Répertoire
Chapitre 1 Introduction
1.1 Définition et aperçu de l’électrode de tungstène au thorium
1.2 L’importance de l’électrode de tungstène au thorium dans l’industrie du soudage
1.3 Contexte de la recherche et de l’application
Chapitre 2 Types d’électrode de tungstène au thorium
2.1 Les électrodes de tungstène de thorium sont classées en fonction de leur teneur en oxyde de thorium
2.1.1 WT10 (peinture jaune)
2.1.2 WT20 (peinture rouge)
2.1.3 WT30 (peinture violette)
2.1.4 WT40 (peinture orange)
2.2 Les électrodes de tungstène au thorium sont classées selon les scénarios d’application
2.2.1 Électrode de tungstène au thorium pour le soudage DC
2.2.2 Électrode de tungstène au thorium pour le soudage AC (scène spéciale)
2.3 Comparaison de l’électrode de tungstène au thorium avec d’autres électrodes de tungstène
2.3.1 Électrode de tungstène pur
2.3.2 Électrode de tungstène de cérium
2.3.3 Électrode de tungstène de lanthane
2.3.4 Électrode de tungstène de zirconium
2.3.5 Électrode de tungstène d’yttrium
Chapitre 3 Caractéristiques de l’électrode de tungstène au thorium
3.1 Propriétés physiques de l’électrode de tungstène de thorium
3.1.1 Point de fusion élevé et stabilité thermique de l’électrode de tungstène de thorium
3.1.2 Travail électronique de l’électrode de tungstène de thorium
3.1.3 Conductivité et propriétés mécaniques de l’électrode de tungstène au thorium
3.2 Propriétés chimiques de l’électrode de tungstène de thorium
3.2.1 Résistance à l’oxydation de l’électrode de tungstène de thorium
3.2.2 Stabilité chimique de l’électrode de tungstène au thorium
3.3 Performances de soudage de l’électrode de tungstène de thorium
3.3.1 Performances d’amorçage d’arc de l’électrode de tungstène de thorium
3.3.2 Stabilité de l’arc de l’électrode de tungstène au thorium
3.3.3 Taux de combustion de l’électrode de thorium et de tungstène
3.3.4 Rendement de l’électrode de tungstène de thorium à des courants de charge élevés
3.4 Propriétés radioactives de l’électrode de tungstène de thorium
3.4.1 Radioactivité à l’état de traces de l’oxyde de thorium
3.4.2 Impacts sur la santé et l’environnement
3.4.3 Comparaison de l’électrode de tungstène au thorium avec l’électrode non radioactive
3.5 Électrode de tungstène au thorium de la marque CTIA GROUP LTD
Chapitre 4 Technologie de préparation et de production de l’électrode de tungstène de thorium
4.1 Préparation des matières premières pour l’électrode de tungstène de thorium
4.1.1 Sélection et purification de la poudre de tungstène
4.1.2 Procédé de dopage à l’oxyde de thorium
4.2 Procédé de métallurgie des poudres de l’électrode de tungstène de thorium
4.2.1 Mélange et pressage
4.2.2 Processus de frittage
4.2.3 Traitement thermique et contrôle du grain
4.3 Processus de laminage et de broyage de l’électrode de tungstène de thorium
4.3.1 Mise en forme des tiges d’électrodes
4.3.2 Polissage de surface et contrôle de précision
4.4 Contrôle de la qualité de l’électrode de tungstène de thorium
4.4.1 Essais d’uniformité des ingrédients
4.4.2 Inspection de la qualité dimensionnelle et de la qualité de surface
4.5 Prévention et contrôle de la contamination radioactive de l’électrode de thorium et de tungstène
4.5.1 Gestion des déchets radioactifs dans le processus de production
4.5.2 Mesures de protection et exigences relatives à l’équipement
4.5.3 Traitement des eaux usées et des déchets solides
Chapitre 5 Utilisations de l’électrode de tungstène au thorium
5.1 Application de l’électrode de tungstène de thorium dans le domaine du soudage
5.1.1 Soudage au gaz inerte (TIG) au tungstène
5.1.2 Soudage au plasma
5.1.3 Soudage à l’anode CC (acier au carbone, acier inoxydable, alliage de nickel, alliage de titane, etc.)
5.2 Application de l’électrode de tungstène de thorium dans d’autres industries
5.2.1 Matériaux de cathode dans l’électronique du vide
5.2.2 Coupage de l’arc et amorçage de l’arc
5.3 Limites des scénarios d’application de l’électrode de tungstène de thorium
5.3.1 Scénarios d’utilisation radioactive
5.3.2 Tendances d’application des électrodes alternatives
Chapitre 6 Équipement de production d’électrode de tungstène de thorium
6.1 Équipement de traitement des matières premières pour l’électrode de tungstène de thorium
6.1.1 Équipement de broyage et de criblage de poudre de tungstène
6.1.2 Équipement de dopage à l’oxyde de thorium
6.2 Équipement de métallurgie des poudres pour électrode de tungstène de thorium
6.2.1 Mélangeurs
6.2.2 Presses
6.2.3 Four de frittage à haute température
6.3 Équipement de formage et de traitement de l’électrode de tungstène de thorium
6.3.1 Calandres
6.3.2 Équipement de meulage et de polissage
6.4 Équipement de radioprotection pour électrode de tungstène de thorium
6.4.1 Broyeur spécial et système de dépoussiérage
6.4.2 Enceintes et équipement de ventilation
6.4.3 Équipement de stockage des déchets radioactifs
6.5 Équipement d’essai de l’électrode de tungstène au thorium
6.5.1 Détecteur de débit de dose de rayonnement X-γ
6.5.2 Détecteur de contamination de surface α, β
Chapitre 7 Normes nationales et étrangères pour l’électrode de tungstène de thorium
7.1 Normes internationales pour l’électrode de tungstène au thorium
7.1.1 ISO 6848:2015 (Classification et exigences pour l’électrode de tungstène)
7.1.2 AWS A5.12/A5.12M (spécification de l’électrode de tungstène de l’American Welding Institute)
7.1.3 EN 26848 (norme européenne pour l’électrode de tungstène)
7.2 Normes nationales pour l’électrode de tungstène au thorium
7.2.1 GB/T 4187-2017 (Norme nationale pour l’électrode de tungstène)
7.2.2 GB 18871-2002 (Norme de base pour la protection contre les rayonnements ionisants et la sécurité des sources de rayonnement)
7.2.3 Mesures de surveillance des rayonnements dans l’environnement et divulgation d’information des entreprises pour la mise au point et l’utilisation de minéraux radioactifs associés (pour la mise en œuvre à titre expérimental)
7.3 Normes de sûreté radioactives pour l’électrode de tungstène au thorium
7.3.1 Concentration d’activité exemptée de thorium 232 (1 Bq/g)
7.3.2 Exigences de protection lors de la production et de l’utilisation
Chapitre 8 Méthodes de détection de l’électrode de tungstène de thorium
8.1 Détection de la composition chimique de l’électrode de tungstène de thorium
8.1.1 Analyse de la teneur en oxyde de thorium
8.1.2 Détection de la teneur en impuretés
8.2 Essai des propriétés physiques de l’électrode de tungstène de thorium
8.2.1 Essais de densité et de dureté
8.2.2 Analyse de la structure des grains
8.3 Détection de la radioactivité de l’électrode de tungstène de thorium
8.3.1 Détection du débit de dose de rayonnement X-γ
8.3.2 Détection de la contamination de surface α, β
8.3.3 Surveillance des rayonnements dans l’environnement
8.4 Test de performance de soudage de l’électrode de tungstène de thorium
8.4.1 Essai de performance de l’arc
8.4.2 Essai de stabilité de l’arc et de vitesse de combustion
8.5 Équipement d’essai et étalonnage de l’électrode de tungstène au thorium
8.5.1 Exigences d’étalonnage des instruments d’essai
8.5.2 Environnement d’essai et spécifications de fonctionnement
Chapitre 9 : Avantages et inconvénients de l’électrode de tungstène au thorium
9.1 Avantages de l’électrode de tungstène au thorium
9.1.1 Excellentes performances de soudage
9.1.2 Résistance aux hautes températures et résistance à l’usure
9.2 Inconvénients de l’électrode de tungstène au thorium
9.2.1 Risque de contamination radioactive
9.2.2 Impacts sur l’environnement et la santé
Chapitre 10 Stockage, transport et gestion de la sécurité de l’électrode de tungstène au thorium
10.1 Exigences relatives à l’environnement et à l’état de stockage
10.2 Normes d’emballage et mesures de protection
10.3 Précautions de sécurité pendant le transport
10.4 Pratiques de gestion de la sûreté des matières radioactives
10.5 Gestion des situations d’urgence et prévention des accidents
Chapitre 11 : Tendances et défis futurs du développement de l’électrode de thorium et de tungstène
11.1 Progrès de la recherche et du développement de matériaux de remplacement pour l’électrode de thorium et de tungstène
11.2 Protection de l’environnement et pression de sécurité radiologique
11.3 Nouveaux procédés de préparation et fabrication écologique
11.4 Direction d’amélioration des performances de l’électrode de tungstène de thorium
11.5 Évolution de la demande du marché et développement de la chaîne industrielle
11.6 Incidence des politiques et des règlements et élaboration de la conformité
Appendice
- Glossaire
- Références
Chapitre 1 Introduction
1.1 Définition et aperçu de l’électrode de tungstène au thorium
L’électrode de tungstène au thorium est une électrode en alliage avec du tungstène de haute pureté comme matrice et dopée avec une petite quantité d’oxyde de thorium (ThO₂, généralement entre 0,9 % et 4,2 %), qui est largement utilisée dans les processus de soudage de haute précision tels que le soudage sous protection sous gaz inerte au tungstène (soudage TIG). Son composant principal, le tungstène, a un point de fusion extrêmement élevé (environ 3422°C) et une excellente conductivité électrique, tandis que l’ajout d’oxyde de thorium réduit considérablement le travail électronique de l’électrode (environ 2,63 eV), améliorant ainsi les performances d’initiation de l’arc et la stabilité de l’arc. Les électrodes en tungstène au thorium sont généralement classées selon différentes teneurs en oxyde de thorium, et les modèles les plus courants dans le monde comprennent WT10 (0,9-1,2 % ThO₂, revêtement jaune), WT20 (1,8-2,2 % ThO₂, pointe de revêtement rouge), WT30 (2,8-3,2 % ThO₂, applicateur violet) et WT40 (3,8-4,2 % ThO₂, applicateur jaune orangé). Ces modèles sont codés par couleur pour faciliter la différenciation en production et en utilisation.
L’apparence des électrodes en tungstène thorium est en forme de tige, généralement entre 0,5 mm et 10 mm de diamètre, et la longueur est généralement de 150 mm ou 175 mm, et la surface est meulée et polie avec précision pour assurer la stabilité pendant le processus de soudage. Ses propriétés uniques proviennent du point de fusion élevé du tungstène et de la capacité d’émission d’électrons thermiques de l’oxyde de thorium, ce qui lui permet de maintenir un arc stable sous des charges de courant élevées tout en réduisant l’épuisement des électrodes. Le dopage de l’oxyde de thorium améliore non seulement la résistance à haute température de l’électrode, mais la rend également excellente dans le soudage à l’anode DC (DCEN), particulièrement adaptée au soudage de l’acier au carbone, de l’acier inoxydable, de l’alliage de nickel et de l’alliage de titane.
Cependant, les électrodes de tungstène au thorium sont caractérisées par des traces de radioactivité (principalement α et β rayonnement de particules en raison de leur teneur en oxyde de thorium, ce qui les oblige à prendre des précautions particulières lors de la production, du stockage et de l’utilisation. Malgré ses faibles niveaux de radioactivité (le thorium 232 a une concentration d’activité exemptée de 1 Bq/g), une exposition à long terme peut tout de même avoir des effets potentiels sur la santé et l’environnement. Par conséquent, ces dernières années, les électrodes non radioactives telles que le cérium-tungstène et le tungstène lanthane sont progressivement devenues des substituts, mais les électrodes au thorium-tungstène occupent toujours une position importante dans des domaines spécifiques en raison de leurs excellentes propriétés de soudage.
1.2 L’importance des électrodes de tungstène au thorium dans l’industrie du soudage
Les électrodes en tungstène thorium sont d’une importance irremplaçable dans l’industrie du soudage, en particulier dans les processus de haute précision tels que le soudage à l’arc tungstène-argon (soudage TIG) et le soudage au plasma. Le soudage TIG est une méthode de soudage qui utilise un gaz inerte (tel que l’argon ou l’hélium) pour protéger l’arc et le bain de fusion, et est largement utilisé dans l’aérospatiale, l’industrie nucléaire, la construction automobile et l’industrie navale. Les électrodes en tungstène thorium sont devenues le matériau d’électrode privilégié pour le soudage TIG en raison de leurs excellentes performances d’initiation d’arc et de leur stabilité d’arc.
Tout d’abord, l’électrode de tungstène au thorium se comporte bien dans le soudage par anode DC. Son faible échappement d’électrons permet à l’électrode d’initier facilement l’arc électrique, et l’arc reste stable à des courants élevés, réduisant ainsi les projections et les défauts de soudure. Ceci est particulièrement important pour le soudage de métaux à points de fusion élevés, tels que les alliages de titane et les aciers inoxydables. Par exemple, dans l’industrie aérospatiale, où le soudage de composants en titane nécessite une précision et une qualité de surface extrêmement élevées, les électrodes au thorium et au tungstène assurent l’uniformité et la résistance de la soudure. De plus, le faible taux de combustion des électrodes en tungstène thorium sous des charges de courant élevées prolonge la durée de vie des électrodes et réduit les coûts de production.
Deuxièmement, la conductivité élevée et la stabilité thermique des électrodes au thorium et au tungstène les rendent adaptées au soudage d’une large gamme de matériaux, notamment l’acier au carbone, l’acier allié, les alliages de cuivre et les alliages à base de nickel. Les électrodes avec différentes teneurs en oxyde de thorium, telles que WT20 et WT40, peuvent être sélectionnées en fonction du courant de soudage et du type de matériau pour répondre aux différents besoins du processus. Par exemple, le WT20 est le plus largement utilisé dans le soudage à courant moyen en raison de sa teneur modérée en oxyde de thorium (1,8-2,2 %), tandis que le WT40 est plus adapté aux scénarios industriels à courant élevé et à usage intensif.
De plus, les électrodes au thorium et au tungstène ont également des applications importantes dans le soudage au plasma et le coupage à l’arc. Le soudage au plasma nécessite que l’électrode maintienne sa stabilité dans un environnement plasma à haute température et à haute pression, et la résistance à haute température des électrodes au thorium et au tungstène en fait un choix idéal. Dans la coupe à l’arc, les électrodes en tungstène thorium peuvent fournir un arc à haute résistance pour assurer l’efficacité et la précision de la coupe. Ces propriétés rendent les électrodes en tungstène au thorium indispensables dans l’industrie moderne, et bien que leurs problèmes de radioactivité aient conduit à l’étude de matériaux alternatifs, leurs avantages dans des scénarios spécifiques de forte demande sont encore difficiles à remplacer complètement.
1.3 Contexte de la recherche et de l’application
Le développement et l’application des électrodes au thorium et au tungstène ont commencé au début du 20e siècle et se sont progressivement développés avec l’essor de la technologie de soudage à l’arc. Le tungstène est un choix idéal pour les matériaux d’électrode en raison de son point de fusion élevé et de son excellente conductivité électrique, mais la difficulté d’initiation de l’arc et l’instabilité de l’arc des électrodes de tungstène pur à des courants élevés limitent son application. Dans les années 30 du 20e siècle, les chercheurs ont découvert que les performances des électrodes en tungstène pouvaient être considérablement améliorées en dotant une petite quantité d’oxyde de thorium. La découverte que le faible travail électronique de l’oxyde de thorium réduit l’énergie nécessaire à l’initiation de l’arc tout en améliorant la durabilité de l’électrode à haute température, ce qui a conduit à l’application généralisée des électrodes de thorium et de tungstène.
Au cours des décennies qui ont suivi, le processus de préparation des électrodes de tungstène au thorium n’a cessé de s’améliorer. L’introduction de la technologie de la métallurgie des poudres a permis d’avoir une distribution uniforme de l’oxyde de thorium, ce qui améliore la qualité et la consistance des électrodes. Dans les années 80 du 20e siècle, avec la popularisation de la technologie de soudage TIG, les électrodes au thorium et au tungstène sont devenues les matériaux courants de l’industrie du soudage, et des normes internationales (telles que ISO 6848 et AWS A5.12) ont également été formulées pour réglementer leur production et leur utilisation.
Cependant, la radioactivité des électrodes de tungstène au thorium a progressivement attiré l’attention. Le thorium 232 contenu dans l’oxyde de thorium est un élément radioactif naturel, et sa désintégration libère des particules α et de petites quantités de β et de rayonnement γ. Malgré ses faibles niveaux de radioactivité, il peut toujours présenter un risque potentiel pour la santé des travailleurs et l’environnement pendant la production et l’utilisation, comme la poussière générée lors du broyage des électrodes. Depuis les années 90 du 20ème siècle, les pays européens et américains ont commencé à promouvoir la recherche et le développement d’électrodes non radioactives, et les électrodes en cérium et tungstène (WC20) et les électrodes en tungstène lanthane (WL20) sont progressivement entrées sur le marché. Ces électrodes alternatives sont proches des électrodes thorium-tungstène en termes de performances et n’ont aucun risque radioactif, elles remplacent donc progressivement les électrodes thorium-tungstène dans certaines zones.
Malgré cela, les électrodes en tungstène thorium présentent toujours des avantages uniques dans certains domaines exigeants. Par exemple, dans l’industrie nucléaire et l’aérospatiale, les électrodes en thorium-tungstène restent le matériau de choix en raison de leur excellente stabilité à l’arc et de leur résistance aux hautes températures. Au cours des dernières années, l’accent de la recherche s’est déplacé vers l’optimisation du processus de production d’électrodes de thorium et de tungstène afin de réduire la contamination radioactive, tout en explorant de nouveaux matériaux de dopage pour améliorer encore les performances. De plus, avec des réglementations environnementales de plus en plus strictes, la production et l’utilisation d’électrodes de tungstène au thorium sont plus restreintes, ce qui incite l’industrie à développer des alternatives plus sûres et respectueuses de l’environnement.
À l’échelle mondiale, l’application et la recherche des électrodes au thorium et au tungstène se poursuivent. En tant que pays majeur dans les ressources en tungstène, la Chine occupe une position importante dans la production et l’exportation d’électrodes de tungstène au thorium, et les entreprises associées continuent d’améliorer leurs processus de production pour répondre aux normes internationales. Dans le même temps, la demande d’électrodes de tungstène au thorium dans l’industrie internationale du soudage reste forte, en particulier dans les pays en développement et dans des secteurs industriels spécifiques. À l’avenir, avec l’avancement de nouveaux matériaux et de nouveaux processus, le rôle des électrodes de tungstène au thorium pourrait changer, mais sa position importante dans l’histoire de la technologie de soudage est indéniable.
EN SAVOIR PLUS: Encyclopédie de l’électrode de tungstène au thorium
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