Типы электродов: Виды сварочных электродов. Какие марки применять в конкретном случае

Виды и типы электродов | Сварочные материалы и оборудование

Несмотря на широкое применение различных механизированных методов сварки плавлением, наибольшее количество сварных конструкций изготовляется методом ручной дуговой сварки. Ручная дуговая сварка производится штучными электродами, конструктивно представляющими собой металлический стержень с нанесенным на него покрытием соответствующего состава. Один из концов стержня длинной примерно 30 мм освобожден от покрытия для его зажатия в электрододержатель с обеспечением электрического контакта. Второй конец слегка очищается для облегчения зажигания дуги посредством контакта с изделием.

Следует отметить, что несмотря на внешнюю конструкционную простоту, покрытый металлический электрод имеет достаточно сложные технологическую и металлургическую системы.

Металлургические процессы, протекающие при плавлении электрода отличаются от металлургических процессов, протекающих при выплавки стали. Они характеризуются своей кратковременностью, малыми объемами реагирующих веществ, высокими температурами в зоне сварки и интенсивностью взаимодействия между металлом, шлаком и газом.

В столбе дуги происходит не только расплавление, но и испарение железа и содержащихся в нем различных химических элементов. Активно протекают окислительные процессы и процессы поглощения металлом газов из атмосферы дуги, насыщение наплавленного металла азотом, кислородом, водородом. В результате сложных окислительно-восстановительных реакций, протекающих как в газовой среде так и на границе ее раздела с металлом, а также между металлом и шлаком, происходит легирование, окисление и раскисление металла, образующего сварной шов.

Металлургические и технологические свойства электродов в значительной мере определяются свойствами шлака. Химический состав и физико-химические свойства шлакообразующей основы покрытия электродов определяют главным образом технологические свойства шлака. Соотношения компонентов покрытия выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточно низкую температуру плавления и вязкость шлака, а также короткий интервал затвердевания.

Основными характеристиками электродов являются механические свойства металла шва и сварного соединения: временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, угол изгиба. По этим показателям электроды, согласно ГОСТ 9467—75, классифицируются на следующие типы (в условном обозначении типа электрода две стоящие за буквой «Э» (электрод) цифры соответствуют минимальному временному сопротивлению разрыву металла шва или сварного соединения в кгс/мм²):

• Э38, Э42, Э46 и Э50 — для сварки сталей с временным сопротивлением до 490 Дж/см²;
• Э42 А, Э46 А и Э50 А — для сварки тех же сталей, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по относительному удлинению и ударной вязкости;
• Э55 и Э60 — для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 490 Дж/см ² и до 590 Дж/см².

Указанным стандартом регламентируется содержание серы и фосфора в наплавленном металле.

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей характеризуются также уровнем сварочно-технологических свойств, в т.ч. возможностью сварки во всех пространственных положениях, родом сварочного тока, производительностью процесса, склонностью к образованию пор, а в некоторых случаях — содержанием водорода в наплавленном металле и склонностью сварных соединений к образованию трещин.

Перечисленные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе конкретной марки электрода, в значительной степени определяются видом покрытия. Покрытие может быть кислым, рутиловым, основным, целлюлозным и смешанным.

Применение электродов должно обеспечивать следующие необходимые условия:

• легкое зажигание и устойчивое горение дуги;
• равномерное расплавление покрытия;
• равномерное покрытие шва шлаком;
• легкое удаление шлака после сварки;
• отсутствие непроваров, пор, трещин в металле шва.

Электроды классифицируются по следующим признакам:

• по материалу, из которого они изготовлены;
• по назначению для сварки определенных сталей;
• по толщине покрытия, нанесенного на стержень;
• по видам покрытия;
• по характеру шлака, образующегося при расплавлении покрытия;
• по техническим свойствам металла шва;
• по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки;
• по роду и полярности применяемого при сварке тока.

Стальные электроды в соответствии с ГОСТ 9466—75 подразделяются на группы в зависимости от свариваемых металлов:

• У — углеродистых и низкоуглеродистых конструкционных сталей;
• Л — легированных конструкционных сталей;
• Г — легированных теплоустойчивых сталей;
• В — высоколегированных сталей с особыми свойствами.

18.6.Типы электродов

Как следует из уравнения Нернста, потенциал любого электрода при заданных температуре и давлении определяется стандартным потенциалом ^ои активностями веществ, принимающих участие в электродной реакции. Стандартный потенциал является константой, свойственной каждому данному электроду, в то время как активности участвующих в реакции веществ могут быть разными и зависеть от состава реакционной среды. Характер влияния активностей компонентов раствора на величину электродного потенциала непосредственно связан с природой электродной реакции. Как указывалось ранее, в электрохимии используют понятие обратимого электрода – электрода, на котором устанавливается равновесие между двумя противоположно направленными электродными реакциями, скорости которых достаточно высоки с практической точки зрения.

В зависимости от устройства и характера электродного процесса различают несколько типов обратимых электродов. Наиболее распространенными типами электродов являются:

1. Электроды первого рода. К ним относятсякатионныеэлектроды, потенциал которых зависит от активности катионов. На таких электродах устанавливается равновесие между электронейтральными частицами (например, атомами металла) и соответствующими катионами в растворе – металлические (цинковый, медный, серебряный и т.д.), амальгамные (амальгамы щелочных и щелочноземельных металлов) электроды, газовый водородный электрод. Наанионныхэлектродах первого рода устанавливается равновесие между электронейтральными частицами и анионами – хлорный, бромный, йодный электроды.

2. Электроды второго рода. Эти электроды состоят из трех фаз – металла, его труднорастворимой соли и раствора, содержащего анионы этой соли. На этих электродах устанавливается равновесие между атомами металла и анионами в растворе как результат двух частных равновесий: между металлом и катионом труднорастворимой соли и между анионом в твердой фазе этой соли и анионом в растворе.

3. Окислительно-восстановительные электроды. Они составлены из индифферентного металла (обычно платина, иногда золото или палладий), погруженного в раствор, который содержит окисленную и восстановленную формы одного и того же вещества.

4. Ионоселективные электроды, на которых возникают мембранные потенциалы.

Потенциал металлического катионного электрода Ме^z+|Ме зависит от активности ионов металла в растворе:

, (18.31)

где z₊– число электронов, расходуемых на восстановление одного иона металла, т.е. заряд иона в растворе. В случае амальгамного электрода металл растворен в ртути, поэтому может меняться не только активность ионов металла в растворе, но и активность металла в амальгамеа_Ме. Потенциал амальгамного электрода

. (18.32)

Если составной частью электрода является газ, сорбированный поверхностью металла, то такой электрод называют газовым, а его потенциал зависит также от давления газа. Наиболее важным для теории электродом первого рода является газовый водородный электрод, который, как указано выше, является стандартным электродом сравнения. Он представляет собою платиновую пластинку, покрытую платиновой чернью. Электрод насыщают затем тщательно очищенным и осушенным водородом. Платиновая чернь играет двоякую роль: с одной стороны, она катализирует равновесную реакцию на электроде Н

2L2Н⁺, с другой – обеспечивает благодаря своей большой удельной поверхности присутствие значительных количеств водорода. На платине устанавливается равновесие между водородом и его ионами в растворе:

2Н⁺+ 2еLН₂

Так как стандартный потенциал водородного электрода принят равным нулю, то его потенциал

. (18.33)

Потенциал анионного электродапервого рода выражается уравнением

. (18.34)

Если анионный электрод является газовым, то в уравнение для электродного потенциала включается также давление газа. Например, потенциал хлорногоэлектрода Рt(Cl₂)|Cl^–

. (18.35)

Анионные электроды первого рода редко применяют на практике; гораздо удобнее использовать обратимые относительно анионов электроды второго рода.

Различные типы электродов

Электроды относятся к проводнику, по которому могут передаваться электрические токи. Эти небольшие устройства иногда называют электрическими проводниками. Это проводник, используемый для соединения с неметаллической частью цепи. Они часто используются в электрохимических элементах, полупроводниках, таких как диоды, и медицинских устройствах. Уильям Уэвелл произнес это слово по просьбе ученого Майкла Фарадея. Существуют различные типы электродов.

Что такое электроды?

Электроды являются основными компонентами электрохимических элементов. Электрод является хорошим проводником электричества. Электроды могут быть золотыми, платиновыми, углеродными, графитовыми, металлическими и т. д. Кроме того, они обеспечивают поверхность для окислительно-восстановительных реакций в клетках. Следовательно, существуют отрицательные электроды, а также положительные электроды.

Типы электродов

Электрод не может быть установлен постоянно, поскольку он может иметь характер анода или катода, в зависимости от направления потока электронов. Другой тип представляет собой биполярный электрод, который одновременно выполняет роль анода одной ячейки и катода соседней ячейки.

Есть несколько вещей, с которыми мы сталкиваемся, имея дело с электродами, и повторяющиеся термины, которые мы слышим: катод и анод.

Катод – отрицательная клемма

Говорят, что это электрод, на котором происходит процесс восстановления. Катод отрицателен, так как электрическая энергия вносится в ячейку вследствие разложения химических соединений. Независимо от того, как это может быть также положительным, как в случае с гальваническим элементом, где химическая реакция приводит к производству электрической энергии.

Анод – положительная клемма

Анод – это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. В электрохимии это точка, в которой происходит реакция окисления. В общих чертах, на аноде отрицательные ионы или анионы склонны реагировать и испускать электроны из-за своего электрического потенциала. Затем эти электроны перемещаются в управляющую цепь и входят в нее. Так, например, если мы возьмем гальванический элемент, анод будет отрицательным, а электроны в основном движутся к внешней части цепи.

Примеры электродов

Существует два типа электродов, а именно реактивные и инертные электроды.

Реактивные электроды

Реактивные электроды – это электроды, которые участвуют в реакции, протекающей в ячейке, и могут диссоциировать в электролите.

Прохождение электричества происходит посредством ионного обмена.

Пример – медь, серебро и золото.

Инертные электроды

Металл, который не вмешивается в химические реакции и не участвует в них, называется инертным электродом. Однако он по-прежнему используется для передачи электричества путем пропускания электронов через раствор вместо обмена ионами.

Пример – графит, платина, золото и родий.

• Электроды для количественного анализа

В потенциометрическом анализе индикаторный электрод реагирует на различия в активности аналита или «эффективной концентрации».

Эта простота делает потенциометрию экономичным методом, наряду с атомной спектроскопией или ионной хроматографией. Кроме того, эти процедуры можно разделить на несколько классификаций в зависимости от того, какие аспекты клетки контролируются.

• Электроды и батареи

Свинцово-кислотные батареи, электроды передают энергию электролиту и обратно для питания поляризованного устройства, которое они подключают. Эта энергия уходит от батареи через отрицательно заряженный анод и проходит через устройство. Затем он возвращается через положительно заряженный катод, тем самым снижая мощность, накопленную за счет восстановления.

Это источник химической реакции, при которой батареи превращаются в электричество. Окисление вызывает увеличение количества электронов на аноде. Эта беспокойная энергия хочет куда-то уйти, но электронодефицитный катод находится на дальней стороне изолированного электролита.

Аккумуляторы делятся на первичные и вторичные формы:

Первичные аккумуляторы

Первичные аккумуляторы можно использовать до тех пор, пока они не исчерпают свою энергию, а затем выбрасывают. Однако их химические реакции, как правило, необратимы. Таким образом, они не могут быть перезаряжены. Когда пожертвование реагентов в батарее исчерпано, батарея перестает производить ток и больше не используется.

Вторичные батареи

Вторичные батареи перезаряжаемые. Он может обратить свою химическую реакцию, когда на клетку подается электрический ток. Это регенерирует исходные химические реагенты, которые можно отливать, перезаряжать и использовать несколько раз.

Некоторые типы перезаряжаемых батарей готовы к использованию и имеют те же размеры и напряжение, что и одноразовые.

Электроды для электролиза

Электролиз — это простой процесс, используемый для дифференциации вещества на его исходные компоненты или элементы. В результате этого процесса в современной химии был открыт ряд элементов. При электролизе электрический ток направляется в электролит и в раствор, чтобы восстановить поток ионов, необходимый для запуска неспонтанной реакции.

Электроды погружены и разделены на расстоянии. Между ними через электролит проходит ток и подключается к источнику питания, который замыкает электрическую цепь. Постоянный ток [DC], подаваемый источником питания, запускает реакцию, заставляя ионы в электролите притягиваться к противоположно заряженным электроду, катоду и аноду. Количество электрической энергии, которое необходимо просуммировать, равно изменению свободной энергии Гиббса реакции, прибавленной к потерям в системе.

Хингидроновый электрод

Хингидроновый электрод представляет собой другой тип электрода, состоящий из платиновой проволоки в растворе, содержащем хингидрон, который используется для определения концентрации ионов водорода. Это важный метод, используемый для упрощения процесса. Это оказывается очень полезным.

Этот электрод похож на другой источник обычно используемого стеклянного электрода. Однако он ненадежен при pH выше восьми и не может использоваться с растворами, содержащими сильный окислитель или восстановитель.

Заключение

Модифицированные электроды можно использовать в качестве химических сенсоров для наблюдения за органическими и биологическими молекулами, представляющими промышленный и медицинский интерес. Электроды являются очень важной частью современной жизни. Они используются в различных аспектах нашей повседневной жизни. Поэтому они охватывают большую часть сектора.

Этот эксперимент можно использовать для отработки навыков электроаналитической химии. Перспектива основана на электродных потенциалах, вертикальных потенциалах ионизации [окисление] и сродстве к электронам [восстановление].

Сделан вывод, что большинство реакций переноса электрона, требующих участия органических соединений, обратимы. Необратимость чистой электродной реакции обусловлена ​​необратимостью последующих химических и электрохимических стадий.

Ссылки по теме:

Типы ЭЭГ-электродов: гелевые, водные и сухие

  Каковы различия, преимущества и недостатки?

Какие существуют типы электродов ЭЭГ?

Когда Ханс Бергер впервые записал ЭЭГ в 1924, он использовал электроды из серебряной фольги, помещенные на кожу головы. За прошедшие годы новые технологии и инновации привели к появлению различных типов электродов. Существует несколько типов электродов: гелевые, водные и сухие электроды.

Что такое гелевые электроды?

Гелевые электроды являются наиболее широко используемым типом электродов. Они являются частью рутинной клинической записи ЭЭГ и долгое время были золотым стандартом в исследованиях ЭЭГ. Электрод обычно изготавливается из серебра с покрытием из хлорида серебра (Ag/AgCl). Когда между кожей и этим электродом наносится гель, содержащий много ионов хлора, проводимость улучшается, а импеданс на границе раздела кожа-электрод снижается. Поэтому гель между кожей и электродом позволяет качественно регистрировать биопотенциалы. Эти гелевые электроды имеют форму диска и имеют отверстие посередине, куда можно наносить гель с помощью шприца. Подготовка гелевой шапочки для ЭЭГ требует времени, так как необходимо стереть кожу, а все электроды должны быть индивидуально заполнены обученным специалистом.

Альтернативные формы гелевых электродов

Гелевые электроды могут иметь и другие формы, помимо электродов в форме дисков. Например, кольцевые электроды могут быть вставлены в головные уборы, что позволяет сочетать исследования fNIRS или TMS с записями ЭЭГ. Более того, альтернативные решения для ЭЭГ, такие как cEEGrids, также используют гель для улучшения соединения/контакта электрода с кожей. Эти cEEGrids размещаются вокруг уха и могут использоваться в группах населения, где требуется ненавязчивое решение ЭЭГ. ¹

Преимущества гелевых электродов

• Возможность записи ЭЭГ с высокой плотностью.
• Очень высокое качество сигнала.
• Менее восприимчивы к помехам от сети и артефактам движения, чем сухие и водяные электроды.
• Стабильные записи в течение длительного времени.
• Альтернативные решения для измерения (например, cEEGrids и кольцевые электроды), которые можно интегрировать с другим исследовательским оборудованием (например, fNIRS и TMS)

Недостатки гелевых электродов

• Кожу необходимо подготовить, слегка поцарапав кожу, чтобы уменьшить импеданс.
• Неудобно для исследователей: время подготовки может быть долгим, головной убор требует чистки, а сушка колпачка требует времени.
• Неудобно для участников: волосы нужно мыть, а царапать кожу может быть неприятно.
• Требуется квалифицированный техник.
• Токопроводящий гель может высыхать во время записи более 5 часов. ²

Что такое сухие электроды?

Сухие электроды были впервые изучены в 90-х годах и предложены в качестве альтернативы для решения общих проблем (описанных выше) с мокрыми электродами. ³ Сухие электроды ЭЭГ состоят из инертного проводящего материала, который механически соединяется с кожей для передачи сигнала и устраняет необходимость в геле или подготовке кожи. ⁴ Сухие электроды состоят из различных материалов и форм, таких как позолоченные электроды, щетинчатые электроды, гребенчатые и многоштыревые электроды, проводящая силиконовая резина или датчики на основе пены. ⁵ Поскольку в сухих электродах не используется проводящий гель или абразивная паста, импеданс сухих электродов выше, чем влажных. Кроме того, это может привести к плохому контактному шуму, повышенной нестабильности сигнала и большей чувствительности к артефактам движения.

Преимущества сухих электродов

• Более быстрая установка по сравнению с гелевыми электродами.
• Не требует подготовки кожи.
• Подходит для домашнего тестирования.
• (Почти) очистка не требуется.
• В некоторых ситуациях возможно без обучения.

Недостатки сухих электродов

• Сложность фиксации электродов на коже.
• Повышенная нестабильность сигнала и более высокое сопротивление.
• Более чувствительны к помехам от сети и артефактам движения, чем гелевые электроды.
• Возможны ограниченные действия по улучшению качества контакта электрода с кожей.
• Неудобно для владельца.

Что такое водяные электроды?

Водяные электроды представляют собой новый тип электродов, которые, как и сухие электроды, требуют очень короткого времени подготовки и не требуют использования проводящего геля. ⁶  Эти электроды также можно назвать «полусухими электродами». Ключевой особенностью водяных электродов является то, что они используют воду или жидкий электролит. В некоторых водяных электродах используются водяные губки с водопроводной или соленой водой для увеличения проводимости между поверхностью кожи и электродом. Другие водные электроды медленно и непрерывно выпускают небольшое количество жидкого электролита на кожу головы в содержащемся веществе. ⁵  Поскольку эти методы не требуют нанесения геля или истирания кожи, они также требуют более быстрого времени подготовки и очистки, чем гелевые электроды.

Преимущества водяных электродов

• Более быстрая установка по сравнению с гелевыми электродами.
• Быстрая очистка по сравнению с гелевыми электродами.
• Подходит для домашнего тестирования.
• В некоторых ситуациях возможно без квалифицированного специалиста.
• Устраняет проблемы с высоким импедансом и нестабильностью сигнала, характерные для сухих электродов с водой.

Недостатки водяных электродов

• Быстрее высыхают по сравнению с гелевыми электродами, поэтому их нужно чаще увлажнять. ⁷
• Более чувствительны к помехам от сети и артефактам движения, чем гелевые электроды.
• Возможны ограниченные действия по улучшению качества контакта электрода с кожей.

Когда следует выбирать тип электрода?

Выбор типа электрода зависит от множества факторов, включая желаемое качество сигнала, временные ограничения, наличие обученного техника и мобильность. Когда важно высокое качество сигнала, лучшим выбором являются гелевые электроды золотого стандарта. Если время на подготовку и очистку имеет решающее значение или если нет обученного специалиста, хорошим вариантом будут сухие и водяные электроды. Поскольку водяные электроды более удобны, стабильны и менее подвержены артефактам, в большинстве ситуаций им отдается предпочтение.

Компания TMSi предлагает головные уборы на гелевой и водной основе, которые могут удовлетворить потребности ваших исследований. Эти головные уборы, а также дополнительную информацию можно найти здесь.

Ссылки

1. Casson, A., Yates, D., Smith, S., Duncan, J. and Rodriguez-Villegas, E., 2010. Носимая электроэнцефалография. Журнал IEEE Engineering in Medicine and Biology , 29(3), стр. 44-56.
2.Чин-Тэн Лин, Лун-Де Ляо, Ю-Хан Лю, И-Ян Ван, Бор-Ших Лин и Джи-Йонг Чанг, 2011 г. Новые электроды из сухой полимерной пены для долгосрочного измерения ЭЭГ. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 58(5), стр. 1200-1207.
3. Taheri, B., Knight, R. and Smith, R., 1994. Сухой электрод для регистрации ЭЭГ. Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология, 90(5), стр. 376-383.
4. Мота, А., Дуарте, Л., Родригес, Д., Мартинс, А., Мачадо, А., Вас, Ф., Фидлер, П., Хауайсен, Дж., Нобрега, Дж. и Фонсека, C., 2013. Разработка квазисухого электрода для регистрации ЭЭГ. Датчики и приводы A: Physical , 199, стр. 310-317.
5. Ди Флумери, Г., Арико, П., Боргини, Г., Шараффа, Н., Ди Флорио, А. и Бабилони, Ф., 2019 г.. Сухая революция: оценка трех различных типов сухих электродов ЭЭГ с точки зрения спектральных характеристик сигнала, классификации психических состояний и удобства использования. Датчики, 19(6), стр. 1365.
6. Ляо, Л., Ван, И., Чен, С., Чанг, Дж. и Лин, К., 2011. Дизайн, изготовление и экспериментальная проверка нового датчика сухого контакта для измерения сигналов электроэнцефалографии без подготовки кожи . Датчики, 11(6), стр. 5819-5834.
7. Нейхолт, А., 2019.