一种低成本钨电极的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种低成本钨电极的制备方法，其制备方法为将钨电极杆与Cr-W-Mo-V合金钢杆通过特定的连接方法制成一种低成本钨电极，既保证了钨电极端的焊接性能，能够在各种工况下替代常规钨电极，又在节约钨材料的情况下达到钨电极产品的标准长度，方便焊接施工和使用，节约了生产成本和氩弧焊施工成本。
【专利说明】-种低成本巧电极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低成本鹤电极的制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于鹤的特性，烙点高（3683C ±2(TC )，电子发射能力强，弹性模量高，蒸气压 低，故很早就被用作热电子发射材料。鹤由于还具有烙点高，耐腐蚀，高密度，良好的导热和 导电性，所W用鹤做成的鹤电极被广泛用于焊接，它尤其适合用于TIG焊接W及其它类似 该种工作的电极材料。
[0003] 目前常用鹤电极都是W鹤为基惨杂一些电子逸出功低的稀±氧化物经过粉末冶 金和机械加工制备而成，整体上是一种一次成型工艺。然而鹤电极在实际使用过程中，由于 需要夹持，电极棒后端常会有：T5cm利用不到，造成材料的极大浪费和使用成本的增加。
[0004] 如果考虑将电极棒末端：TScm换成其他廉价材料，将大大降低鹤电极的加工和使 用成本，节省大量鹤资源和稀±资源。
[0005] 专利CN 200410084406介绍了一种真空针焊连接的铺鹤棒和纯鹤棒组成的鹤电 极。其方法主要是先加工铺鹤杆、纯鹤杆、制备筒形焊片和环形焊丝，然后对铺鹤杆、纯鹤 杆、筒形焊片和环形焊丝进行真空除气、退火处理，再将媒基筒形焊片装入铺鹤电极头的圆 筒形空腔内，随后将纯鹤电极杆的短圆柱杆插入所述的圆筒形空腔内，最后在靠近铺鹤电 极头的纯鹤电极杆上套上媒基环形焊丝，并确保电极头与电极杆同轴，然后放入真空针焊 炉内进行高温真空焊接而得到。该方法虽然只是起到了节约稀±材料的作用，但是仍然需 要使用和传统鹤电极制品所需的鹤材料，不利于战略资源鹤的可持续发展。
[0006] 专利201220301251介绍了一种新型鹤电极，主要由鹤电极和铜电极连接组成，还 设有钢接头，钢接头两端均设有外螺纹，一端与鹤电极上设有内螺纹孔I连接，另一端与铜 电极上设有的内螺纹孔II连接。该法表面上工艺简单，操作易行，但钢合金上的内螺纹孔 加工难度大，成品率较低，不符合规模化生产要求。
[0007] 专利CN 201352545 Y介绍了鹤媒电极，其电极的一端是鹤棒，另一端是媒棒，鹤 棒和媒棒相焊接。其制作方法及主要工艺流程如下；1)、冲剪要求尺寸的媒棒，并进行喷 砂处理W提高表面粗趟度，同时使两端头较圆润。2)、媒棒化学除油及超声波清洗，然后于 (120 + lore烘箱烘干，时间比，冷却备用。3)、采用专用碰焊机，设置合适的碰焊参数，使鹤 棒的一端与媒棒的一端紧密焊接在一起。上述鹤媒电极有W下一些不足之处：因为在其生 产过程中需要同时进行冲剪、喷砂及清洗处理媒棒和鹤棒2种金属，媒材料价格也不低，仍 有被其他材料替代的可能。
【发明内容】
[0008] 为了解决上述存在的问题，本发明通过将鹤电极杆与&-W-MO-V合金钢杆通过焊 接材料在高频感应焊接机上进行高温焊接得到一种低成本鹤电极。所得鹤电极接口部位冶 金结合强度高，既保证了鹤电极端的使用性能，又在节约鹤材料的情况下保证了鹤电极产 品的标准长度，节约了鹤电极生产成本和氮弧焊施工成本。
[0009] 本发明的目的在于提供一种低成本鹤电极的制备方法。
[0010] 本发明所采取的技术方案是： 一种低成本鹤电极的制备方法，包括W下步骤： 1) 制备长度为现有各鹤电极标准长度3/4?4/5的鹤电极杆； 2) 取直径与鹤电极杆相同的化-W-Mo-V合金钢杆； 3) 将鹤电极和合金钢用水基清洗剂进行超声波清洗； 4) 将上述清洗后的鹤电极和合金钢杆用去离子水进行超声波清洗，除去残留的水基清 洗剂； 5) 将4)中清洗后的鹤电极和合金钢杆用己醇进行超声波清洗1?2次，瞭干； 6) 将瞭干后的鹤电极杆和合金钢杆进行等离子清洗； 7) 焊接材料的制备：焊接材料为W下质量份数原料组成的焊片：25^30份W，43^55份 Mo,8?10份Ni,8?10份Co, 3?5份化，1?2份Ti、V、Riu Re中的至少一种，焊片的直径与乌 电极杆的直径一致；或者为W下质量份数原料组成的焊剂；25?30份W，43?55份Mo, 8?10份 Ni, 8?10份Co, 3?5份化，1?2份Ti、V、Ru、Re中的至少一种，1. 25?12. 5份聚己二醇阳G400， 12?96份己醇，1?10份消泡剂； 8) 焊接；将6)所得的鹤电极杆竖直固定在焊接机的工作台上，受等离子清洗的一面朝 上，将焊片或焊剂置于其上，再将6)所得的合金钢杆受等离子清洗的一面朝下，与焊片或焊 剂相接，使鹤电极杆、焊片或焊剂、合金钢杆同轴竖立，然后利用焊接机进行焊接； 9) 将焊接后的鹤电极杆-焊接材料-合金钢杆室温放置Tl化之后，进行杆件圆柱表 面抛光或者磨光处理，即得低成本鹤电极；该低成本鹤电极长度与现行各鹤电极的标准长 度一致。
[0011] 进一步的，上述步骤3)中超声波清洗的频率为60?130曲Z，温度为25?IOOC，超声 功率为300?1000W，清洗时间为10?60min。
[0012] 进一步的，上述步骤4)中超声波清洗的频率为60?130曲Z，温度为20?5(TC，超声 功率为30(T600W，清洗时间为S^lOmin。
[0013] 进一步的，上述步骤5)中超声波清洗的频率为60?130曲Z，温度为20?3(TC，超声 功率为300?400W，清洗时间为广2min。
[0014] 进一步的，上述步骤6)中等离子清洗的具体过程为：将鹤电极杆和合金钢杆竖 立地放入聚四氣己帰工装中，再将工装置于等离子清洗设备真空室中，鹤电极和合金钢 杆上表面与等离子装置电极板的距离为10?30cm，先开启真空粟抽真空广2min，使得真 空度达1〇-1?1〇-申3,然后关闭真空粟，打开氮气进气阀，当真空室压力达到100?1000化 时，开启等离子发射装置电源，保证电源功率20(T800W，真空室内温度为2(TlO(rC，持 续时间为S^lOmin,之后关闭等离子发射电源，继续通入氮气，使得真空室内气压达到 1.0X10中￡^1.4X10中a，待真空室内温度降至2(^5(rC时，取出工装、鹤电极和合金钢杆。
[0015] 进一步的，上述步骤7)中焊片的具体制备过程为；按配比称取各原料粉末，混匀， 置于球磨罐中，再加入己醇和硬质合金球；往球磨罐中通入氮气，球磨机转速为10(T3(K)r/ min,研磨时间为3(T5化；所得复合粉末在红外灯照射下干燥；将复合粉末中加入润滑剂， 混合3(Tl80min，取混合物进行温压成型制得所需规格的圆片状合金逐，其直径与鹤电极杆 的直径一致，厚0. 5^0. 8mm ;所用压机为落键式高速压制成形机，压制速率2^5m/s，冲击键 质量l(K)kg，温度为2(T28 °C，模具为硬质合金材料制成，模具加热温度为8(T180 °C;将所 得圆片合金逐在400、0(TC条件下经氨气氛预烧5^20min，除去压逐中的润滑剂，即得焊 片； 其中，己醇体积与原料粉末重量和的比为（0. 4?1. 2) mL ;Ig ; 润滑剂的质量为原料粉末重量和的2%?20% ; 润滑剂选自二甲基娃油、硬脂酸正下醋、石蜡、甘油中至少一种。
[0016] 进一步的，上述步骤7)中焊剂的具体制备过程为；按配比称取各金属粉末原料， 混匀，置于球磨罐中，再加入己醇和硬质合金球，其中己醇体积与原料粉末重量和的比 为（0. 4?1. 2)血；Ig ;往球磨罐中通入氮气，球磨机转速为100?3(K)r/min，研磨时间为 3(T50h ;所得复合粉末在红外灯照射下干燥；将上述所得复合粉末中加入浓度聚己二醇 (PEG400)和12?96份己醇，W 50?lOOr/min转速进行球磨15?30 min,当球磨至8?12min 时加入消泡剂；混合均匀后取出料浆，即为焊剂； 消泡剂选自乳化娃油、高碳醇脂肪酸醋复合物、聚氧己帰聚氧丙帰季戊四醇離、聚氧己 帰聚氧丙醇胺離、聚氧丙帰甘油離和聚氧丙帰中的一种。
[0017] 进一步的，上述步骤8)中的焊片为经步骤3)?6)中与鹤电极杆和合金钢杆一样 的清洗方法清洗过的焊片。
[0018] 进一步的，上述步骤8)中所述焊接机为高频感应焊接机，其焊接时的参数为：充 氮气保护，二次加压时间0. 7?1. 4s，二次压力0. 05?0. lOMPa，焊接温度1300?1450°C，保温 时间0. 6?1. 2s，二次加压延迟时间0. 05?0. 2s，冷却时间2?4s，高周波功率3. 6kW?4. 8kW，高 周波频率50化。
[0019] 进一步的，上述步骤4)和8)的整个操作都是在千级净化间或万级净化间中进行。
[0020] 本发明的有益效果是： 1)本发明将鹤电极杆与化-W-Mo-V合金钢杆通过特定的连接方法制得一种低成本鹤 电极，既保证了鹤电极端的焊接性能，又在节约鹤材料的情况下达到鹤电极产品的标准长 度，方便焊接施工和使用，节约了生产成本和氮弧焊施工成本。
[0021] 2)本发明中采用价格低廉的合金钢材料替代了鹤材料，大大降低了原料成本；焊 接段采用Mo-W-Ni-Co-Fe-X (X为Ti、V、Riu Re中至少一种）制成的焊接材料，增加了与两 边杆件材料成分的同质性，增大了冶金结合界面强度，保证了低成本鹤电极在工作时的耐 久性。
[0022] 3)本发明低成本鹤电极保证了鹤端组织结构的均匀性和整体稳定性，从而使得电 弧的静特性较好；也保持了鹤电极端原有起弧性能，保证了本发明鹤电极在焊接过程中的 良好的起弧性能；本发明鹤电极与常规社鹤电极相比，零场发射电流密度相近，电子逸出功 相近，热电子发射能力好；保持了现有常规鹤电极的抗高温蠕变性能和抗烧蚀性能。
[0023] 4)本发明运用合金钢与鹤通过焊片或焊剂连接在一起制得的组合鹤电极较常规 鹤电极，既降低了成本又能保持原有焊接性能，能够在各种工况下替代常规鹤电极。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为推力计测定鹤电极接口部位力学强度的示意图； 图2为各种鹤电极零场发射电流密度随温度变化曲线； 图3为各种鹤电极的电弧静特性曲线。 【具体实施方式】 [0025] 实施例1 1) 采用传统制备鹤电极的粉末冶金、旋锻、拉拔、切割加工制备成长度只有现行各规格 鹤电极标准长度的3/4?4/5的鹤电极杆； 2) 取直径与鹤电极杆相同的化-W-Mo-V合金钢杆； 3) 将上述鹤电极杆和合金钢杆放入装有环保水基清洗剂的超声清洗装置中进行超声 波清洗，超声清洗频率为60?130曲Z，溶剂温度控制在25?IOOC，超声功率为300?1000W，振 洗时间为10?60min ; 4) 将上述清洗后的鹤电极和合金钢杆再放入装有去离子水的超声清洗装置中进行超 声波清洗，超声清洗频率为60?130曲Z，溶剂温度控制在20?5(TC，超声功率为300?600W，振 洗时间为S^lOmin ;然后取出鹤电极和合金钢杆，再次放入装有去离子水的超声清洗装置 中重复清洗2^5次； 5) 将上述清洗后的鹤电极和合金钢杆再放入装有己醇的超声波清洗装置中进行清洗， 超声振洗频率60?130曲Z，己醇温度20?3(TC，超声功率为300?400W，振洗时间为广2min ;重 复振洗广2次；然后将鹤电极杆和合金钢杆取出，放置在通风樞内的物料架上瞭干； 6 )将上述瞭干后的鹤电极杆和合金钢杆放进聚四氣己帰工装中，保证鹤电极和合金钢 杆为竖立状态(垂直于地面）；聚四氣己帰工装是指能使鹤电极杆和合金钢杆竖直放置，保 证需要清洁的表面朝上对准等离子清洗设备的等离子发射电极板的一种聚四氣己帰材质 的工装夹具，一次放置的数目可W很多，根据等离子清洗设备的大小而不同，可W成批处理 10(T500根鹤电极杆和合金钢杆； 7) 将上述工装连同鹤电极和合金钢杆一起放入等离子清洗设备真空室中，关闭室口， 保证鹤电极和合金钢杆上表面与等离子装置电极板的距离为l(T30cm，先开启真空粟抽 真空广2min，使得真空度达1〇-1?10-中a,然后关闭真空粟，打开氮气进气阀，当真空室压 力达到100?1000化时，开启等离子发射装置电源，保证电源功率200?800W，持续时间为 S^lOmin,真空室内温度控制在2(TlO(rC之间，之后关闭等离子发射电源，继续通入氮气，使 得真空室内气压达到1. OX 10中a?1. 4X IO5Pa,待真空室内温度降至20?5(TC时打来真空室 口取出工装、鹤电极和合金钢杆，备用；整个操作都是在千级净化间或万级净化间中进行； 8) 焊片的制备；按表1的配比称取各原料粉末共250g，混匀，放入不镑钢球磨罐中，再 加入己醇100?300ml，硬质合金球0. 25?2. 5kg ;设定行星式球磨机转速为100?3(K)r/min， 球磨罐中通入氮气，研磨时间为30?5化；所得复合粉末在功率为100?500W红外灯下干燥 5?IOmin备用； 表1焊片的原料配方
【权利要求】
1. 一种低成本钨电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 制备长度为现有各钨电极标准长度3/4?4/5的钨电极杆； 2) 取直径与鹤电极杆相同的Cr-W-M〇-V合金钢杆； 3) 将钨电极和合金钢用水基清洗剂进行超声波清洗； 4) 将上述清洗后的钨电极和合金钢杆用去离子水进行超声波清洗，除去残留的水基清 洗剂； 5) 将4)中清洗后的钨电极和合金钢杆用乙醇进行超声波清洗1?2次，晾干； 6) 将晾干后的钨电极杆和合金钢杆进行等离子清洗； 7) 焊接材料的制备：焊接材料为以下质量份数原料组成的焊片：25~30份W，43~55份 Mo,8?10份Ni，8?10份Co,3?5份Fe，l?2份Ti、V、Ru、Re中的至少一种，焊片的直径与乌 电极杆的直径一致；或者为以下质量份数原料组成的焊剂：25?30份W，43飞5份Mo, 8?10份 Ni，8?10份Co,3?5份Fe，1?2份Ti、V、Ru、Re中的至少一种，L25?12·5份聚乙二醇PEG400， 12?96份乙醇，f 10份消泡剂； 8) 焊接：将6)所得的钨电极杆坚直固定在焊接机的工作台上，受等离子清洗的一面朝 上，将焊片或焊剂置于其上，再将6)所得的合金钢杆受等离子清洗的一面朝下，与焊片或焊 剂相接，使钨电极杆、焊片或焊剂、合金钢杆同轴坚立，然后利用焊接机进行焊接； 9) 将焊接后的钨电极杆-焊接材料-合金钢杆室温放置4~12h之后，进行杆件圆柱表 面抛光或者磨光处理，即得低成本钨电极；该低成本钨电极长度与现行各钨电极的标准长 度一致。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中超声波清洗的频率为 6(Tl30kHz，温度为25?100°C，超声功率为30(Tl000W，清洗时间为l(T60min。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4)中超声波清洗的频率为 6(Tl30kHz，温度为2(T50°C，超声功率为30(T600W，清洗时间为5?lOmin。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤5)中超声波清洗的频率为 6(Tl30kHz，温度为2(T30°C，超声功率为30(T400W，清洗时间为1?2min。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤6)中等离子清洗的具体过程为： 将钨电极杆和合金钢杆坚立地放入聚四氟乙烯工装中，再将工装置于等离子清洗设备真空 室中，钨电极和合金钢杆上表面与等离子装置电极板的距离为l(T3〇 Cm，先开启真空泵抽 真空l~2min，使得真空度达KT^K^Pa，然后关闭真空泵，打开氩气进气阀，当真空室压力 达到10(Tl000Pa时，开启等离子发射装置电源，保证电源功率20(T800W，真空室内温度为 2(n〇0°C，持续时间为5~10min，之后关闭等离子发射电源，继续通入氮气，使得真空室内气 压达到1. OX 105Pa?1. 4X 105Pa，待真空室内温度降至2(T50°C时，取出工装、钨电极和合金 钢杆。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤7)中焊片的具体制备过程为： 按配比称取各原料粉末，混匀，置于球磨罐中，再加入乙醇和硬质合金球；往球磨罐中通入 氩气，球磨机转速为l〇(T30〇 r/min，研磨时间为3(T50h ;所得复合粉末在红外灯照射下干 燥；将复合粉末中加入润滑剂，混合3(Tl80min，取混合物进行温压成型制得所需规格的圆 片状合金坯，其直径与钨电极杆的直径一致，厚0. 5~0. 8mm ;所用压机为落锤式高速压制成 形机，压制速率2~5m/s，冲击锤质量100kg，温度为2(T28 °C，模具为硬质合金材料制成，模 具加热温度为8(T180 °C;将所得圆片合金坯在400、00°C条件下经氢气氛预烧5?20min， 除去压坯中的润滑剂，即得焊片； 其中，乙醇体积与原料粉末重量和的比为（0. 4?1. 2) mL :lg ; 润滑剂的质量为原料粉末重量和的2%?20% ; 润滑剂选自二甲基硅油、硬脂酸正丁酯、石蜡、甘油中至少一种。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤7)中焊剂的具体制备过程为： 按配比称取各金属粉末原料，混匀，置于球磨罐中，再加入乙醇和硬质合金球，其中乙醇 体积与原料粉末重量和的比为（〇. 4?1. 2) mL :lg ;往球磨罐中通入氩气，球磨机转速为 10(T30〇r/min，研磨时间为3(T50h ;所得复合粉末在红外灯照射下干燥；将上述所得复合 粉末中加入浓度聚乙二醇（PEG400)和12?96份乙醇，以5(Tl00r/min转速进行球磨15?30 min,当球磨至8?12min时加入消泡剂；混合均勻后取出料楽，即为焊剂； 消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙 烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯中的一种。
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤8)中的焊片为经步骤3)?6) 中与钨电极杆和合金钢杆一样的清洗方法清洗过的焊片。
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤8)中所述焊接机为高频感应焊 接机，其焊接时的参数为：充氩气保护，二次加压时间〇. 7~1. 4s，二次压力0. 05~0. lOMPa， 焊接温度130(Tl450°C，保温时间0. 6?1. 2s，二次加压延迟时间0. 05?0. 2s，冷却时间2?4s， 高周波功率3. 6kW?4. 8kW，高周波频率50Hz。
10. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4)和8)的整个操作都是在千 级净化间或万级净化间中进行。
【文档编号】B23K1/20GK104259611SQ201410352891
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】顾进跃, 徐玄, 顾伟华, 袁克艳 申请人:深圳市威勒达科技开发有限公司