，釔鎢電極在小電流焊接的效果更好，由于較差的電子發(fā)射穩(wěn)定性，過高的電流負(fù)荷易造成電極的損壞[6]。90年代我國科學(xué)家通過在鎢絲總添加氧化鑭制作出鑭鎢電極，相較于其他電極有更好的電子發(fā)射能力和較長使用時(shí)間。鑭鎢電極具有極低的蒸發(fā)速率?？捎行Ц纳颇愀邷乜谷渥冃阅?。同時(shí)鑭鎢電極具有損壞率低、承受電流高等優(yōu)勢，主要應(yīng)用于直流焊接，但也存在電弧穩(wěn)定程度低、加工性能差等缺陷。

3 鎢電極未來發(fā)展趨勢

目前我國相關(guān)機(jī)構(gòu)早期已經(jīng)開始研發(fā)單元和多元復(fù)合稀土鎢電極，并與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合通過分析稀土鎢焊接的電弧原理和燒毀情況，掌握其規(guī)律后研發(fā)出新型多元復(fù)合稀土鎢材料，其多元稀土鎢電極綜合性能明顯優(yōu)于目前釷鎢電極[7]?，F(xiàn)階段我國已建成完整的多元復(fù)合稀土鎢電極工業(yè)生成線，在國內(nèi)外建設(shè)領(lǐng)域綠色電極得到了用戶的青睞，引導(dǎo)鎢電極行業(yè)向金屬焊接切割無放射性過渡，尤其為我國運(yùn)載火箭、飛船的發(fā)射建立重要基礎(chǔ)。多元復(fù)合稀土鎢電極與單元鎢電極的化學(xué)成分添加量一致，是釷原料的一般，隨著技術(shù)的發(fā)展在新工藝下產(chǎn)品質(zhì)量逐漸提升，制造成本相較于釷鎢更低。多元復(fù)合稀土鎢電極具有較高的焊接性能，能夠良好應(yīng)對(duì)各種焊接母材和電流環(huán)境。并且多元復(fù)合稀土鎢電極擁有較高的性價(jià)比，在市場競爭環(huán)境中具有明顯的經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢。通過在工業(yè)制造、國防、民用等領(lǐng)域的大量應(yīng)用逐漸引導(dǎo)相關(guān)行業(yè)向綠色環(huán)保方向發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，鎢電極對(duì)我國工業(yè)生產(chǎn)的提高和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義，在各個(gè)領(lǐng)域鎢電極都是不可或缺的重要基礎(chǔ)。通過對(duì)無放射性鎢電極的大力研究，豐富鎢電極的規(guī)格、用途，實(shí)現(xiàn)鎢電極產(chǎn)品的綠色環(huán)保，進(jìn)一步提升我國鎢電極的制造水平和經(jīng)濟(jì)效益。