ما هي استخدامات أقطاب التنغستن؟

إلكترود التنغستن عبارة عن مادة إلكترود غير قابلة للاستهلاك -على شكل قضيب مع معدن التنغستن كركيزة، مع إضافة أكاسيد أتربة نادرة مثل أكسيد اللانثانم أو أكسيد السيريوم أو الزركونيا، ويتم تشكيلها بواسطة تقنية تعدين المساحيق. يتميز قطب التنغستن بموصلية جيدة واستقرار في درجة الحرارة العالية ووظيفة عمل منخفضة للإلكترون. بناءً على هذه الخصائص، يمكن استخدامه كمكون موصل أو تفريغ أو انبعاث إلكتروني عند درجة حرارة عالية أو كثافة تيار عالية أو مجال كهربائي قوي، ويغطي تصنيع اللحام والإلكترونيات الفراغية ومعدات الطاقة والمعالجة الخاصة وغيرها من المجالات.

I. تطبيق قطب التنغستن في اللحام بقوس الأرجون

يعد اللحام بقوس الأرجون التنغستن أحد عمليات اللحام ذات التغطية الأوسع لأقطاب التنغستن. توفر أقطاب التنغستن ضوء قوسي مستقر، والأرجون كغاز درع لعزل الهواء، وأكسدة اللحام الواضحة، وإدراج الخبث وغيرها من العيوب. تتوافق منتجات قطب التنغستن المختلفة مع مخرجات التيار المختلفة وأنواع المعادن الأساسية.

قطب التنغستن النقي مناسب للحام التيار المتردد، ويستخدم بشكل رئيسي في الألومنيوم وسبائك المغنيسيوم ومعالجة الألواح. يمكن لتأثير تنظيف الكاثود لقوس التيار المتردد أن يزيل بشكل فعال طبقة الأكسيد على سطح مواد الألومنيوم والمغنيسيوم-، كما أن احتمال تكوين ثقب النفخ في اللحامات كبير. يتم استخدامه على نطاق واسع في هيكل سبائك الألومنيوم ومكونات الألومنيوم المزخرفة خفيفة الوزن ومجالات الإنتاج الأخرى. إن سعة الحمل الحالية-للقطب الكهربائي ضيقة (عموما لا تزيد عن 150 أمبير)، ومن السهل أن تفقد بسرعة بسبب الانصهار في عمليات التيار المتردد العالية-، لذا فهو غير مناسب لظروف الطاقة-المرتفعة-على المدى الطويل.

يعد قطب التنغستن-الزركونيوم مناسبًا لظروف لحام سبائك الماغنسيوم-التيار المتردد العالي-التيار المتردد. يتمتع طرف القطب بمقاومة جيدة لتلوث حوض السباحة المنصهر. إنها مناسبة لألواح سبائك الألومنيوم السميكة والأجزاء الهيكلية الكبيرة والمتوسطة الحجم من الألومنيوم. ويمكن استخدامه مع-آلات اللحام ذات التيار المتردد والتيار المستمر عالية الطاقة. توحيد تشكيل اللحام مستقر.

تبلغ نسبة تطعيم أكسيد السيريوم في قطب التنغستن-السيريوم بشكل عام 1.8% ~ 2.2%، ولا يوجد أي نشاط إشعاعي. يتم الحفاظ على جهد بدء القوس في نطاق التيار المنخفض عند 20 ~ 30 فولت، وهو مناسب لسيناريوهات لحام الألواح الرقيقة بالتيار المستمر. يتم استخدامه في الغالب في الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يقل سمكه عن 1.6 مم، ومكونات الفولاذ-منخفضة الكربون، وأجهزة الأجهزة الصغيرة وخطوط الأنابيب الكيميائية-الرقيقة الجدران، كما أن هناك طلبًا كبيرًا على معدات اللحام ذات الخطوط القصيرة الأوتوماتيكية.

يحتوي قطب اللانثانوم-التنغستن على نطاق يتراوح من 0.8% إلى 2.2% من محتوى أكسيد اللانثانم، وهو متوافق مع كل من اللحام بالتيار المتردد والتيار المستمر، ولا يحتوي على أي نشاط إشعاعي. يمكن استخدامه في العديد من المواد الأساسية مثل الفولاذ الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النحاس، وسبائك التيتانيوم، وسبائك الألومنيوم-المغنيسيوم، وما إلى ذلك، وهو مناسب لسيناريوهات اللحام الدقيقة المنخفضة-التيار الدقيق-واللحام الكبير-إلى-المتوسط-المعالجة المستمرة للحام الطويل الحالي.

ثانيا. تطبيق قطب التنغستن في معالجة البلازما

في معدات البلازما، يتم استخدام أقطاب التنغستن كبواعث لإثارة القوس والحفاظ عليه تحت تأثير المجال الكهربائي. باستخدام طاقة القوس لتأين غاز التدريع إلى حالة البلازما، يتم ضغط قوس البلازما، ويتم اشتقاق لحام قوس البلازما ورش البلازما وقطع البلازما الخاملة إلى ثلاث عمليات.

لحام قوس البلازما: كثافة الطاقة لقوس البلازما المضغوط أعلى بكثير من كثافة طاقة لحام قوس الأرجون التقليدي، وأداء الاختراق أفضل. يتم استخدام قطب التنغستن ككاثود للحفاظ على استقرار شعاع القوس، وهو مناسب للحام جانب واحد - وتشكيل الجانب المزدوج - للأنابيب الكيميائية ذات الجدران السميكة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ - ومكونات نقل الحرارة من سبائك التيتانيوم. تستخدم منصة لحام البلازما الأوتوماتيكية CNC في الغالب أقطاب التنغستن اللانثانوم- أو السيريوم- التنغستن، ويكون نطاق التشوه لطرف القطب صغيرًا أثناء المعالجة المستمرة على المدى الطويل-.

رش البلازما: يتم وضع أقطاب التنغستن في تجويف خامل محكم الغلق لإثارة مصدر حرارة بلازما -عالي الحرارة، ويتم رش مساحيق معدنية أو سيراميكية على سطح قطعة العمل - بعد الصهر، لتحقيق تحضير الطلاءات المقاومة للتآكل-والتآكل-. تستخدم على نطاق واسع في الأجزاء الهيدروليكية، ومعالجة تعديل سطح ملحقات ناقل الحركة الميكانيكي. يمكن للتشغيل الخامل أكسدة قطب التنغستن بشكل فعال وإطالة وقت التشغيل المستمر للمعدات.

قطع البلازما الخاملة: تختلف سيناريوهات التطبيق عن تلك الخاصة بأقطاب الهافنيوم ببلازما الهواء. تعد أقطاب التنغستن مناسبة للقطع الخالي من الأكسجين- للنيتروجين وخليط الهيدروجين-الأرجون، وما إلى ذلك، وتستخدم في الغالب لتفريغ الألواح المعدنية الخاصة التي يسهل أكسدتها مثل السبائك القائمة على التيتانيوم والنيكل-.

ثالثا. تطبيقات أقطاب التنغستن في مجال الإلكترونيات ذات درجة الحرارة العالية والفراغ

تتميز أقطاب التنغستن، بنقطة انصهارها العالية للغاية ومعدل تبخرها المنخفض، بأداء مستقر وموثوق في الفراغ ذي درجة الحرارة العالية، وغالبًا ما تُستخدم كبواعث للإلكترونات الساخنة أو كدعائم هيكلية.

مصدر انبعاث الإلكترون الحراري: في أنابيب الإلكترون المفرغة، وأنابيب الأشعة السينية-، وأنابيب الموجات الدقيقة وبعض أدوات التحليل الطيفي عالية الجودة، يتم استخدام أسلاك التنغستن أو أقطاب التنغستن ككاثودات لتوليد عدد كبير من الإلكترونات الساخنة من خلال التسخين بالمقاومة وتوفير تدفق ثابت للإلكترون. تشمل التطبيقات النموذجية معدات الطلاء بالتبخير لشعاع الإلكترون، وبنادق المجهر الإلكتروني الماسح، وما إلى ذلك. بعد التلميع، يتم تحسين انتظام توزيع التيار الأيوني على سطح قطب التنغستن عالي النقاء - بشكل كبير، ويتم التحكم في خطأ تفريغ القوس في نطاق صغير.

مصابيح تفريغ الغاز-عالية الكثافة: تُستخدم أقطاب التنغستن على نطاق واسع في مصابيح الزينون ومصابيح الزئبق ومصابيح تفريغ الغاز ذات الضغط العالي- نظرًا لمعدل التبخر المنخفض للغاية عند درجات الحرارة العالية. يتم استخدامها كمواد إلكترودات للحفاظ على خرج قوس ثابت وحزم عالية الكثافة-، وغالبًا ما يتم استخدامها في أجهزة العرض ومكبرات الصوت الضوئية ومشاهد الإضاءة- الأخرى عالية الجودة.

علم المعادن الخاص ونمو البلورات: في فرن الصهر بشعاع الإلكترون، يمكن استخدام أقطاب التنغستن لتحضير التيتانيوم والموليبدينوم عالي النقاء - والمعادن المقاومة للحرارة الأخرى. عند استخدام طريقة Czochralski لنمو السيليكون أحادي البلورية، يتم استخدام أقطاب التنغستن النقي كمصادر تسخين لتحمل تيارًا كبيرًا، مما يضمن درجة حرارة ذوبان موحدة ومستقرة ويضمن استقرار ونقاء عملية نمو البلورات.

رابعا. تطبيق أقطاب التنغستن في صناعة الطاقة الجديدة

لقد صاغت صناعة الطاقة الجديدة معايير واضحة للإدارة والتحكم فيما يتعلق بنظافة اللحام ونطاق إدخال الحرارة، وأصبحت أقطاب التنغستن هي الخيار الأمثل لعمليات إغلاق المواد خفيفة الوزن وتوصيلها.

معالجة أجزاء بطارية الطاقة: غلاف بطارية ألومنيوم مربع ملحوم محكم الغلق، وعمود محول ألومنيوم نحاسي- للبطارية، ومياه-قناة تدفق من الفولاذ المقاوم للصدأ لتبديد الحرارة، وغالبًا ما يستخدم التيار المتردد والتيار المباشر المزدوج-أقطاب اللانثانوم-لأغراض اللحام TIG، والتي يمكنها تضييق عرض المنطقة المتضررة بالحرارة-، واحتمال تشوه القشرة الرقيقة-.

مكونات خفيفة الوزن للنقل بالسكك الحديدية: مقاطع من سبائك الألومنيوم لجسم السيارة، وخطوط أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ داخل معدات تخزين الطاقة، ومكونات دعم موصلة، ويتم استخدام أقطاب الزركونيوم-التنغستن واللانثانم-التنغستن لإكمال معالجة اللحام المجزأ؛ يتم استخدام حالة عمل التيار المتردد لإزالة طبقة الأكسيد على سطح مقاطع الألمنيوم، ويتم استخدام حالة عمل التيار المستمر لإكمال لحام الأجزاء الحاملة لحمل الفولاذ المقاوم للصدأ -.

تصنيع أجزاء معدات الطاقة الهيدروجينية: تكون الألواح ثنائية القطب المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ لخلايا الوقود وخطوط الأنابيب المختومة من سبائك التيتانيوم ملحومة بشكل دقيق -بأقطاب تنغستن من السيريوم- ذات قطر دقيق، مع أكسدة أقل في طبقة اللحام البينية، ومعايير اختبار أداء صارمة للهواء-.

خامسا - تطبيق أقطاب التنغستن في معالجة الأجهزة الطبية وعناصر الاستشعار الدقيقة

تخضع معالجة الأجهزة الطبية وعناصر الاستشعار المصغرة لقيود صارمة على شوائب اللحام والمخلفات المشعة، وأصبحت أقطاب التنغستن الأرضية النادرة الحرة المشعة هي الاختيار السائد في هذا المجال.

لحام الأدوات المعدنية الطبية: يتم لحام الأدوات الجراحية المصنوعة من سبائك التيتانيوم والملحقات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والتي لا تتطلب تدخلًا جراحيًا طفيفًا والمكونات الصغيرة المزروعة من سبائك النيكل- باستخدام أقطاب التنغستن-التيار الكهربائي المنخفض من السيريوم-التنغستن أو اللانثانوم-، ويتم إدخال غاز خامل طوال العملية للحماية، ويتم إنشاء شوائب ضارة داخل اللحامات.

تعبئة معدات الكشف والاستشعار: غلاف مستشعر درجة الحرارة والضغط الدقيق -من الفولاذ المقاوم للصدأ، دعامة معدنية للأجهزة البصرية، محكمة الغلق ومعبأة بقوس كهربائي صغير من التنغستن -لحام البقعة القوسية، إدخال الحرارة القوسية ضمن نطاق يمكن التحكم فيه، المكونات الإلكترونية الدقيقة الداخلية الفعالة واحتمالية التلف الحراري.

سادسا. الاحتياطات اللازمة لاختيار قطب التنغستن

لاختيار أقطاب التنغستن في سيناريوهات المعالجة المختلفة، يمكن مطابقتها والرجوع إليها وفقًا لثلاثة شروط أساسية: المواد المعدنية الأساسية، وتيار اللحام، وظروف تشغيل الإنتاج.

معالجة المواد الأساسية: التنغستن النقي أو الزركونيوم-أقطاب التنغستن ذات تأثير تنظيف الكاثود مفضلة في سيناريوهات معالجة سبائك المغنيسيوم والألمنيوم-؛ بالنسبة للمواد الأساسية التي تتطلب اللحام بالتيار المستمر مثل الفولاذ الكربوني، والفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك التيتانيوم، يفضل استخدام أقطاب التنغستن السيريوم - التنغستن أو اللانثانوم - لتحقيق التوازن بين نظافة اللحام واستقرار التشكيل.

تيار الخرج لآلة اللحام: في حالة عمل التيار المتردد، يجب تفضيل القطب الكهربائي ذو الكروية الطبيعية والمناسب لتنظيف الكاثود؛ في ظل ظروف التيار المستمر، يجب التركيز على أقطاب التنغستن -السيريوم أو اللانثانم- ذات الأداء المستقر لانبعاث الإلكترون بعد التطعيم بالعناصر الأرضية النادرة لضمان استقرار ضوء القوس ودقة -بدء القوس الحالي المنخفض.

ظروف الإنتاج والتشغيل: يمكن استخدام أقطاب التنغستن-السيريوم في اللحام الدقيق للدفعات الصغيرة-على المدى القصير-؛ تمنح المعالجة المستمرة-المدى الطويل لخطوط الإنتاج الآلية الأولوية لاستخدام أقطاب اللانثانوم-التنغستن، والتي لا تأخذ في الاعتبار متطلبات حماية البيئة فحسب، بل تحقق أيضًا تحسين الكفاءة بشكل عام من خلال موازنة دورة استبدال القطب الكهربائي واللحامات.