Répertoire
Chapitre 1 : Présentation des électrodes de tungstène de cérium
1.1 Définition et histoire de l’électrode de tungstène de cérium
1.1.1 Composition chimique et concept de base de l’électrode de cérium et de tungstène
1.1.2 Découverte et mise au point d’électrodes de tungstène de cérium
1.1.3 Contexte de l’électrode de tungstène de cérium remplaçant l’électrode de tungstène de thorium
1.2 La position de l’électrode de cérium et de tungstène dans l’industrie du soudage
1.2.1 Comparaison de l’électrode de tungstène de cérium avec d’autres électrodes de tungstène
1.2.2 Aperçu du marché mondial et tendances de développement
Chapitre 2 : Classification des électrodes de tungstène de cérium
2.1 Classification en fonction de la teneur en oxyde de cérium
2.1.1 Caractéristiques et applications de l’électrode d’oxyde de cérium à 2 % (WC20)
2.1.2 Mise au point et application d’autres électrodes à contenu non standard
2.2 Classification par type de courant
2.2.1 Électrode de tungstène de cérium pour le soudage DC (DCEN/DCEP)
2.2.2 Électrode de tungstène de cérium pour le soudage AC
2.2.3 Analyse du rendement des électrodes à double usage CA et CC
2.3 Classification selon la forme et la taille
2.3.1 Électrode enrobée (spécifications de longueur et de diamètre standard)
2.3.2 Électrode à aiguille (pour le soudage de précision)
2.3.3 Électrodes de forme personnalisée (à des fins spéciales)
2.4 Classification par domaine d’application
2.4.1 Électrode de soudage à usage général
2.4.2 Électrodes de soudage de précision (microélectronique, dispositifs médicaux, etc.)
2.4.3 Électrodes de soudage à haute température et à charge élevée
2.5 Normes de classification et d’identification
2.5.1 Classification et échelles de couleurs dans les normes internationales (ISO 6848, AWS A5.12)
2.5.2 Classification et identification dans les normes nationales (GB/T 4192)
2.5.3 Spécifications relatives à l’emballage et à l’étiquetage des électrodes
Chapitre 3 : Caractéristiques des électrodes de tungstène de cérium
3.1 Caractéristiques physiques des électrodes de tungstène de cérium
3.1.1 Points de fusion et d’ébullition des électrodes de tungstène de cérium
3.1.2 Densité et duretés des électrodes de cérium et de tungstène
3.1.3 Coefficient de dilatation thermique et conductivité thermique des électrodes de tungstène de cérium
3.2 Propriétés chimiques des électrodes de cérium et de tungstène
3.2.1 Stabilité chimique de l’oxyde de cérium
3.2.2 Résistance à la corrosion des électrodes de tungstène de cérium
3.2.3 Comportement chimique des électrodes de cérium-tungstène dans des environnements à haute température
3.3 Caractéristiques électriques des électrodes de tungstène de cérium
3.3.1 Échappement d’électrons de l’électrode de cérium et de tungstène
3.3.2 Performances d’amorçage de l’arc et stabilité dimensionnelle de l’arc des électrodes cérium-tungstène
3.3.3 Capacité de transport de courant de l’électrode de tungstène de cérium
3.4 Propriétés mécaniques des électrodes de cérium et de tungstène
3.4.1 Ductilité et fragilité des électrodes de cérium-tungstène
3.4.2 Performance anti-usure des électrodes de cérium-tungstène
3.4.3 Taux de combustion de l’électrode de tungstène de cérium
3.5 Caractéristiques environnementales et de sécurité des électrodes de tungstène de cérium
3.5.1 Avantage non radioactif des électrodes de cérium-tungstène
3.5.2 Respect de l’environnement des électrodes de tungstène de cérium
3.5.3 Évaluation de la santé et de l’innocuité des électrodes de cérium-tungstène
3.6 CTIA GROUP LTD Électrode de tungstène en cérium Fiche signalétique
Chapitre 4 : Processus et technologie de préparation et de production de l’électrode de tungstène de cérium
4.1 Sélection des matières premières et prétraitement de l’électrode de cérium et de tungstène
4.1.1 Exigences en matière de pureté et de taille des particules de la poudre de tungstène
4.1.2 Contrôle de la source et de la qualité de l’oxyde de cérium
4.1.3 Sélection d’autres additifs
4.2 Procédé de métallurgie des poudres de l’électrode de tungstène de cérium
4.2.1 Processus de mélange et de dopage
4.2.2 Technologie de moulage par pressage
4.2.3 Procédé de frittage (frittage à haute température et contrôle de l’atmosphère)
4.3 Technologie de traitement ultérieur de l’électrode de tungstène de cérium
4.3.1 Processus de calandrage et d’étirage
4.3.2 Meulage, polissage et traitement de surface
4.3.3 Coupe et façonnage
4.4 Contrôle de la qualité et optimisation du processus des électrodes de tungstène de cérium
4.4.1 Contrôle de l’uniformité de la composition
4.4.2 Analyse de la microstructure (MEB, DRX, etc.)
4.4.3 Optimisation des paramètres du procédé
4.5 Technologie de production avancée de l’électrode de tungstène de cérium
4.5.1 Technologie de nanodopage
4.5.2 Technologie de frittage de plasma
4.5.3 Production intelligente et automatisation
Chapitre 5 : Utilisations des électrodes de tungstène de cérium
5.1 Applications de soudage des électrodes de cérium et de tungstène
5.1.1 Soudage TIG
5.1.2 Soudage à l’arc plasma
5.1.3 Soudage CC à faible courant (tuyaux, composants de précision, etc.)
5.2 Applications sans soudage des électrodes de cérium et de tungstène
5.2.1 Découpe au plasma
5.2.2 Soudure et revêtement
5.2.3 Autres applications de décharge à haute température
5.3 Industries d’application des électrodes de tungstène de cérium
5.3.1 Aérospatiale
5.3.2 Fabrication automobile
5.3.3 Énergie et produits chimiques
5.3.4 Fabrication d’instruments médicaux
5.4 Cas d’application spécial des électrodes de tungstène de cérium
5.4.1 Soudage de l’acier inoxydable et des alliages de titane
5.4.2 Soudure de composants microélectroniques
5.4.3 Soudage du faisceau de câbles à haute tension
Chapitre 6 : Équipement de production d’électrodes de tungstène de cérium
6.1 Équipement de traitement des matières premières pour les électrodes de tungstène de cérium
6.1.1 Équipement de broyage et de criblage de poudre de tungstène
6.1.2 Équipement de purification de l’oxyde de cérium
6.2 Équipement de métallurgie des poudres pour électrodes de cérium et de tungstène
6.2.1 Machine de mélange et équipement de dopage
6.2.2 Presse hydraulique et équipement de pressage isostatique
6.2.3 Four de frittage à haute température (four sous vide/atmosphère)
6.3 Équipement de traitement des électrodes de tungstène de cérium
6.3.1 Calandre et machine à dessiner
6.3.2 Meuleuses et polisseuses de précision
6.3.3 Équipement de coupe et de façonnage
6.4 Équipement d’essai et de contrôle de la qualité des électrodes de tungstène de cérium
6.4.1 Analyseurs de composition (ICP-MS, XRF, etc.)
6.4.2 Équipement de détection de microstructure (MEB, MET)
6.4.3 Équipement d’essai de performance (appareil d’essai de performance d’amorçage d’arc)
6.5 Automatisation et équipement intelligent pour les électrodes de tungstène de cérium
6.5.1 Robots industriels et lignes de production automatisées
6.5.2 Système de surveillance et d’acquisition de données en ligne
Chapitre 7 : Normes nationales et étrangères pour les électrodes de cérium et de tungstène
7.1 Norme internationale pour l’électrode de tungstène de cérium
7.1.1 ISO 6848 : Classification et exigences pour les électrodes en tungstène
7.1.2 AWS A5.12 : Spécifications de l’électrode de tungstène
7.1.3 EN 26848 : Norme européenne pour les électrodes en tungstène
7.2 Normes nationales pour les électrodes de cérium et de tungstène
7.2.1 GB/T 4192 : Conditions techniques pour les électrodes en tungstène
7.2.2 JB/T 12706 : Norme pour les électrodes en tungstène pour le soudage
7.2.3 Autres normes pertinentes de l’industrie
7.3 Comparaison et interprétation des électrodes de tungstène de cérium
7.3.1 Similitudes et différences entre les normes canadiennes et étrangères
7.3.2 L’importance directrice de la norme pour la production et l’application
7.4 Mise à jour de la norme et tendance de développement de l’électrode de tungstène de cérium
7.4.1 Incidence des technologies émergentes sur les normes
7.4.2 Modifications suggérées aux exigences en matière de protection de l’environnement et de sécurité
Chapitre 8 : Détection des électrodes de tungstène de cérium
8.1 Détection de la composition chimique des électrodes de tungstène de cérium
8.1.1 Analyse de la teneur en oxyde de cérium
8.1.2 Détection des éléments d’impuretés
8.1.3 Évaluation de l’uniformité
8.2 Propriétés physiques des électrodes de tungstène de cérium
8.2.1 Essai de densité et de dureté
8.2.2 Exactitude dimensionnelle et inspection de la qualité de surface
8.2.3 Essai de performance thermique
8.3 Détection des propriétés électriques de l’électrode de cérium et de tungstène
8.3.1 Mesure de la puissance d’échappement d’électrons
8.3.2 Essai d’amorçage d’arc et essai de performance dimensionnelle de l’arc
8.3.3 Test du taux d’épuisement professionnel
8.4 Détection de la microstructure de l’électrode de tungstène de cérium
8.4.1 Analyse de la taille et de la distribution des grains
8.4.2 Vérifier l’uniformité de la distribution de l’oxyde
8.4.3 Détection des défauts (fissures, pores, etc.)
8.5 Essais environnementaux et de sécurité des électrodes de cérium et de tungstène
8.5.1 Détection de la radioactivité
8.5.2 Évaluation des impacts environnementaux
8.5.3 Essais de santé et de sécurité au travail
8.6 Équipement et technologie d’essai des électrodes de tungstène de cérium
8.6.1 Introduction aux instruments d’essai courants
8.6.2 Technologies de détection émergentes (détection assistée par l’IA, etc.)
Chapitre 9 : Problèmes courants et solutions pour les utilisateurs d’électrodes de tungstène de cérium
9.1 Causes possibles de l’instabilité de l’arc des électrodes de tungstène de cérium
9.1.1 Forme incorrecte de la pointe de l’électrode
9.1.2 Les paramètres actuels ne correspondant pas
9.1.3 Problèmes d’écoulement ou de pureté des gaz de protection
9.1.4 Contamination ou oxydation des électrodes
9.2 Que dois-je faire si l’extrémité de l’électrode de tungstène en cérium brûle trop rapidement ?
9.2.1 Vérifier le type de courant et la polarité
9.2.2 Optimiser l’angle de meulage de la pointe
9.2.3 Régler le type et le débit du gaz de protection
9.2.4 Utiliser des électrodes à teneur en cérium plus élevée
9.3 Comment choisir la bonne teneur en cérium ?
9.3.1 Sélection en fonction du matériau de soudage (acier inoxydable, aluminium, etc.)
9.3.2 Sélectionner en fonction du type de courant et de l’intensité
9.3.3 Tenir compte de l’environnement de soudage et de la compatibilité de l’équipement
9.3.4 Équilibre entre le coût et le rendement
9.4 Contre-mesures pour la difficulté d’amorçage d’électrodes de cérium et de tungstène
9.4.1 Vérifier la propreté de la surface de l’électrode
9.4.2 Optimisation de la géométrie de la pointe
9.4.3 Réglage des paramètres de l’équipement de soudage (démarrage à l’arc à haute fréquence, etc.)
9.4.4 Remplacez l’électrode ou vérifiez la stabilité de l’alimentation électrique
9.5 Analyse du problème de l’utilisation mixte du bois de cérium et du bois de lanthane
9.5.1 Effets du mixage sur le rendement
9.5.2 Problèmes d’instabilité de l’arc pouvant être causés par le mélange
9.5.3 Identification et suggestions de gestion lors du mélange
9.5.4 Sélection d’électrodes recommandées et solutions de rechange
Chapitre 10 : Tendance de développement futur de l’électrode de tungstène de cérium
10.1 Innovation technologique des électrodes de tungstène de cérium
10.1.1 Nouveaux matériaux et procédés dopés
10.1.2 Fabrication intelligente et écologique
10.1.3 Recherche et développement d’électrodes à haute performance
10.2 Expansion de l’application des électrodes de tungstène de cérium
10.2.1 Demande des industries émergentes (nouvelles énergies, semi-conducteurs et autres)
10.2.2 Microsoudure et technologie de soudage ultra-précision
10.3 Marché et politique des électrodes de tungstène de cérium
10.3.1 Prévisions de la demande du marché mondial
10.3.2 L’impact des politiques de protection de l’environnement sur l’industrie
10.3.3 Tendances du commerce international et de la chaîne d’approvisionnement
Annexe
- Glossaire
- Références
Chapitre 1 : Vue d’ensemble des électrodes de tungstène de cérium
1.1 Définition et histoire de l’électrode de tungstène de cérium
1.1.1 Composition chimique et concept de base de l’électrode cérium-tungstène
L’électrode de tungstène de cérium est un matériau d’électrode spécialement utilisé dans le soudage sous protection gazeuse inerte au tungstène (soudage TIG) et d’autres procédés de soudage similaires, et son composant principal est une petite quantité d’oxyde de cérium (CeO₂) dopée dans une matrice de tungstène (W). En tant que métal de transition avec un point de fusion élevé (3422°C) et une densité élevée (19,25 g/cm³), le tungstène est un choix idéal pour les matériaux d’électrode en raison de son excellente résistance aux hautes températures et de sa conductivité. Cependant, les électrodes en tungstène pur présentent des problèmes tels que la difficulté à former des arcs, une stabilité insuffisante de la colonne d’arc et un taux de combustion élevé pendant le soudage. Pour améliorer ces propriétés, les scientifiques optimisent le travail d’échappement des électrons en ajoutant des oxydes de terres rares à la matrice de tungstène, améliorant ainsi les performances de soudage. Les électrodes cérium-tungstène contiennent généralement 2 % ~ 4 % d’oxyde de cérium, ce qui s’est avéré optimal dans les applications pratiques, améliorant considérablement les performances d’initiation de l’arc, la stabilité de la colonne et la durabilité de l’électrode.
En tant qu’oxyde de terres rares, l’oxyde de cérium a un faible travail d’échappement d’électrons (environ 2,5 eV, contre 4,5 eV pour le tungstène pur), ce qui signifie que les électrons sont plus susceptibles de s’échapper de la surface de l’électrode, ce qui réduit la tension requise pour l’arc électrique et améliore la stabilité de l’arc. En termes de composition chimique, le rapport typique des électrodes de cérium et de tungstène est de 96 % 98 %, l’oxyde de cérium représente 2 % et 4 % et peut contenir des traces d’autres impuretés (telles que le fer, le silicium, etc.), qui sont généralement contrôlées à des niveaux extrêmement faibles par des processus de production de haute pureté pour assurer la stabilité des performances des électrodes. Le processus de fabrication des électrodes en cérium et en tungstène utilise généralement la technologie de la métallurgie des poudres, où la poudre d’oxyde de cérium est mélangée à de la poudre de tungstène pour former des tiges d’électrode d’un diamètre allant de 0,25 mm à 6,4 mm et d’une longueur de 75 mm à 600 mm par pressage, frittage et traitement sous pression. Les spécifications courantes incluent des diamètres de 1,0 mm, 1,6 mm, 2,4 mm et 3,2 mm, qui peuvent répondre aux besoins de différents scénarios de soudage.
Les propriétés physiques des électrodes cérium-tungstène méritent également une attention particulière. Sa densité est proche de celle du tungstène pur, environ 19,2 g/cm³, et la surface est généralement blanc grisâtre ou métallique. En raison de l’ajout d’oxyde de cérium, l’électrode présente une meilleure résistance à l’épuisement à haute température, en particulier dans le soudage CC à faible courant, ce qui peut maintenir la stabilité de la pointe de l’électrode et réduire les pertes d’électrode causées par l’ablation à haute température. De plus, les électrodes en cérium et tungstène ne contiennent pas de matériaux radioactifs, ce qui en fait un matériau d’électrode vert et respectueux de l’environnement, largement utilisé dans des scénarios industriels avec des exigences élevées en matière de santé et d’environnement.
D’un point de vue microscopique, la distribution de l’oxyde de cérium dans la matrice de tungstène a un impact important sur les performances de l’électrode. Les particules d’oxyde de cérium sont généralement réparties à la limite des grains de tungstène en microns, ce qui peut réduire efficacement la température de recristallisation du bois, améliorant ainsi la résistance au fluage et la résistance mécanique de l’électrode. Pendant le processus de soudage, les particules d’oxyde de cérium peuvent également favoriser l’émission thermoïonique, améliorant encore la stabilité de l’arc. Par rapport à d’autres électrodes dopées (telles que les électrodes au thorium-tungstène), les électrodes en cérium-tungstène ont des propriétés exceptionnelles d’amorçage d’arc dans des conditions de faible courant, ce qui en fait le matériau privilégié pour le soudage de tuyaux ferroviaires et le soudage de composants délicats.
Le concept de base des électrodes en cérium-tungstène comprend également leur aptitude à différentes conditions de soudage. Dans le soudage direct à courant continu (DCSP), les électrodes cérium-tungstène permettent un arc stable à des courants plus faibles, ce qui les rend adaptés au soudage de matériaux tels que l’acier au carbone, l’acier inoxydable et les alliages de titane. Dans le soudage à courant alternatif (CA), bien que ses performances soient légèrement inférieures à celles des électrodes en tungstène thorium, de bons résultats de soudage peuvent toujours être obtenus en optimisant les paramètres de soudage tels que la taille du courant et la forme de la pointe de l’électrode. La géométrie de la pointe de l’électrode a également un impact significatif sur les performances de soudage. Dans le soudage DC, la pointe de l’électrode doit généralement être rectifiée à un angle de cône de 30° ~ 60° pour concentrer l’énergie de l’arc ; Dans le soudage AC, la pointe de l’électrode formera naturellement une forme hémisphérique, ce qui aide à disperser l’arc et convient au soudage de métaux légers tels que l’aluminium et le magnésium.
1.1.2 Découverte et développement d’électrodes de tungstène de cérium
La découverte et le développement des électrodes cérium-tungstène sont étroitement liés à l’évolution des électrodes de tungstène dans l’industrie du soudage. La recherche sur les électrodes en tungstène a commencé au début du 20e siècle, lorsque la technologie de soudage TIG a progressivement émergé, et le tungstène a été choisi comme matériau d’électrode en raison de son point de fusion élevé et de sa résistance aux températures élevées. Cependant, les électrodes en tungstène pur présentent des problèmes d’initiation et d’instabilité de l’arc dans des applications pratiques, ce qui a incité les chercheurs à explorer l’amélioration de leurs performances en dotant les oxydes de terres rares. Les premières électrodes en tungstène étaient principalement des électrodes en tungstène thorium, qui ont été largement utilisées des années 50 aux années 80 du 20e siècle en raison de leurs excellentes propriétés de soudage. Cependant, le thorium (Th) est un élément radioactif, et son oxyde de thorium (ThO₂) émet des quantités infimes de rayonnement (la dose de rayonnement est d’environ 3,60×10⁵ Curie/kg) lors de la fabrication et de l’utilisation des électrodes, ce qui constitue une menace potentielle pour la santé humaine et l’environnement. Ce problème a favorisé la recherche et le développement de matériaux d’électrodes non radioactifs, et c’est dans ce contexte que des électrodes en cérium-tungstène ont émergé.
La recherche et le développement d’électrodes en cérium et en tungstène ont commencé dans les années 80 du 20e siècle et ont été proposés à l’origine par des institutions de recherche sur les matériaux de soudage en Europe et aux États-Unis. Les chercheurs ont découvert que l’oxyde de cérium, en tant qu’oxyde de terres rares non radioactif, peut réduire considérablement le travail d’échappement des électrons des électrodes de tungstène, améliorant ainsi les performances de l’arc électrique. Au milieu des années 1980, le premier lot d’électrodes de tungstène de cérium contenant 2 % ~ 4 % d’oxyde de cérium a commencé à entrer sur le marché et a été principalement utilisé dans les expériences de soudage à courant continu à ses débuts. Par rapport aux électrodes en tungstène thorium, les électrodes en tungstène en cérium ont de meilleures performances d’arc dans des conditions de faible courant et sans risque de rayonnement, ce qui a rapidement attiré l’attention de l’industrie du soudage.
Dans les années 1990, avec l’application généralisée du soudage TIG et de la technologie de soudage à l’arc plasma, le développement de l’électrode de cérium et de tungstène est entré dans une phase de développement rapide. L’amélioration du processus de production a rendu la distribution de l’oxyde de cérium dans la matrice de tungstène plus uniforme et la stabilité des performances de l’électrode ont été considérablement améliorées. Par exemple, en optimisant le processus de métallurgie des poudres, les fabricants peuvent contrôler avec précision la teneur en oxyde de cérium et la taille des particules, améliorant ainsi la durabilité et la qualité de soudure des électrodes. De plus, les électrodes en cérium-tungstène sont relativement peu coûteuses à produire, ce qui leur donne un avantage compétitif en termes d’économie. À la fin des années 1990, les électrodes en cérium et en tungstène ont commencé à remplacer les électrodes en thorium-tungstène, en particulier dans les régions où les exigences en matière de protection de l’environnement et de sécurité sont élevées, comme l’Europe et l’Amérique du Nord.
Au 21e siècle, le champ d’application des électrodes en cérium et tungstène a été encore élargi. En tant que pays possédant les ressources en bois les plus riches au monde (représentant plus de 60 % des réserves mondiales de bois), la Chine a joué un rôle important dans la recherche, le développement et la production d’électrodes de bois en cérumum. Au début des années 2000, l’Association chinoise de l’industrie du tungstène et les entreprises associées ont imposé la norme nationale « Électrodes de tungstène pour le soudage à l’arc et le soudage et le coupage au plasma » (GB/T 31908-2015), qui a normalisé la production et le contrôle de la qualité des électrodes de tungstène en cérium. Depuis 2005, la production d’électrodes de tungstène de cérium en Chine a considérablement augmenté, atteignant 1 200 tonnes en 2009, représentant environ 75 % de la production mondiale d’électrodes de cérium. Au cours de cette période, les électrodes en cérium et tungstène ont commencé à être largement utilisées dans le soudage de pipelines ferroviaires, la fabrication de composants aérospatiaux et le soudage d’instruments de précision.
Ces dernières années, avec le concept de fabrication verte et de développement durable, les électrodes en cérium et tungstène ont encore renforcé leur position sur le marché en raison de leur absence de rayonnement et de leur faible impact environnemental. Les principaux fabricants d’équipements de soudage du monde entier ont commencé à recommander les électrodes en cérium et en tungstène comme alternative aux électrodes au thorium-tungstène. Dans le même temps, l’introduction de nouvelles technologies de fabrication (telles que le dopage à l’oxyde de cérium à l’échelle nanométrique) a encore amélioré les performances des électrodes de cérium et de tungstène, ce qui les rend plus largement utilisés dans le soudage de haute précision et les équipements de soudage automatisés.
1.1.3 Contexte de l’électrode de tungstène de cérium remplaçant l’électrode de tungstène de thorium
En tant que matériau d’électrode principal dans l’industrie du soudage au 20e siècle, l’électrode de tungstène au thorium a été largement utilisée en raison de ses excellentes performances de soudage. L’électrode de tungstène au thorium réduit considérablement le travail d’échappement d’électrons (environ 2,7 eV) en dotant la matrice de tungstène avec de l’oxyde de thorium (ThO₂) à 2 % ~ 3 %, ce qui lui permet de bien fonctionner dans le soudage DC et AC. Cependant, la radioactivité du thorium est progressivement devenue un obstacle majeur à son application. L’oxyde de thorium émet des traces de rayonnement pendant le meulage des électrodes, le soudage et l’élimination, et malgré la faible dose α de rayonnement (environ 3,60×10 Curie/kg), une exposition à long terme peut présenter des risques pour la santé des soudeurs, tels qu’un risque accumulé de cancer. De plus, l’élimination des déchets d’électrodes de tungstène au thorium nécessite des mesures spéciales (telles que l’enfouissement profond ou le stockage hermétique), une augmentation des coûts d’utilisation et des charges environnementales.
Dans les années 1970, la communauté internationale réglemente de plus en plus strictement les matières radioactives. Par exemple, la Commission internationale de protection contre les radiations (CIPR) a émis des recommandations restrictives sur l’exposition professionnelle aux rayonnements, ce qui a poussé l’industrie du soudage à trouver des alternatives non radioactives. Les électrodes en cérium-tungstène sont l’une des alternatives les plus souhaitables en raison de leurs propriétés sans rayonnement, de leurs excellentes propriétés d’arc et de leur faible taux de rodage. Par rapport aux électrodes en tungstène au thorium, les électrodes en tungstène en cérium ont une tension de démarrage d’arc plus faible et une densité de courant plus élevée dans le soudage direct CC, particulièrement adaptée aux scénarios de soudage à faible courant. De plus, le processus de production de l’électrode de cérium en tungstène est relativement simple et le coût est inférieur, ce qui accélère encore sa promotion.
Le processus de remplacement des électrodes en thorium et en tungstène ne se fait pas du jour au lendemain. Dans les années 1990, les électrodes en tungstène thorium étaient encore privilégiées par de nombreux soudeurs et entreprises traditionnelles en raison de leur stabilité et de leur facilité d’utilisation à des courants de charge élevés. En particulier dans les pays en développement, l’utilisation d’électrodes de tungstène au thorium est élevée en raison d’une compréhension insuffisante des risques liés aux rayonnements. Cependant, avec l’amélioration des réglementations environnementales et les progrès de la technologie de soudage, les électrodes en cérium et tungstène ont progressivement occupé une position dominante sur le marché. Au début des années 2000, l’European Welding Society et l’American Welding Society (AWS) ont publié des directives recommandant l’utilisation d’électrodes cérium-tungstène et lanthane-tungstène comme alternatives aux électrodes thorium-tungstène. La Chine a également considérablement augmenté la proportion d’électrodes de tungstène de cérium dans la production d’électrodes de tungstène après 2005.
Le contexte de remplacement est également lié à la distribution mondiale des ressources en bois et à la demande du marché. En tant que plus grand producteur mondial de tungstène, la Chine dispose d’abondantes ressources en cérium (les réserves de terres rares représentent plus de 30 % de la production mondiale), ce qui garantit les matières premières pour la production à grande échelle d’électrodes de tungstène en cérum. En revanche, les ressources en thorium sont rares et les coûts d’extraction et de traitement sont élevés, ce qui favorise davantage la compétitivité du marché des électrodes de cérium et de tungstène.
1.2 La position de l’électrode de tungstène de cérium dans l’industrie du soudage
1.2.1 Comparaison de l’électrode de tungstène de cérium avec d’autres électrodes de tungstène
La position des électrodes de tungstène de cérium dans l’industrie du soudage est étroitement liée à leurs différences de performances avec d’autres types d’électrodes de tungstène, telles que le bois de thorium, le bois de lanthane, le bois de zirconium, le bois d’yttrium et les électrodes de bois pur. Ce qui suit est une comparaison détaillée des électrodes de cérium et de tungstène avec d’autres électrodes de plusieurs dimensions :
Performances d’initiation d’arc : Les électrodes en cérium-tungstène présentent d’excellentes propriétés actuelles d’initiation d’arc dans le soudage CC à faible, avec une tension d’initiation d’arc inférieure à celle des électrodes en tungstène pur et des électrodes en tungstène thorium. Cela est dû au faible fonctionnement d’échappement des électrons de l’oxyde de cérium, ce qui facilite l’échappement des électrons de la surface de l’électrode. En revanche, les électrodes en tungstène thorium offrent des performances d’arc plus stables à des courants élevés, mais leurs problèmes de rayonnement limitent leurs applications. Les performances de l’arc électrique de l’ électrode de tungstène de lanthane (contenant 1,5 % ~ 2 % d’oxyde de lanthane) sont similaires à celles de l’électrode de tungstène de cérium, mais légèrement inférieures dans le soudage AC. Les électrodes en zirconium et en tungstène et les électrodes en tungstène pur conviennent principalement au soudage AC et ont de mauvaises performances d’arc électrique.
Stabilité de l’arc : les électrodes en bois cérium peuvent maintenir un arc stable dans le soudage direct en courant continu, en particulier dans des conditions de faible courant (10 ~ 50 A), avec moins de gigue d’arc, adapté au soudage de précision. L’électrode de tungstène au thorium a une meilleure stabilité de l’arc à courant élevé (>100 A), mais son taux de combustion est plus élevé. Les électrodes en tungstène au lanthane présentent une bonne stabilité d’arc dans le soudage DC et AC, et leur durabilité est meilleure que celle des électrodes en tungstène cérium. L’électrode de tungstène en zirconium est stable à l’arc dans le soudage AC et convient au soudage en alliage d’aluminium et de magnésium, mais pas au soudage DC.
Taux de combustion : Le taux de combustion des électrodes de tungstène de cérium est inférieur à celui des électrodes de tungstène de thorium dans le soudage à courant continu, et la durée de vie de l’électrode est plus longue. Dans le soudage AC, le taux de combustion de l’électrode de tungstène de cérium est légèrement supérieur à celui de l’électrode de tungstène de thorium, mais il peut être contrôlé efficacement en optimisant les paramètres de soudage. Les électrodes en tungstène lanthane ont le taux de combustion le plus bas, en particulier dans des conditions de courant élevé. Le taux de combustion élevé de l’ électrode de tungstène pur et de l’électrode de tungstène de zirconium limite leur application dans des scénarios de charge élevée.
Matériaux applicables : Les électrodes de tungstène de cérium adaptées au CC de l’acier au carbone, de l’acier inoxydable, des alliages de titane et des alliages de nickel, en particulier dans les tuyaux de rail et le soudage de plaques minces. Les électrodes en tungstène thorium conviennent également à ces matériaux, mais sont plus avantageuses aux courants de charge élevés. Les électrodes en tungstène de lanthane conviennent à la fois au soudage DC et AC, ce qui les rend adaptés à une large gamme de matériaux. Les électrodes en zirconium et en tungstène et les électrodes en tungstène pur sont principalement utilisées pour le soudage AC de l’aluminium, du magnésium et de leurs alliages. Les électrodes en tungstène d’yttrium sont principalement utilisées pour le soudage spécial dans les domaines militaire et aérospatial en raison de leurs caractéristiques de profondeur de pénétration élevée.
Environnement et sécurité : Les électrodes en cérium-tungstène et les électrodes en tungstène lanthane présentent des avantages significatifs en raison de leur nature non radioactive et sont considérées comme des matériaux verts et respectueux de l’environnement. Les électrodes en tungstène thorium ont subi un traitement spécial (tel que le stockage fermé et le meulage étanche à la poussière) en raison des problèmes de rayonnement, ce qui augmente le coût d’utilisation. Les électrodes en zirconium et en tungstène pur n’ont pas de problèmes de rayonnement, mais leurs limites de performance rendent leur champ d’application étroit.
et disponibilité : Le coût de production des électrodes de cérium est inférieur à celui des électrodes de tungstène de thorium, et les ressources de cérium sont abondantes et l’offre du marché est stable. Les électrodes en tungstène au lanthane coûtent un peu plus cher que les électrodes en tungstène au cérium, mais leurs excellentes propriétés leur ont donné une place sur le marché haut de gamme. Le coût des électrodes de thorium et de tungstène augmente progressivement en raison de la rareté des ressources en thorium et des exigences de protection de l’environnement. Les électrodes en zirconium et en tungstène et les électrodes en tungstène pur ont des coûts inférieurs mais des scénarios d’application limités.
Un célèbre test de 1998 a comparé les performances d’électrodes de tungstène à 2 % de thorium, d’électrodes de tungstène à 2 % de cérium et d’électrodes de tungstène à 1,5 % de lanthane dans des soudures de 70 A et 150 A CC. Les résultats ont montré que les performances d’arc électrique et le taux de rodage des électrodes cérium-tungstène étaient meilleurs que ceux des électrodes thorium-tungstène à faible courant, tandis que les électrodes de tungstène lanthane fonctionnaient bien dans les deux conditions actuelles. Ce test fournit une base importante pour la vulgarisation des électrodes en cérium et tungstène.
1.2.2 Vue d’ensemble du marché mondial et tendances de développement
Les électrodes en cérium et tungstène consolident de plus en plus leur position sur le marché mondial du soudage, et leur demande sur le marché est étroitement liée à la popularité du soudage TIG et du soudage à l’arc plasma. La taille du marché mondial des électrodes en tungstène n’a cessé de croître au cours de la dernière décennie, avec une consommation totale d’environ 1 600 tonnes en 2020, dont les électrodes en cérium et tungstène représentent environ 30 % ~ 40 % de la part de marché. En tant que plus grand producteur mondial d’électrodes de tungstène, la Chine représente plus de 75 % de la production annuelle mondiale, dont la production et l’exportation d’électrodes de tungstène en cérium continuent de croître. En 2009, la production d’électrodes de tungstène de la Chine a atteint 1 200 tonnes, et l’électrode de tungstène en cérium était dominante.
Moteurs du marché :
Demande environnementale : La demande mondiale de fabrication écologique et de matériaux sans rayonnement a stimulé la popularité des électrodes de cérium et de tungstène. Des réglementations environnementales strictes dans les pays européens et américains (telles que la directive RoHS de l’UE) limitent l’utilisation d’électrodes en thorium et en tungstène, et les électrodes en cérium et tungstène sont devenues les principales alternatives.
Avancées technologiques : Le développement d’équipements de soudage automatisés et de techniques de soudage de précision a augmenté la demande d’électrodes haute performance. Les excellentes performances des électrodes de cérium et de tungstène dans le soudage orbital des pipelines et le soudage robotisé ont permis à sa part de marché de continuer à augmenter.
Avantage en termes de coûts : Le coût de production des électrodes de bois de cérium est inférieur à celui des électrodes de bois de cérium de thorium, et les abondantes ressources de cérium de la Chine réduisent les coûts des matières premières, ce qui les rend plus compétitifs sur les marchés sensibles aux prix tels que l’Asie du Sud-Est et l’Amérique du Sud.
Applications industrielles élargies : Les électrodes en cérium et tungstène sont de plus en plus utilisées dans les industries de l’aérospatiale, de la construction automobile, de la pétrochimie et de la construction navale. Par exemple, dans le secteur aérospatial, les électrodes de cérium et de tungstène sont utilisées pour le soudage de précision des alliages de titane et de nickel ; Dans le domaine pétrochimique, son faible taux de perte par combustion et sa grande stabilité dans le soudage des pipelines sont favorisés.
Analyse du marché régional :
Chine : En tant que centre mondial de production et de consommation d’électrodes de tungstène, la production d’électrodes de tungstène en cérium de la Chine a connu une croissance rapide depuis 2005. La dépendance du marché intérieur à l’égard des électrodes en tungstène au thorium a progressivement diminué et les électrodes en tungstène en cérium sont devenues le courant dominant.
Amérique du Nord : La demande d’électrodes en cérium-tungstène sur le marché américain du soudage ne cesse de croître, principalement pour le soudage de l’acier inoxydable et des alliages de titane. Des entreprises telles que Lincoln Electric promeuvent activement les électrodes en cérium-tungstène pour répondre aux exigences environnementales.
Europe : L’Association européenne de soudage joue d’une grande reconnaissance pour les électrodes en cérum-tungstène, en particulier dans les grandes puissances manufacturières telles que l’Allemagne et la Suède, où les électrodes en cérum-tungstène sont largement utilisées dans les industries de l’automobile et de l’aviation.
Asie-Pacifique (hors Chine) : Le marché du soudage en Inde, en Corée du Sud et au Japon une croissance rapide, et les électrodes en cérium-tungstène sont privilégiées par les petites et moyennes entreprises en raison de leur faible coût et de leurs hautes performances.
Autres régions : L’industrie pétrolière et gazière d’Amérique du Sud et du Moyen-Orient continue d’augmenter la demande d’électrodes en cérium-tungstène, en particulier dans le soudage de pipelines.
Tendance de développement :
Applications nanotechnologiques : En dotant des particules d’oxyde de cérium à l’échelle nanométrique dans une matrice de tungstène, les performances de l’électrode sont encore optimisées, ce qui se traduit par une tension d’arc plus faible et une durée de vie plus longue.
Fabrication intelligente : Avec les progrès de l’industrie 4.0, le processus de production des électrodes de cérium et de tungstène a progressivement introduit des équipements de surveillance et d’automatisation intelligentes, améliorant la qualité et la cohérence des produits.
Applications diversifiées : L’application des électrodes de tungstène en cérium s’étend du soudage TIG traditionnel à la découpe plasma, à la pulvérisation et à la fusion, avec un énorme potentiel de marché.
Mise à niveau des normes environnementales : Les restrictions mondiales sur l’utilisation de matières radioactives augmenteront davantage la part de marché des électrodes de cérium et de tungstène, qui devrait représenter plus de 50 % du marché mondial d’ici 2030.
Défi:
Connaissance du marché : Dans certains pays en développement, les soudeurs ne sont pas conscients des risques de rayonnement des électrodes de tungstène de thorium, ce qui ralentit la promotion des électrodes de tungstène de cérium.
Barrières techniques : Les applications de soudage haut de gamme (telles que l’aérospatiale) ont nécessairement des performances d’électrode extrêmement élevées et doivent être optimisées pour répondre à ces exigences.
Pression concurrentielle : Les électrodes de tungstène au lanthane forment une certaine concurrence pour les électrodes de tungstène en cérium en raison de leurs excellentes performances dans des conditions de courant élevé, en particulier sur le marché européen.
EN SAVOIR PLUS: Encyclopédie de l’électrode de tungstène de cérium
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