非熔化极氩弧焊和等离子弧焊对钨极的要求是:发射电子能力要强,耐高温而不易熔化及烧损,以及能允许使用较大的焊接电流等。金属钨棒具有熔点温度(约为3410℃±10℃)高和沸点温度(约5900℃)高、强度大、导热系数小和高温挥发性小等特点,能满足作为电极材料的性能要求,所以,目前在焊接生产中被广泛采用。


一、焊接生产中对电极材料的要求


 实践表明,钨极的质量对电弧和焊接过程的稳定性以及焊接质量有很大的影响。焊接生产中对电极材料提出了以下3项评定标准:


  1. 最大许用电流


 钨极的最大许用电流值要高。若焊接电流超过许用电流,就易使钨极末端局部熔化而落入熔池,这样会改变焊缝金属的化学成分或产生夹钨缺陷。若钨极末端形成熔球,则位于熔球表面上的电弧斑点易受外界因素的干扰而游动,使电弧飘荡不稳,并降低保护气体的保护效果。


 钨极的最大许用电流同钨极的化学成分与直径、电流种类与电源极性、钨极伸出导电嘴的长度等有关。一般在前两项已确定的情况下,外伸长度上产生的电阻热和钨极受冷却的条件,即成为选用焊接电流大小的主要因素。


   2. 钨极的损耗


  钨极在焊接过程中的损耗对自动焊过程的稳定性和焊缝成型质量有明显的影响。钨极的损耗可分为两种情况:


  正常损耗  是指在正常的焊接过程中,钨极因热蒸发和缓慢氧化等累计的损耗,常用单位时间内的损耗量(g/min)来表示。正常损耗量和钨极的化学成分、采用的电流种类及电源极性等有关。在钨极的化学成分一定时,由于氩弧中的阳极温度和发热量比阴极高,因而采用直流反极性时钨极的损耗比采用交流电时高,而用交流电时的钨极损耗又大于直流正极性接法。


  异常损耗 主要发生在多次短路引弧或钨极末端与填充焊丝及熔池接触时。这时钨极末端被熔化金属所玷污,使熔化温度降低,导致钨极的损耗大大超过正常损耗值。一般只要在焊接时给予注意,即可避免异常损耗。


 3.  引弧及稳弧性能


 主要由钨极的逸出功大小来决定。逸出功低,则发射电子的能力就强,引弧和稳弧性能就好,反之就差。


  以上述3条标准来衡量,用纯钨做电极还是不够理想的,首先是纯钨的逸出功还较高,要求焊机的空载电压高;其次,在使用大电流和长时间焊接时,纯钨的烧损仍较明显。若在钨极中加进一些可降低逸出功的元素(如:钍、铈、锆等)或它们的氧化物,即能改善电极的使用性能。因此,目前在钨极氩弧焊焊接生产中,广泛使用钍钨极和铈钨极,其牌号和化学成分见表3-15。


表 15.jpg


二、钍钨极的特性


 钍钨极中含有ThO,可降低逸出功,故能大大提高阴极发射电子的能力,改善引弧和稳弧性能;可降低对焊机的空载电压值要求,也就是说钍钨极的引弧电压低;能减少阴极的发热量,降低电极的损耗,且可增大焊接的许用电流值。


 虽然如此,但在使用中发现钍具有微量的放射性,在磨削钍钨极时其粉尘对操作者身体健康有害。


 为了改善焊工的劳动条件,我国试制成功了一种新的电极材--铈钨极。经初步使用鉴定,在直流小电流焊接时,铈钨极比钍钨极更容易引燃电弧且能减小电极的损耗。另外,铈钨极的放射性剂量很低,国内已推广采用,效果较好。不过在大电流等离子弧焊时,发现铈钨极有时容易烧损,电极一次修磨后的使用周期短。对铈钨极的性能还有待进一步研究。


三、钨极的磨削


  钨极端部的形状、光洁度及尺寸对焊接许用电流大小、电弧的稳定性和焊缝成型等有直接的影响。如果钨极表面粗糙、不同心和尺寸不合适,产生的电弧既不集中又不稳定。因此,钨极磨削的质量好坏,直接影响着焊接能否正常进行,特别是等离子弧焊,对钨棒表面、同心度要求极高。所以,钨极的磨削,特别是等离子弧焊用钨极的磨削最好在专用设备上进行磨制。用专用设备磨削的钨极和手工磨削的钨极比较见图3-4,钨极专用磨削机见图3-5。


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