Как варить электродом 2 мм тонкий металл: Хочу варить 2 мм профили инвертором! — Технологии сварки

Содержание

как варить тонколистовой металл 1, 2 и 3 мм? Какие электроды лучше? Технология сварки листов, полярность

Сварка тонкого металла — очень важная и актуальная область деятельности в наши дни. Обязательно важно знать, как варить тонколистовой металл 1, 2 и 3 мм, какие электроды лучше. Технология сварки листов включает не только определение необходимой полярности, но и ряд других тонкостей.

Особенности

Разговор про сварку тонкого металла стоит начать с того, что это очень сложная процедура. Даже опытные специалисты сталкиваются с серьезными трудностями. Что уж говорить про тех, кто только начинает свою профессиональную карьеру.

Сварочные работы с изделиями из тонколистового металла отличаются в корне от работ с более толстыми предметами. Нюансы касаются и режимов, и применяемого оборудования, и электродных инструментов.

Чаще всего на практике применяются инверторные системы. Сильный разогрев в любом случае противопоказан — из-за него материал будет прогорать, начнут возникать дырки.

Чем быстрее работает сварщик, тем лучше достигаемый результат. Времени на вождение электродами в разных плоскостях нет вообще. Их надо двигать строго по той линии, по которой формируют шов.

Важно также и то, что сварка тонкостенного металла должна вестись на слабом токе. Это позволяет сократить выделение тепла и исключить перегрев. Однако побочным эффектом оказывается необходимость делать укороченную дугу. В результате она будет затухать даже при небольшом отрыве от поверхности. Проблемы вызывает и розжиг электрической дуги, что вынуждает применять оборудование с приличной вольт-амперной характеристикой и с плавно регулируемым сварочным током.

Проблемы может доставить искажение геометрии при повышенном нагреве. Со стороны смотрится, как будто изделие начало выгибать волнами. Избежать подобной проблемы или устранить ее достаточно трудно. Придется тщательно бороться с перегревом или же заботиться об усиленном отводе тепла. Это можно сделать только путем применения подкладок с повышенной теплопроводностью.

Особенно сложно сварить максимально тонкий (менее 1 мм или примерно того же уровня) металл. Но при умелом подходе эта задача вполне решаема (даже с зазором). Обязательно необходимо применять держатели. Оптимально в таком случае применять 3-миллиметровый электрод, имеющий рутиловое покрытие.

Для изделий толщиной 2 мм целесообразно также ограничиться сравнительно «слабыми» решениями.

Если толщина металла составляет до 1,5 мм, то лучше брать 2-миллиметровый электродный инструмент без покрытия. Похожим образом поступают и при работе по металлу толщиной до 3 мм. Рекомендуется ток силой от 40 до 60 А. Важнейший момент, о котором надо заботиться обязательно, это профилактика прожига. Другие отклонения случаются редко, особенно при строгом соблюдении режимов.

Способы

Максимальные трудности, конечно, вызывает работа не с обычной сталью, а с особо тонкой жестью (толщиной от 0,01 до 0,03 см). Ее стараются варить «с проводником». Эта методика, несмотря на трудности, весьма востребована. Действовать придется максимально аккуратно, иначе велик риск прожечь обрабатываемый слой. Если же слишком неплотно окажется прижатие электрода, соединение будет низкого качества.

Сократить опасность прожига помогает работа «внахлест». Но иногда приходится соединять фрагменты листового металла встык. В этом случае до обработки требуется фиксировать заготовки, исключая их сдвиг в ходе манипуляций. Немного иначе обстоит дело при работе с легированными сталями. Для их сварки лучше пользоваться фторированным электродом с добавкой кальция.

Но некоторые специалисты рекомендуют для тонких легированных листов применять газовый сварочный аппарат. Да, пользоваться им сложнее, но зато можно сформировать более качественное соединение.

Для неопытных сварщиков, несмотря на это достоинство, правильнее будет пользоваться все же традиционной электрической техникой. И все-таки постепенно можно будет начать экспериментировать, как только хоть немного «набита рука».

Варить жесть ручной дуговой сваркой или полуавтоматическим аппаратом — дело личного вкуса. Однако второй вариант позволяет эффективнее работать на слабом токе, сокращая деформацию. Стальной лист сваривают прерывисто (точечно), при использовании инвертора. На обрабатываемом изделии формируют сварочные точки, соединяя часто. Главное — перемещать проводник максимально быстро, упреждая остывание металла.

Жесть можно иногда варить и непрерывно. В этом варианте аппарат должен иметь ограничение по силе тока до 60 А. Кроме того, не все могут правильно подобрать темп прохода электрода, обеспечивающий общее сплавление без возникновения дыр. Если выбирают плавкий электрод, то его наибольший диаметр составляет 2 мм, при этом лучше всего ориентироваться на показатель 1,6 мм.

Максимальное внимание сварщик должен уделять профилактике чрезмерного нагрева, что достигается только тщательной тренировкой.

Инверторная сварка тонкого металла подразумевает применение неплавкого электродного инструмента. Она делится на два ключевых подтипа: в одном плавятся (и в жидком виде стыкуются) кромки, а в другом применяется присадочная проволока. Первый вариант пригоден для особо «утонченных» конструкций, когда добавление даже небольшого количества постороннего металла не допускается. Что касается сварки рессорных сталей, то она требует термической обработки как до начала процедуры, так и после ее окончания.

Инструменты и материалы

В случае с газовой сваркой наиболее оправданным решением будет выбор ацетиленовой технологии. Из дополнительных компонентов в таком случае понадобятся лишь проволока и флюс. Чтобы влиять на интенсивность огня, применяют специальный редуктор. Газосварщики используют:

  • специальные сварочные столы;
  • баллоны с полученным на заводе газом и/или газогенераторные установки;
  • шланги для подачи газообразных компонентов;
  • принадлежности для сборки свариваемых изделий;
  • прочий инструментарий, который сочтут необходимым для себя.

При ручной дуговой сварке требуются:

  • аппарат;
  • электроды;
  • питающие провода;
  • специальные трансформаторы;
  • защитные маски, перчатки и щитки;
  • шлакоотбойный молоток;
  • магнитный угольник;
  • тележки для аппаратов;
  • стандартизированные образцы для ультразвуковой дефектоскопии;
  • сварочные массы;
  • цангодержатели.

Технология

Чтобы правильно варить тонкий металл электрической дугой, требуется верно выбирать полярность тока. Этот параметр прямо влияет на степень разогрева обрабатываемого участка. Прямая полярность показана в тех случаях, когда желательно углубить шовный корень. Но для тонкого слоя это едва ли подходит, гораздо правильнее выбирать обратную поляризацию. Придется, правда, мириться с повышенным расходованием электродов — и тут уже ничего не сделаешь.

В первую очередь требуется очищать связываемый участок, там не должно оставаться даже следов краски и коррозионных очагов. Дальнейшее обезжиривание производится произвольно выбранным растворителем. Максимально тщательно очищают места, где монтируют «массу» сварочного агрегата. Если они будут испачканы, вероятно нарушение контакта.

Наконечники электродов желательно очищать от флюса на 0,5-0,6 см, чтобы дуга проще разжигалась.

Вдоль создаваемого шва формируют заранее точечные прихватки с шагом 10-12 см. В противном случае элементы конструкции будут двигаться. Разжигать дугу можно, ведя стержнем по поверхности, как будто чиркают спичкой. Если предстоит работать на труднодоступном участке, придется стучать стержнем по поверхности. Темп движения электрода должен соответствовать условиям выполняемой работы, при этом тщательно контролируется глубина прогреваемого участка.

Критически важно контролировать плавность хода дуги и предотвращать резкие движения. Даже компенсационные способности современной техники не всегда позволяют исключить деформирование шва из-за колебаний дуги. Сварочная ванна должна подвергаться непрерывному визуальному контролю, электрод можно наклонять минимум на 60 и максимум на 90 градусов. Зигзагообразное поступление присадочного материала гарантирует оптимальные результаты.

Когда соединение кристаллизовано, его очищают от шлака и осматривают, чтобы не было дефектов. Тонкий металл иногда варят шахматным способом, чтобы равномернее распределять тепло. Важно: в качестве подложки под шов использовать металлическую деталь нельзя — она приварится. Если надо увеличивать силу тока ненадолго, то придется использовать прерывистую дугу.

Как делается сварка тонкого металла, смотрите далее.

Отзывы об электроде ОК 46.00 (2 мм; 2 кг) ESAB СВ000009933

Аппарат: KEMPPI MasterTig MLS 2300 ACDC. Варить умею. До этой покупки использовал аналогичные электроды (покупал не здесь), НО производства Швеции и Болгарии — СОВСЕМ другое дело!

Эти же, СВЭЛ-овские питерские (!) электроды вообще никак не выделяются из общей массы отечественных МР-3С — ок. Недостатки у этих электродов ровно те же, что и у прочих отечественных МР-3С — ок, а именно:

1. Легкий первый розжиг, но невозможный повторный. И это можно было бы понять, принимая во внимание диаметр электрода: он тонкий, а, значит, быстро остывает и потому не дает возможности повторно разжечь электрод уже через полсекунды после окончания предыдущего шва (или точки). Т.е. нужно иметь очень тренированную руку, чтобы класть в отрыв швы, т.к. варить в отрыв нужно очень быстро — новички не смогут. Мало этого, на электроде после отрыва ВСЕГДА остается козырек обмазки, ДЛИННЫЙ и ПРОЧНЫЙ козырек, плюс к этому — на конце электрода образуется покрытие на металлической части, которое резко ухудшает проводимость. Все это делает необходимым прошаркивание электродом по куску наждака, причем не один раз, причем — с поддержкой второй рукой, бо электрод тонкий. Мало того, что это утомляет и выбешивает (как будто вернулся начало 90-х, когда вот так себя вели новоиспеченные электроды), так еще и времени на чистку электрода тратится едва ли не больше, чем на шов (при коротких швах — сварка профтрубы 40х20). Для новичков это — непроизводительная потеря драгоценного времени на обучение.

2. Примерно каждый 8-10-й электрод — с наглухо забытым обмазкой концом. Приходится снова долго и яростно чистить об наждак, т.к. слой обмазки на конце как назло длиннющий. Снова досадная потеря времени.

Если тестировать вслепую, я бы сказал, что ОК 46.00 и МР-3С (судиславского завода) сделаны в одном гараже. Кстати, не удивлюсь, если для СВЭЛ эти электроды производит СЗСМ. В общем, электрод на троечку. Ну а чего можно ожидать от Эсаба, который стоит, как все прочие отечественные Э46? Шведские стоят в 4 раза дороже. Ввиду этой разницы в ценах даже не обвинишь Эсаб, что компания пошла по пути «рашен бузинеса»: налепить фирменную наклейку на откровенную дешевку.

Какими электродами варить лучше | Выбор под задачу


Сварочный электрод представляет собой стержень относительно небольшого размера, который изготавливается из различных металлов и обладает электропроводными свойствами. Его основное назначение – подача тока во время сваривания. То, насколько качественным будет шов, во многом зависит от выбранного электрода. Учитывая, что существует достаточно большое количество разновидностей, возникает вопрос «какие электроды лучше для решения определенной задачи?»

Ключевые критерии выбора

Выбирая, каким электродом варить металл, нужно учитывать такие параметры:

  1. Диаметр стержня. Подбирается в зависимости от толщины свариваемой конструкции. Самые тонкие стержни имеют диаметр 1,6 мм. Они предназначаются для соединения листов не толще 2 мм, тогда как стержни диаметром 5-6 мм позволяют сваривать листы толщиной до 13 мм.

  2. Сила сварочного тока. Данный параметр рассчитывается таким образом, чтобы на каждый миллиметр стержня приходилось порядка 30-40 Ампер тока. Если сваривание производится в вертикальном положении, сила тока уменьшается на 15%.
  3. Марка металла. Каждая из них имеет свой уникальный химический состав и физические свойства. Так, например, для работы с жароустойчивыми сталями нужно использовать электроды, обеспечивающие температуру порядка 1100°С.

Следует учесть, что сила сварочного тока не должна быть слишком низкой, поскольку это приведет к залипанию наконечника. Если же значения будут чрезмерно высокими, дуга будет хорошо гореть, однако таким образом поверхность материала можно прожечь. В таком режиме стержни, имеющие небольшой диаметр, сгорают очень быстро, не справляясь со своей задачей.


Важно и то, из каких компонентов состоит обмазка стержня. Как правило, их 6-12. При этом каждый компонент отвечает за создание среды, необходимой для образования прочных швов со стабильными характеристиками.

Основные из них:
  • слой целлюлозы – создает облако газа с восстанавливающим агентом;
  • фторид кальция – делает оксиды железа более плавкими, а выделяемый газ стабилизирует процесс горения;
  • карбонаты – отвечают за образование шлаков;
  • ферроматериалы (Mg и Si) – раскисляют шов после сваривания;
  • диоксид титана – позволяет шлаку затвердевать, что улучшает текучесть расплава;
  • камедь с элементами глины – делает покрытие более прочным;
  • железный порошок – улучшает качество шва путем выравнивания температуры.

Необходимо, чтобы материал электродов и тип свариваемых металлов совпадали по своим характеристикам.


Сварка углеродистых и низколегированных сталей

В данном случае основную роль играет материал покрытия электрода. Так, для сваривания кипящих марок стали (имеет низкое содержание углеродов и слабораскисленная) подходит любая обмазка. Чтобы сваривать полуспокойные стали, которые имеют большую толщину листов, требуется основное или рутиловое покрытие. При сваривании конструкций из спокойной стали при низких температурах или при динамических нагрузках, также используются электроды с основным покрытием.

Нестабильное горение дуги может ухудшить качество шва и не позволит нормально сваривать металлоконструкции с помощью переменного тока. Лучше всего дуга горит при наличии целлюлозного, кислого и рутилового покрытия. В таком случае можно пользоваться сварочными трансформаторами. Кроме того, нужно тщательно очистить свариваемые кромки от ржавчины, масла и грязи, дабы избежать образования пара.


Чем проводится сварка и наплавка чугуна

Процедура позволяет устранить дефекты в чугунных отливках, а также восстановить поврежденные и израсходовавшие эксплуатационный ресурс детали. В результате получается сталь, различные сплавы, в основе которых – медь, никель и т. д. Лучше всего с вышеописанной задачей справляются модели марок ЦЧ-4, ОЗЧ-2, ОЗЧ-6 и похожие. В отдельных случаях, например во время ремонта чугунных тюбингов при сильном загрязнении и высокой влажности целесообразно использовать марки ОЗЛ-25Б, ОЗЛ-27 и ОЗЛ-28.

Сварка цветных металлов

Каждый из этих металлов имеет свой порог плавления и физико-химические свойства. Так, например, интенсивная окисляемость не позволяет проводить сварку титана и его сплавов. В случае с алюминием, процесс усложняет окисная пленка, которая плавится при температуре 2060°С, а для того чтобы расплавить сам алюминий достаточно 660°С. Образовавшаяся из-за окиси пленка, может привести к нарушению целостности швов и снижению их прочности. Убирается она благодаря добавлению хлористых и фтористых солей щелочных и щелочно-земельных металлов.

Медь также имеет свои проблемы при сваривании – в шве под воздействием пузырьков газа (в особенности кислорода и водорода) образовываются поры. Во избежание этого медь должна быть хорошо раскисленной, а до начала сварки следует хорошо зачистить кромки. В свою очередь, бронза отличается высокой хрупкостью, а никель и его сплавы чувствительны к растворенным в сварочной ванне газам – азоту, кислороду и водороду. В результате этого процесса в металлоконструкции возникают горячие трещины и поры.

Резка металла

Резка металлоконструкций дугой применяется для установки и ремонта различных конструкций из металла. Она не отличается эффективностью, от нее не стоит ждать «красивого» шва, как и точного реза.

Тем не менее, такой способ резки не требует дополнительного оборудования и высококвалифицированных работников. Он легко осваивается новичком. Резка электродуговой сваркой часто применяют при обучении, в частности осваивании принципов работы с инвертором. Нередко подобный метод используют домашние мастера для недорогой резки металлов.

Сварка легированных сталей с повышенной теплоустойчивостью

Легированные теплоустойчивые стали свариваются специальными электродами, обеспечивающими определенную жаропрочность сварных соединений. Полученная конструкция должна выдерживать значительные механические нагрузки и высокие температуры.

Также минимизируется вероятность образования трещин при температурных перепадах. Так, при температурах до 475°С, используются модели из молибдена наподобие Э-09М, а при температурах до 540°С – модели с высоким содержанием хрома и молибдена (Э-09МХ, Э-09Х1М, Э-09Х2М1 и Э-05Х2М). В Э-10Х5МФ высокое содержание хрома, благодаря чему ими можно сваривать конструкции из стали с соответствующим химическим составом.

Какими электродами варить высоколегированную сталь

Такие стали, содержат 13% хрома и обладают антикоррозийными свойствами. В данном случае металлический шов должен быть устойчив к воздействию атмосферных осадков в слабо агрессивных средах, жаростойким (максимальная температура 650°С) и жаропрочным (максимальная температура 550°С).

Такими свойствами обладают модели типа Э-12Х13 марок ЛМЗ-1, АНВ-1 и т. п. Если же в стали пониженное содержание углерода и имеется легирование никелем предпочтение лучше отдать изделиям под индексом Э-06Х13Н. Если же нужно сварить листы стали, содержащие 25% хрома, лучше всего подойдут варианты типа Э-08Х24Н6ТАФМ, делающие готовый шов пластичным, ударопрочным и коррозиестойким.


Сварки разнородных сталей и сплавов

Речь идет о сталях и сплавах, которые имеют уникальные физико-механические качества, химический состав, а также способность к свариваемости. Такие стали могут быть углеродистыми и легированными, высокопрочными, теплоустойчивыми, а также высоколегированными.

Сваривание сталей и сплавов с разнородной структурой также имеет ряд характерных особенностей. Чтобы избежать образования трещин, участков с неоднородной структурной в месте оплавления, а также чрезмерного роста остаточных напряжений используются модели наподобие АНЖР-1, ОЗЛ-27, НИАТ-5, ЭА-395/9, ОЗЛ-25Б, ИМЕТ-10 и ЦТ-28, обладающие специальными свойствами.

Совместимость со сварочным аппаратом

Выбирая, какими электродами варить сталь, необходимо учитывать не только тип материала, для которого они предназначены, но и особенности сварочного аппарата.

Конечно же, в теории и на практике владелец электродугового аппарата может использовать любой электрод. Однако на деле встречаются аппараты, которые лучше подходят для использования со стрежнями определенного вида обмазки (например, IN226 CEL – отлично подходит для электродов с целлюлозным покрытием).

Помимо этого, у сварочных аппаратов есть ограничение по силе тока. Этот диапазон накладывает собственные рамки на использование электродов по диаметру. Как определить подходят ли расходные материалы? Достаточно взглянуть на таблицу ниже:


Теперь вы ближе познакомились с электродуговой сваркой и некоторыми нюансами выбора сварочных электродов. Советуем вам ознакомиться и с другими статьями раздела, чтобы почерпнуть полезные знания о сварочных процессах, материалах и важных нюансах для повышения качества сварочных работ.

Получите 10 самых читаемых статей + подарок!   

*

Подписаться

Как варить металл 2 мм. Как сварить тонкий металл электросваркой

Процесс сварки, предназначенный для создания соединения тонкого металла со сварным швом. Для многих изделий тонкие элементы имеют толщину в пределах 5 мм.

Сварка тонколистового металла качественная, учитывая параметры прочности, вязкости, пластичности.

Сварка тонкого металла качественная, если учтены такие параметры как:

  • прочность;
  • антикоррозийная стойкость;
  • пластик;
  • Вязкость
  • .

Как варить инвертор из тонкого металла и какие условия используются при его сварке?

Виды сварки листового металла и ее особенности

Часто приходится соединять листы тонкого металла. Многие детали и механизмы изготовлены из таких материалов:

  • лодки;
  • моторные лодки;
  • автомобилей.

Качественная сварка возможна только после изучения тонкостей этого процесса.

Основной особенностью соединения тонкого металла является вероятность его повреждения электродами с образованием непригодного к использованию продукта.Неумелое обращение с электродами приводит к созданию слабого сварного шва и некачественному соединению металлических поверхностей. Для создания правильной сварочной дуги под силу только опытным мастерам, обладающим навыками выбора тока для сварки.

Еще одной особенностью является подготовка кромки металлической пластины к сварке. Учитывают положение соединительного шва и толщину свариваемого листа.

Условия при сварке тонкого металла

Перед началом работы необходимо подобрать размер электрода с диаметром, равным толщине листа.Величину тока выбирают в зависимости от диаметра электрода. Большое внимание уделяют покрытию электродов, выбирают элементы, имеющие длительный период плавления.

Для соединения изделий используется сварочный инвертор, позволяющий обеспечить хорошую производительность. Без особого труда сварка тонкого металла выполняется современным сварочным аппаратом, обладающим малым весом и высокой производительностью. Работа инвертором осуществляется от источника постоянного тока.Для соединения тонкого металла используют электроды любой марки. При работе с аппаратом рекомендуется регулировать силу тока в пределах 10-15 А. При использовании электродов диаметром 1,6 мм достигается качество.

Инвертор имеет идеальные вольт-амперные характеристики, которые можно настроить под конкретный вид сварки. Потребляемая устройством мощность меньше, чем у выпрямителя или трансформатора, а КПД составляет 90%.

Аппарат для соединения тонкого металла

В первую очередь необходимо изучить устройство сварочного механизма, что очень сложно из-за применения высоких значений напряжения, силы тока, максимальных частот.При этом происходит двукратное преобразование напряжения из переменного, в 220 В, в постоянную и высокую частоту. Инвертор включает в себя импульсные батареи, состоящие из модулей. Цифровые процессоры с микросхемами программирования координируют работу элементов аппарата для сварки.

Инвертор может выполнять несколько программ:

  • исключить напряжение на сварочной дуге при замыкании;
  • создать дополнительный импульс тока;
  • для обеспечения разрушения препятствий из жидкого металла при сварке короткой дугой.

Рабочий процесс с использованием сварочного аппарата

Многое можно создать своими руками в квартире или на даче, используя сварку. Отремонтировать машину, подключить металл гораздо проще, если использовать инвертор.

Для работы необходимо подготовить:

  • электроды;
  • сварочный аппарат
  • ;
  • перчатки;
  • тиски
  • ;
  • молоток
  • ;
  • кисть
  • ;
  • маска для лица
  • ;
  • комбинезон из плотной ткани;
  • емкость с водой для ликвидации возможных пожаров.

Перед сваркой важно убедиться в соответствии напряжения в аппарате и рабочей сети. Необходимо осмотреть вилку, розетку и кабель и проверить их исправность. Категорически запрещается работать на неисправном оборудовании.

Аппарат для сварки кладут на твердую поверхность, предварительно проверив его заземление. Изучив толщину изделий, выбирайте электроды. С помощью рукоятки на приборе фиксируют необходимую величину тока.

Перед соединением металла с инвертором необходимо очистить заготовки от грязи и ржавчины. Затем металлические листы зажимаются в тисках. Электрод помещается в отверстие держателя. Дуга создается прикосновением и постукиванием по металлической пластине. После образования дуги необходимо не отпускать ее, проводя электродом по листу. Требуется следить за величиной тока, чтобы дуга была сплошной и яркой. При остывании сварного шва молотком удаляют частицы шлака, а поверхность полируют до появления блеска.

Процесс управления сварочной дугой

При сварке необходимо контролировать зазоры между металлическим изделием и соприкасающимся с ним электродом.

Одинаковые размеры получаемого зазора – стабильная гарантия правильно проведенного технологического процесса. При уменьшении размеров заданного зазора получается арочный шов с участками оплавленной боковой его части. С увеличением расстояния процесс сварки становится невозможным: искажается размер самой дуги, и металл сваривается с некоторым уклоном в сторону.Только соблюдение заданного зазора при сварке позволяет сварить ровный красивый шов.

Формирование стандартного сварного шва инвертором

Соединение деталей при сварке следует производить так, чтобы не изменять скорость движения электрода, иначе не получится сформировать ровный шов. Жидкое состояние сварного шва значительно ниже основной части металла.

Образовавшаяся дуга способна захватить весь основной металл, отодвинуть всю ванну на прежнее место, образовав сварочный шов.Задача сварщика – расположить шов на одной прямой с металлом. Создавая руками зигзаги и описывая дугу, можно легко проложить плоский шов.

Весь процесс сварки зависит от качества электрода.

В таких случаях необходимо не упускать из виду размеры расположения сварного шва. Стоит попробовать и расположить ванну строго по кругу. Благодаря равномерно раскачивающим движениям создается шов, но необходимо следить за его образованием у одного края металлической пластины, а затем контролировать его образование в верхней части ванны.

Направляя электрод ближе к металлической заготовке, формируют рельефный шов. Большинство сварщиков добиваются ровного шва и движения ванны за счет значительного изменения угла наклона электрода. Оптимальный вариант: контролировать угол наклона в пределах 45-90° для формирования идеального шва и контроля за санузлом.

Особенности соединения металла малой толщины инвертором

Сварщик при работе ориентируется на полярность электродов. Их величина влияет на долговечность сварного шва и прочность всего соединения.

Электроды обратной полярности формируют глубокий шов. При работе определить, как использовать зарядку и как ее подключить. Положительный заряд нагревается сильнее. Качественный шов получится, если соблюдать его во время сварки. Создавая рабочий угол для электрода в пределах 30°, электрод подводят вплотную к металлу и формируют красное пятно до появления капли расплавленного металла. Сварной шов образуется после соединения всех капель на листах между собой.

Преимущества сварочных инверторных выпрямителей

Сварка тонкого металла аппаратами производится во многих областях промышленности из-за их малой материалоемкости.Сваривать металл легко благодаря высокому постоянству дуги и получению качественных конечных показателей. Инверторы применяются для аргонно-дуговой сварки, в которой главное значение имеет качество сварного шва.

Если производится полуавтоматическая сварка, инвертор способен контролировать движение металла, уменьшая его разбрызгивание.

Наиболее прогрессивной технологией является плазменно-дуговая сварка. При его использовании повышается производительность труда за счет изменения скорости резки, постоянной сварочной дуги.

Работа со сварочным аппаратом требует правильного обращения со сложным оборудованием, иначе возникают неисправности.Техника не работает, при неверных настройках нарушаются правила использования продукта. Если при включенном аппарате сварка невозможна, возможно, неисправность кабеля.

Отсутствие тока в сети приводит к тому, что инвертор не включается. Иногда наблюдается залипание электрода. Процесс связан с низким напряжением в сети. Недостаточные контакты, образующиеся при окислении соединений, приводят к неисправности сварочного аппарата.Чем тоньше и меньше дуга, тем больше вероятность выхода инвертора из строя. В особых случаях в модуле возникает неисправность, которая устраняется сервисной службой.

Как правильно выбрать сварочный аппарат?

Производители сварочных инверторов должны указывать в документах продолжительность включения аппарата.

Ознакомившись со всем объемом предлагаемых работ, можно приступать к покупке аппарата для сварки. В первую очередь учитывают параметры свариваемых заготовок.Электроды выбирают в зависимости от толщины свариваемых листов. Величина тока устанавливается в зависимости от марки металла и его размера.

Режимы, в которых будет работать устройство:

  • экстремальный;
  • средний;
  • долговечны.

Низкое напряжение сети в пределах 190 В приводит к низким значениям тока для сварки. Кабели не должны использоваться для работы длиннее 15 м. Они дают низкий сварочный ток.

Еще одной важной деталью является учет характеристик электросети.При его низком значении необходимо использовать устройства, работающие при колебаниях напряжения 220 +/- 5%.

Аппарат тепловой защиты зависит от соблюдения режима работы. Он рассчитан на 20 отключений и может быстро выйти из строя.

Еще одной важной деталью для поддержания инвертора в рабочем состоянии является учет особенностей сварки. Устройства с понижением холостого хода применяют при работе во влажных помещениях, колодцах, резервуарах.

Инвертор не работает при температуре ниже 0°С, а резкие перепады способствуют образованию конденсата внутри плат.

Приобретая инвертор, следует помнить, что он используется в быту для любых сварочных работ, имеет хорошие характеристики и по многим параметрам превосходит другое сварочное оборудование.

Сейчас сварка тонкого металла нужна как никогда . Современные автомобили, катера, катера и многие другие современные товары не могут обходиться без использования тонкого металла, ведь производить продукцию по советским меркам, экономить металл в наше время просто не выгодно.

Как видите, сварка тонкого металла очень востребована, как и мастера, умеющие сваривать такой металл.На самом деле сварка такого металла – очень сложный процесс, ведь при малейшей ошибке металл сгорает и становится непригодным для использования. При сварке тонкого металла применяют ручную дуговую сварку, не прерывистую и прерывистую сварку, а также сварку сварочным полуавтоматом. Реже применяется для сварки тонкого металла газовая сварка.

Итак, теперь рассмотрим основные требования для сварки тонкого металла: толщина электрода, необходимая сила тока и тип электродов.Для сварки тонкого металла необходимо использовать электроды диаметром 3-4 миллиметра и силой тока от 140 до 180 Ампер. Такие параметры электродов должны быть только для металла толщиной 3 миллиметра. Для сварки еще более тонкого металла нужно использовать электроды от 0,5 мм до 2,5. Следовательно, для таких электродов необходимо использовать ток от 10 до 90 Ампер.

Для сварки на слабом токе необходимо использовать электроды со специальными видами покрытия, которые обеспечат легкое возбуждение и устойчивое горение.Они также должны медленно плавиться и давать текучий металл, что придаст шву отличный вид.

Электрод ОМА-2 соответствует этим требованиям. В его состав входит 36,5 % титанового концентрата, 6 % железомарганцевой руды, 46,8 % муки и многое другое — в общем, все, что нужно для стабильного и постоянного горения дуги, — что должно присутствовать при сварке тонкого металла. ОМА-2 идеально подходит для сварки тонкого металла, так как имеет стабильную дугу, которая используется для сварки углеродистой стали.

Для сварки также хорошо подходят электроды

МТ-2, которые, как и ОМА-2, отлично подходят для сварки тонкого металла и обладают теми же качествами, что и ОМА-2.Однако сварку электродами МТ-2 лучше всего проводить на постоянном токе обратной полярности. Также, если свариваемый металл достигает толщины более 1 миллиметра, то можно смело применять переменный ток.

Также нужно помнить, что отличные результаты сварки вы обеспечите, если сваривать сверху вниз, т.к. это уменьшает глубину проплавления свариваемых деталей. Также в некоторых случаях используется газовая сварка, но она «калечит» будущее изделие, деформируя его.Многие специалисты не советуют газовую сварку. Подчиняться или нет — решать вам.

Лучше всего поступить по совету специалистов и купить электроды ОМА-2 или МТ-2 и готовить со спокойной душой. Кстати, чтобы купить эти электроды далеко ходить не нужно: заказать их можно через пункт меню «Контакты», выбрав свой

.

Являются одними из самых доступных. Их чаще всего используют в бытовых целях для выполнения небольшого объема работ. Но часто при недостаточном опыте мастера сталкиваются с множеством проблем, начиная от подгорания заготовки и заканчивая недостаточно прочным стежком.

Сложнее всего сварка тонкого металла — наши советы новичкам помогут избежать самых распространенных ошибок.

Основные правила

В первую очередь нужно внимательно изучить возможности конкретной модели инвертора. К ним относятся максимальный (минимальный) диаметр электрода, сила тока (для домашнего использования достаточно 160 А) и величина напряжения холостого хода (до 80 В). На этом основании можно определить режим работы аппарата для сварки металла определенной толщины.

Помимо вышеперечисленных параметров необходимо учитывать следующие факторы:

  • Технические характеристики наплавленного металла. От этого будет зависеть.
  •   Выбор режима работы в зависимости от силы тока и направления сварки. Для каждой марки электрода эти параметры индивидуальны. Чаще всего они указаны на упаковке.
  •   Подготовьте место для работы. Лучше всего выполнять их на открытом воздухе, так как в процессе сварки будет выделяться газ.

Особое внимание следует уделять марке электродов. Если необходимо варить малоуглеродистые стали или металлы со средним содержанием этого компонента, выбирайте угольные электроды. По такому же принципу подбираются расходные материалы для создания сварных соединений легированных и высоколегированных марок стали.

После подготовки рабочего места и металла можно ознакомиться с процессом сварки. Для создания комфортных условий рекомендуется использовать специальную. С его помощью можно контролировать качество шва, не останавливая процесс.


Металл должен располагаться на удобном расстоянии от рабочего. При необходимости листы (деталь) закрепляют струбцинами. Для более качественного сварного соединения рекомендуется следовать рекомендациям профессионалов.

Полярность

Электроды должны быть подключены к положительной клемме. Таким образом, не будет чрезмерной тепловой нагрузки на металлическую поверхность. С помощью такого соединения можно получить качественный широкий шов с неглубокой проплавкой.

Позиция


Во время производства работ место сварки должно быть на виду. Независимо от направления угол наклона электрода составляет 30-35° относительно шва. Так вы сможете контролировать состояние металла и газовой ванны. Следует опасаться вытекания расплавленной массы из области сварки.

Сначала электрод подносится к материалу, но не касается его. По мере образования расплавленной капли можно начинать движение фиксирующей ручки по шву.Рекомендуется сначала «набить руку» на ненужные куски металла аналогичной толщины, а потом уже приступать непосредственно к основной работе. При сварке листов толщиной менее 1 мм соединение осуществляется внахлест.

Радиатор

Одной из самых частых ошибок неопытного сварщика является перегрев стали. Особенно это касается тонкостенных деталей и листов. Поэтому необходимо организовать максимальный отвод тепла из зоны сварки. Для этого можно использовать тонкие листы меди.Важно, чтобы они плотно прилегали к обратной стороне свариваемого металла, не образуя зазоров.

Это лишь малая часть профессиональных «хитростей». Для создания действительно надежного и качественного шва в тонкостенном металле необходимы две составляющие — хороший инвертор и опыт. Последнее приходит со временем, и чем больше выполнено работы, тем быстрее можно научиться делать хороший сварной шов.

  • Особенности инверторной сварки тонких металлов
  • Способы сварки тонкого металла полуавтоматическим
    • Сварка тонкого металла внахлест
    • Линейный сварной шов

Сейчас, наверное, у кого есть дача или дом на даче.Потому инвертор в хозяйстве незаменим.   Часто возникает необходимость варить тонкий металл. Но не все умеют варить тонкий металл полуавтоматом, так как процесс имеет свои особенности. О них мы поговорим далее.

Особенности инверторной сварки тонких металлов

Инвертор для сварки в настоящее время все более востребован и имеет своих поклонников, ведь он удостоен некоторых преимуществ. Приобретенный в свое время полуавтомат придет на помощь в любой ситуации: благодаря ему можно отремонтировать забор, ворота или изготовить различные металлоконструкции.Инвертор продается в любом магазине, где они представлены. сварщики. Домашний мастер, не имеющий опыта работы с подобным оборудованием, должен знать, как правильно им пользоваться или как варить металл инвертором или полуавтоматом, который отличается от других тем, что содержит электрический блок. Благодаря ему вес значительно ниже, а рабочий процесс намного эффективнее.

Полуавтомат имеет еще одну отличительную черту в том, что отлично может проявить себя при низком напряжении.Что является очень ценным качеством для тех, кто работает над устройством в частном доме на даче. Самое главное, когда вам нужно что-то приготовить, не забывайте о требованиях личной безопасности.

Обязательно наденьте плотный костюм и перчатки из плотного материала, предохраняющего от ожога капающим металлом. Обязательным условием является использование маски для сварщиков или защитного щитка, т. к. есть риск поражения глаз ультрафиолетом. В большинстве случаев бытовые агрегаты для сварки металла очень слабые, поэтому рекомендуется подбирать электроды до 2-х.5 мм. Могут быть более тонкие электроды. Но если взять их потолще, вряд ли они хоть как-то сработают.

Конечно, с инвертором готовить гораздо проще, чем с обычным агрегатом. Даже такую ​​операцию, как установка тока, можно выполнить одним движением ручки, которая включает ток. Диапазон его мощности составляет 20-100 А. Силу тока выбирают, ориентируясь на особенности предстоящей работы и параметры электродов.

Понятно, что чем тоньше сварочный электрод и лист металла, который планируется сваривать, то значение тока нужно ставить меньше и, наоборот, чем толще сварочный электрод и металл, тем выше значение тока.

вернуться к содержанию

Способы сварки тонких металлов полуавтомат

Как подключить инвертор тонкий металл? Для этого используются различные способы: встык и внахлест, с помощью несъемной прокладки и без нее.

вернуться к содержанию

Сварка тонкого металла внахлестку

В первую очередь листы укладываются друг на друга. Затем плотно соедините края верхнего и нижнего листа между собой, наложив грузы.Зазоров между металлом быть не должно. Затем задайте такой параметр, как значение сварочного тока. Стальной лист толщиной 1 мм соответствует размерам в пределах от 30 до 50 А. Если толщина листов имеет отклонения от указанной здесь, то ток либо уменьшают, либо увеличивают.

Следующим пунктом является приклеивание металлических листов друг к другу. Выполняется короткими шовными перемычками по всей площади сустава. Сваривать прерывисто, беря электрод и, не раздумывая, прикладывая (что называется «гасить дугу»), при этом материал не должен успевать остывать.После этого листы полностью свариваются встык прерывистыми этапами. Электрод иногда помещают в холодную зону стыка, что позволит материалу не сильно коробиться.

вернуться к содержанию

Сварной шов с облицовкой

Важно учитывать тот факт, что при более коротком непрерывном шве металл меньше коробится. Затем стараются добиться того, чтобы зазор между торцами стали был максимально минимальным. Лучше, конечно, если его нет.Для сварки необходима тонкая металлическая подкладка, укладываемая под стык. Без него практически невозможно сварить встык тонкую сталь.

Технология аналогична методу внахлестку: задают значение тока, используя клещи, и выполняют соединение прерывистыми шагами. Может быть использован такой вариант, как задействование стальной невыдвижной подкладки. В этом случае в межсекционный шов укладывается стальная полоса толщиной, равной этому параметру у листа.

Важно проверить, чтобы прилегание этой полосы к листу было максимально плотным. Тогда накладки будут приварены к заготовкам, даже если между ними есть небольшой зазор. Бывают ситуации, когда укладку нераздвижной планки делать нельзя. Затем под стык подкладывают толстую медную полосу для предотвращения прогорания листов за счет отвода тепла. Такая полоса после процесса сварки вытягивается. Когда требуется сварка двух горизонтально расположенных труб, то работу начинают снизу.И процедура сварки будет продолжаться снизу вверх. Подъем вверх выполнять плавно и постепенно, медленно. В противном случае шов будет непрочным или трубка сгорит.

В процессе работы следует обращать внимание на качество сварки и плавления металла. Следовательно, когда металл горит, сварочный ток превышен. Потом его просто уменьшают. В случае плохого проплавления стыка есть вероятность, что напряжение низкое и его необходимо добавить. Инверторные аппараты для сварки деталей позволяют плавно изменять величину тока при работе с ними.

Именно по этой причине они отличаются простотой использования и простотой в обращении.

При сварке следует соблюдать предельную аккуратность и выполнять все требования, тогда о какой неуверенности в работе на таком аппарате может идти речь. И даже неопытный человек, не державший ничего подобного в руках, сможет освоить процесс. Успешного освоения сварочного процесса!


  • Сварка тонкого металла: в чем сложности работы
  • Режимы сварки и электроды
  • Технологический процесс
  • Инвертор и работа с тонким металлом
  • Сварка тонкого металла: практические советы профессионалов

Сегодня время, когда сварка тонкого металла стала очень важным моментом в жизни каждого человека.Все современные машины, бытовая техника и многое другое изготавливается из тонкого металла. И не последнее место в этом вопросе занимает экономика. Использовать толстый металл просто не выгодно.

Поэтому для сварки тонкого металла нужны специалисты и мастера. Варить тонкий металл очень сложно, это очень сложный процесс, так как любая ошибка влечет за собой прогорание металла и, как следствие, испорченную деталь.

Тонкий металл можно сваривать различными способами:

  • ручная электрическая дуга;
  • непрерывный;
  • прерывистый;
  • полуавтомат;
  • газ

Сварка тонкого металла: в чем трудности работы

Основной проблемой работы с очень тонким металлом является тончайшая кромка, связанная с прожогом металла, с появлением прилипания электрода.

Иногда не приклеивается, но появляется другой дефект, так называемый непровар.

При неправильной регулировке сварочного тока, например, завышении его значения или задержке электрода на одном месте металл прожигается.

При малых значениях тока образуется непровар, детали не свариваются, отваливаются, может произойти прилипание.

При недостаточной силе тока увеличение расстояния между свариваемыми деталями и электродом приводит к обрыву дуги.

вернуться к содержанию

Режимы сварки и электроды

Для варки тонкого металла нужны электроды небольшого диаметра.   Обычно не превышает 4 мм. При этом значение силы тока должно быть в пределах 140-180 ампер. Эти размеры применимы для , толщина которых составляет 3 мм. Чтобы варить металл намного тоньше, используйте электроды в диапазоне 0,5-2,5 мм. Величина тока находится в пределах 10-90 ампер.

Для проведения сварочных работ при подаче малого тока требуется применение электродов, имеющих специальное покрытие.С его помощью происходит быстрое возбуждение и нормальное горение дуги. Плавятся такие электроды очень медленно, получают текучий металл, из-за чего шов приобретает красивый вид.

Всем вышеперечисленным требованиям полностью соответствует «ОМА-2». Включает в себя:

  • титановый концентрат;
  • железомарганцевая руда;
  • мука
  • ;
  • специальные добавки.

Все эти вещества обеспечивают стабильность дуги. Он просто необходим, когда варится тонкий материал.

Электрод типа «ОМА-2» считается лучшим для работы с тонким материалом. Он может создавать стабильную дугу, используемую при сварке деталей из углеродистой стали.

вернуться к содержанию

Технологический процесс

Сварить тонкий металл обычной ручной дуговой сваркой достаточно сложно. Для исключения сплошных прожогов по всей длине свариваемых концов используют определенную технологию:

  • электродов малого диаметра;
  • установлен наименьший сварочный ток;
  • , чтобы сварочная дуга имела устойчивое горение, используются токи высокой частоты.Для этого подключается осциллятор.

Предварительно подобранное соединение, которое полностью исключило прожоги.
При толщине металлического листа менее 2 мм лучше всего использовать электрод диаметром менее 1,6 мм. Он должен иметь соответствующее покрытие. Величину сварочного тока регулируют таким образом, чтобы его было достаточно для расплавления электрода. Обычно он колеблется в пределах 50-70 ампер. Применяя осциллятор, получаем нормальную дугу. Устройство помогает быстро получить дугу, исключает возникновение пригорания.

вернуться к содержанию

Инвертор и работа с тонким металлом

После появления сварочных инверторов операция сварки стала доступна практически каждому. Ранее бывшие в употреблении устройства, с которыми было очень сложно работать, они имели большой вес и сложную настройку. Инверторная сварка очень проста, не вызывает затруднений и доступна новичку. Просто нужно знать несколько основных правил.

При инверторной сварке ищется баланс, при котором не должно происходить прогорания и не должно происходить прилипания электрода.Другими словами, эффективность сварки напрямую зависит от:

  • зазор между металлической поверхностью и электродом;
  • сила тока;
  • скоростей электрода;
  • плавность хода.

Все эти факторы являются самыми сложными для тех, кто впервые начал заниматься сварочным делом. В этом деле очень важно иметь хороший глазомер, определенные навыки. Чем больше готовишь, тем лучше получается. Только навыки, приобретенные в процессе работы, помогут добиться успеха и получить хороший результат.

Неопытному сварщику сложно быстро установить требуемую силу тока на инверторе, чтобы исключить пригорание металла и получить надежное соединение.

Сварить инвертором тонкий металл далеко не просто. Это сложно даже для опытного мастера. Поэтому в большинстве случаев используется аргоновая дуга. Он позволяет свести к минимуму появление пригорания, шов получается ровным и имеет красивый внешний вид.

Однако не всегда возможна импульсная сварка, приходится варить инвертором.Для получения хорошего результата можно воспользоваться рекомендациями опытных сварщиков.

%PDF-1.4 % 206 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 206 13 0000000016 00000 н 0000000629 00000 н 0000000726 00000 н 0000001344 00000 н 0000001502 00000 н 0000001669 00000 н 0000001774 00000 н 0000001884 00000 н 0000002585 00000 н 0000002692 00000 н 0000002771 00000 н 0000000879 00000 н 0000001322 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 207 0 объект > эндообъект 208 0 объект +$

Г/#[email protected]) /U (#Įgɘ;IbQRM31%L\nrZ) /П-20 /В 1 /Длина 40 >> эндообъект 217 0 объект > ручей &W^NMe}I]N3*0LI:ђc.| ot t͆cY1Kbk;!sqq&K.sy⯗[email protected]֘{wͳ {q4Qs [email protected]ہVؘX

Произошла ошибка при настройке файла cookie пользователя

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Улучшение характеристик кручения IPMC путем изменения расстояния между электродами

  • 1.

    Бар-Коэн, Ю. Электроактивные полимеры: текущие возможности и проблемы. В проц. Симпозиум SPIE по интеллектуальным конструкциям и материалам, конференция sEAPAD, документ 4695-02 (2002 г.).

  • 2.

    Сюй, Ю. и др. Исследование силовой электрической модели Ag-IPMC и выходных характеристик силы. Ионика 26 , 4153–4162 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 3.

    Тивари, Р. и Ким, К. Дж. IPMC как механоэлектрический сборщик энергии: индивидуальные свойства. Умный мастер. Структура 22 (1), 015–017 (2012).

    Google Scholar

  • 4.

    Goncalves, R. et al. Иономерные полимерно-металлические композиты на основе нафиона, работающие на воздухе: Теоретический и электрохимический анализ. J. Твердотельная электрохимия. 24 , 1845–1856 (2020).

    Артикул Google Scholar

  • 5.

    Чанг, С. Л., Чи, П. С., Лим, Э. Х. и Чонг, В. К. Радиочастотный привод ионно-полимерного металлического композита (IPMC) для применения с высвобождением лекарств. Умный мастер. Структура 28 (1), 015024 (2019).

    КАС Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • 6.

    Башир, М. и Раджендран, П. Обзор разработки электроактивных полимеров для аэрокосмических приложений. Матер. Сист. Структура 29 (19), 3681 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 7.

    Shen, Q. et al. Роботизированный исполнительный механизм из ионного полимерно-металлического композита с памятью нескольких форм (IPMC): подход к моделированию. Умный мастер. Структура 28 (1), 015009 (2018).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • 8.

    Cheong, H. R. et al. Электроактивный мягкий микрозахват с беспроводным питанием. Умный мастер. Структура 27 , 055014 (2018).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • 9.

    Шакти Сварруп, Дж. и др. Исследования по улучшению характеристик срабатывания низкочастотных приводов IPMC для подводных роботизированных приложений. ISSS J. Micro Smart Syst. 8 , 41 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 10.

    Сантос, Дж. и др. Ионный полимерно-металлический композиционный материал в качестве диафрагмы для микронасосных устройств. Сенсорные приводы A Физ. 161 (1–2), 225–233 (2010).

    КАС Статья Google Scholar

  • 11.

    Nam, D.N.C. & Ahn, K.K. Конструкция диафрагмы IPMC для применения в микронасосах. Сенсорные приводы A 187 , 174–182 (2012).

    КАС Статья Google Scholar

  • 12.

    Ван Ю., и др. . Разработка и изготовление приводного микронасоса IPMC с внутренней лепестковой диафрагмой. 3-я Международная конференция по передовой робототехнике и мехатронике (ICARM), Сингапур, , 667–672 (2018 г.).

  • 13.

    Палмре, В. и др. Ласты изгиба/скручивания на основе биологических материалов IPMC для подводного применения. Умный мастер. Структура 22 (1), 014003 (2013).

    КАС Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • 14.

    Ma, Y., Li, X. & Liang, B. Разработка и анализ режима движения бионической медузы IPMC на основе дистанционного управления приложением Bluetooth. Земная среда. науч. 252 , 022040 (2019).

    Google Scholar

  • 15.

    Cheng, T. H. et al. Разработка привода IPMC для взмахивающего движения стрекозы. Доп. Матер. Рез. 150–151 , 1301–1304 (2010).

    Артикул Google Scholar

  • 16.

    Кели, В., и др. . Изготовление и характеристика крыла с приводом IPMC для машущего движения бабочки. В проц. SPIE 10594, Электроактивные полимерные приводы и устройства , Vol. 3, 10594 (2018)

  • 17.

    Bennett, M. & Leo, D. Морфологическая и электромеханическая характеристика композитов ионная жидкость/полимер Nafion. В проц. SPIE-Международное общество оптической инженерии, Vol. 5759, 506–518 (2005).

  • 18.

    Еников Е.T. & Seo, GS. Экспериментальный анализ тока и деформации ионообменных полимерно-металлокомпозитных приводов. Экспл. мех. 45 , 383–391 (2006).

    Артикул Google Scholar

  • 19.

    Парк, И.-С. и др. Визуализация миграции катионов в ионном композите полимер-металл под действием электрического поля. Заяв. физ. лат. 96 (4), 043301 (2010).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • 20.

    Ли, Х. и др. Управление движением капсулообразного подводного робота с использованием свойств качания ионно-полимерных металлокомпозитных приводов. Дж. Бионический инженер. 17 (2), 281–289 (2020).

    Артикул Google Scholar

  • 21.

    Чон, Дж.-Х. и др. Изготовление и приведение в действие ионно-полимерных металлических композитов, сформированных путем сочетания гальванического покрытия с химическим осаждением. Композ.Приложение науч. Произв. 39 (4), 588–596 (2008).

    Артикул Google Scholar

  • 22.

    Bar-Cohen, Y. et al. Привод IPMC с секторным электродом для изгиба и скручивания. Электроакт. Полимерные исполнительные устройства 7642 , 764221–764229 (2010 г.).

    Google Scholar

  • 23.

    Росситер, Дж. и Мукаи, Т. Электростатическая и тепловая сегментация многосегментных датчиков-приводов IPMC. Электроакт. Полимерные исполнительные устройства (EAPAD) 7976 , 79761–79768 (2011).

    Google Scholar

  • 24.

    Пугал, Д., и др. . Моделирование и проектирование IPMC для крутящего движения: электромеханическая и механоэлектрическая трансдукция. В проц. SPIE Международное общество оптической инженерии 7976 (2011).

  • 25.

    Feng, G. H. & Zhan, Z. H. Обработанный при комнатной температуре спиральный ионный полимерно-металлический композиционный пружинный привод с париленовым рисунком и выбираемой активной областью. Умный мастер. Структура 23 (4), 045002 (2014).

    КАС Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • 26.

    Хаббард, Дж. Дж. и др. Монолитные плавники IPMC для движения и маневрирования в подводной робототехнике, созданной на основе биотехнологий. IEEE J. Oceanic Eng. 39 (3), 540–551 (2014).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • 27.

    Шин, Б.Х., Ким, Ю.С. и Ли, С.Ю. Метод формирования модели привода IPMC с использованием фрезерной обработки. Ключ инж. Матер. 706 , 68–72 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 28.

    Чанг, Л. и др. Ионный полимер с однослойными электродами: новая стратегия проектирования ионного привода. Умный мастер. Структура 27 (10), 105046 (2018).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google Scholar

  • Тонкопленочные электроды, изготовленные из микрочастиц, показывают терапевтические перспективы что активность гиппокампа мозга состоит из волн, которые распространяются в двух направлениях во время выполнения поведенческих задач.Эти тонкопленочные массивы микросеток предназначены не только для размещения на поверхности мозга, как это было при измерении мозговых волн гиппокампа, но и достаточно гибки, чтобы установить тесный контакт с топографией поверхности мозга.

    Совсем недавно, в статье, опубликованной в Journal of Neural Engineering , исследователи обнаружили, что эта гибкость в сочетании с более высокой плотностью интервалов сетки обеспечивает более высокий уровень детализации того, как работает мозг, а также дает возможность стимулировать области. головного мозга при эпилепсии и других неврологических расстройствах.Статья была написана исследователями Калифорнийского университета в Сан-Франциско Кристен Селлерс, Джейсоном Чангом и Хизер Доус из лаборатории Эдварда Чанга; и исследователи LLNL Дженни Чжоу и Майкл Триплетт, работающие под руководством руководителя группы Implantable Microsystems Рази Хака.

    Тонкопленочные микроэлектрокортикографические поверхностные массивы содержат 32 электрода диаметром 1,2 мм с шагом (расстояние между их центрами) всего 2 мм, обеспечивая более высокий уровень пространственной специфичности и локализации, чем коммерческие электроды. массивы.Поскольку гибкость и размер тонкопленочных массивов позволяют добавлять к массиву еще десятки электродов, авторы утверждают, что описанный подход к производству и сборке имеет большие перспективы для получения уникальной информации, которая позволит настраивать, уточнять пространственное нацеливание на различные объекты. областей мозга — с последствиями для клинических и исследовательских приложений, включая внутричерепную стимуляцию.

    «Тесное сотрудничество между UCSF и LLNL позволяет проводить быстрые циклы итераций дизайна и интраоперационного тестирования, выясняя, какие функции массивов можно оптимизировать для лучшего измерения и понимания активности мозга», — отметил Селлерс.

    Метод микрообработки LLNL отличает эти тонкопленочные массивы от их коммерческих аналогов: они формируются с помощью процесса 2,5D, при котором плоские слои материалов — в данном случае полимеров и металлов — наносятся в соответствии с шаблоном, а затем травятся, чтобы определить их окончательную форму. как функциональные устройства. Поскольку с помощью этой технологии производства можно одновременно изготовить много маленьких тонкопленочных электродов, они по существу идентичны, так что, по словам авторов, «они демонстрируют превосходную согласованность между электродами и между устройствами», что обеспечивает повышенная точность как в восприятии, так и в нацеливании на различные изучаемые области мозга.

    Данные исследователей показывают, что новые тонкопленочные массивы передают сигналы более высокого качества, чем их коммерческие аналоги, отчасти потому, что дополнительная гибкость помогает электроду лучше соответствовать коре головного мозга, устанавливая более тесный контакт между мозгом и массивом, так что нейронная активность легче передается между ними. Точно так же передаче способствует равномерная жесткость тонкой пленки, связанная с тем, что металлические проводники в электродах равномерно распределены, а не перемешаны в форме объемного металла, что в коммерческих массивах способствует переменной и более экстремальной жесткости, которая предотвращает их лежание. плоские на поверхности мозга.По словам исследователей, гибкость, которая обеспечивает лучший контакт с корой, также позволяет формировать массив в цилиндрическую форму, чтобы его можно было вставить в мозг.

    Чтобы оценить сравнительные возможности коммерческих электродных решеток по сравнению с тонкопленочными решетками, исследователи собрали данные о четырех пациентах с рефрактерными судорогами, которые готовились к операции по лечению височной эпилепсии.

    Поверхностные массивы из 32 электродов были установлены трем пациентам для тестирования, а цилиндрические глубинные массивы — также с 32 контактами — были протестированы у трех пациентов.Экспериментаторы обнаружили, что «сигналы между соседними контактами в одном ряду или столбце поверхностного массива с шагом 2 мм имели коэффициенты корреляции ниже 1, что указывает на то, что даже во время высококоррелированной активности в состоянии покоя такая плотность электродов записывала уникальную информацию. ”

    Чтобы проверить, даст ли еще более высокая плотность электродов больше информации, авторы сравнили более близкие и удаленные друг от друга электроды в поверхностных массивах (соседние и диагонально расположенные пары) и обнаружили, что различия были значительными.Исследователи пришли к выводу, что будущие исследования могут предоставить новую информацию из более плотно расположенных поверхностных массивов. Аналогичный анализ массивов глубины также показал, что значительное количество новой информации было записано при регулировке шага глубины массива — электроды, вставленные глубже в мозг, давали другую информацию, чем соседние электроды на меньшей глубине.

    Несмотря на то, что на ответ на электрическую стимуляцию могут влиять различные факторы, такие как индивидуальные различия мозга, результаты показывают, что размер тонкопленочных электродов, как правило, позволяет получать более подробные данные и более целенаправленную стимуляцию тканей.Как говорят авторы: «Наши интраоперационные исследования ощущений и стимуляции, проведенные у четырех пациентов, показали, что эти массивы с более высокой плотностью обеспечивают дополнительную воспринимаемую информацию и больший контроль над пространственным распространением стимуляции». Исследователи сочли результаты важными, поскольку использованию электрокортикографии в диагностических целях и терапевтической стимуляции препятствовали большие размеры (и, соответственно, более низкая плотность) коммерческих электродов. Как утверждается в документе, микропроизводство массивов тонкопленочных электродов может решить эти проблемы масштабируемости.

    Работа является кульминацией многолетних усилий, которые являются частью программы SUBNETS (Системная нейротехнология для новых методов лечения) DARPA (Агентство перспективных оборонных исследований), первоначально созданной для изучения расстройств настроения, таких как посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР). , депрессия и тревога, а также хроническая боль. Это исследование способствует достижению долгосрочных целей программы SUBNETS, способствуя «замкнутому» подходу к терапии — такому, при котором терапевтическая нервная стимуляция запускается только тогда, когда это необходимо, а не «включено» все время, как в открытой сети. -петлевая система.По словам Хака, системы с открытым циклом могут со временем стать неэффективными, поскольку мозг привыкает к стимулу, а побочные эффекты более распространены в подходе с открытым циклом. Имплантируемые массивы, описанные в документе, допускают настройку, которая может лучше соответствовать и удовлетворять индивидуальные потребности, например те, которые предназначены для исследований при финансировании SUBNETS.

    Aimee Fountain

    Разработка гибкого неметаллического электрода для клеточной стимуляции и регистрации

    Сенсоры (Базель).2016 Октябрь; 16(10): 1613.

    Cihun-Siyong Alex Gong

    1 Факультет электротехники, Школа электротехники и вычислительной техники, Инженерный колледж, Университет Чан Гун, Таоюань 33302, Тайвань; [email protected]

    2 Группа портативных энергетических систем, Исследовательский центр зеленых технологий, Инженерный колледж, Университет Чан Гун, Таоюань 33302, Тайвань

    3 Отделение офтальмологии, Мемориальный госпиталь Чан Гун, Филиал Линькоу , Таоюань 33304, Тайвань; мок[email protected]

    Wun-Jia Syu

    4 Выпускник Института медицинской мехатроники, Инженерный колледж, Университет Чан Гунг, Таоюань 33302, Тайвань; [email protected]

    Кин Фонг Лэй

    4 Выпускник Института медицинской мехатроники, Инженерный колледж, Университет Чан Гун, Таоюань 33302, Тайвань; [email protected]

    5 Кафедра машиностроения, Инженерный колледж, Университет Чанг Гун, Таоюань 33302, Тайвань

    6 Кафедра радиационной онкологии, Мемориальный госпиталь Чан Гун, Линькоу Филиал, Таоюань 33304, Тайвань

    6

    Yih-Shiou Hwang

    3 Отделение офтальмологии, Мемориальный госпиталь Chang Gung, Linkou Branch, Taoyuan 33304, Тайвань; мок[email protected]

    7 Выпускник Института клинических медицинских наук, Медицинский колледж, Университет Чан Гун, Таоюань 33302, Тайвань

    Александр Стар, академический редактор

    1 Факультет электротехники, Школа электротехники и вычислительной техники Инженерия, Инженерный колледж, Университет Чан Гун, Таоюань 33302, Тайвань; [email protected]

    2 Группа портативных энергетических систем, Центр исследований зеленых технологий, Инженерный колледж, Университет Чанг Гун, Таоюань 33302, Тайвань

    3 Отделение офтальмологии, Мемориальный госпиталь Чан Гун, филиал Линкоу, Таоюань 33304, Тайвань; мок[email protected] 4 Выпускник Института медицинской мехатроники, Инженерный колледж, Университет Чан Гун, Таоюань 33302, Тайвань; [email protected]

    5 Факультет машиностроения, Инженерный колледж, Университет Чанг Гун, Таоюань 33302, Тайвань

    6 Кафедра радиационной онкологии, Мемориальный госпиталь Чанг Гун, Линькоу, Таоюань 33304, Тайвань

    Тайвань 7 Выпускник Института клинических медицинских наук, Медицинский колледж, Университет Чан Гун, Таоюань 33302, Тайвань

    Поступила в редакцию 6 августа 2016 г.; Принято 23 сентября 2016 г.

    Авторские права © 2016 принадлежат авторам; лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья цитировалась другими статьями в PMC.

    Abstract

    В этом исследовании представлен метод изготовления гибких электродов для одновременной стимуляции и измерения клеточных сигналов в клетках сетчатки. В настоящее время большинство приложений с несколькими электродами основаны в основном на травлении, но используемые металлы обладают определенной степенью хрупкости, что делает их склонными к растрескиванию при длительном давлении. В этом исследовании предлагается использовать чернила из хлорида серебра в качестве проводящего металла и полидиметилсилоксан (ПДМС) в качестве подложки, чтобы обеспечить электродам повышенную степень гибкости, позволяющую им изгибаться.Эта структура разделена на электродный слой, изготовленный из чернил PDMS и хлорида серебра, и слой пленочного покрытия PDMS. PDMS можно смешивать в разных пропорциях для изменения степени жесткости. Предлагаемый метод включал три этапа. Первый этап включал изготовление электрода с использованием чернил из хлорида серебра в качестве проводящего материала и использование компьютерного программного обеспечения для определения размера электрода и механизмов микрогравировки для создания рисунка электрода. Полученный однородный рисунок PDMS затем запекали на модели, а канал потока заполняли проводящим материалом перед сушкой на воздухе для получения необходимого электрода.На втором этапе мы протестировали электрод, используя анализатор импеданса для измерения циклической вольтамперометрии и импеданса электрода. На третьем этапе были проведены механические испытания и испытания на биосовместимость для определения свойств электродов. Это исследование направлено на создание гибкого неметаллического чувствительного электрода, который идеально подходит для использования в различных измерительных приложениях.

    Ключевые слова: серебряные чернила, PDMS, клетка, стимуляция, запись, гибкий

    1. Введение

    широкий спектр научных областей, стремящихся разработать недорогие средства быстрого изготовления электродов, способных обнаруживать в микронном масштабе [1,2].В системе обнаружения наиболее важным компонентом является тот, который вступает в непосредственный контакт с тестируемым веществом, поэтому производительность электрода обнаружения определяет общую производительность системы. Идеальный чувствительный электрод требует эффективной стимуляции или регистрации результатов, высокой стабильности и биосовместимости, и разработка чувствительных электродов постепенно развивалась, чтобы удовлетворить эти требования.

    Разработка интегрированных систем для чувствительных электродов для использования в биологических науках и технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС) [3] идет быстрыми темпами, и в настоящее время чувствительные электроды широко используются в различных формах.Чувствительные электроды можно условно разделить на пластинчатые и гибкие электроды. В первом особое внимание уделяется крупномасштабному выборочному тестированию для использования с тестовым оборудованием для одновременного тестирования нескольких наборов данных. Последний используется для проведения контактных испытаний без повреждения измеряемого тела. В ранних электродах использовались жесткие подложки [4], но был разработан ряд различных электродов, чтобы приспособиться к сложности текущих образцов для испытаний. Электроды используются на входе системы для прямого контакта с измеряемым образцом, что позволяет серверу системы легко получать параметры измерения.Долговечность электродов в значительной степени зависит от условий эксплуатации, поэтому для поддержания электродов в их нормальном рабочем состоянии необходимо использовать материалы, которые остаются пригодными для использования в течение длительного времени при регулярном воздействии ряда потенциально вредных веществ, включая электролиты, кислоты, щелочи и коррозионно-активные материалы. Кроме того, важным фактором является биосовместимость материала, и материал электрода не должен выделять токсичных веществ или разрушаться при использовании [5]. Разработано много новых методов изготовления электродов.В современных процессах обработки электродов в качестве основного проводящего материала в основном используются инертные металлы, в том числе платина, золото, оксид иридия и т. д. [6,7,8]. Эти материалы обладают хорошей биосовместимостью и широко применяются в производстве микроэлектродов, но такие устройства подвержены окислению и коррозии при длительном использовании. В последнее время наблюдается быстрое развитие производства гибких сенсорных электродов. Как упоминалось в предыдущем разделе, хотя металлы широко применяются в чувствительных электродах, они не нашли широкого применения в гибких чувствительных электродах, поскольку коэффициент расширения между материалами вызывает их легкое растрескивание во время производства, что отрицательно влияет на проводимость [9].Поэтому исследователи начали искать альтернативные проводящие материалы, такие как углеродные нанотрубки, чернила из хлорида серебра и т. д. [10,11,12,13,14], а также нехрупкие материалы или гибкие материалы подложки, такие как ПЭТ, полиимид (ПИ) и полидиметилсилоксан (ПДМС) [15,16,17] для решения этих проблем при улучшении биосовместимости, гибкости и выносливости.

    Это исследование было направлено на разработку электрода с использованием гибкого неметаллического материала, который можно использовать для стимуляции клеток во время записи.Поскольку электрод находится в контакте с клетками в течение длительного времени, исключение биологической токсичности и максимальное увеличение срока службы электрода являются ключевыми соображениями для сведения к минимуму вреда для клетки. По сравнению с обычными электродами предлагаемый электрод характеризуется дешевизной изготовления, простой конструкцией и высокой гибкостью. Он использует PDMS в качестве подложки, а рисунок электрода, выгравированный на подложке, приклеивается к проводящему материалу, что сокращает время производства. ПДМС используется для достижения высокой пластичности и мягкости, что делает электрод устойчивым к растрескиванию во время использования, таким образом, предлагаемый сенсорный электрод можно использовать для одновременной стимуляции клеток и регистрации, что позволяет использовать его в широком спектре тестов на различных поверхностях.

    2. Обзор литературы

    Гибкий электрод определяется как электрод, который может деформироваться под действием силы без нарушения функции электрода. Во многих исследованиях электроды часто изготавливают из стекла, кремниевых подложек, полимеров и других материалов. В последние годы дополнительный интерес был сосредоточен на использовании гибких материалов. По сравнению с обычными материалами подложки гибкие материалы недороги, легки и пластичны, что позволяет электродам измерять объекты с различной геометрией поверхности.В этом разделе представлен обзор литературы по использованию гибких проводящих материалов в производстве электродов.

    С развитием технологий МЭМС чувствительные электроды стали производиться из различных металлических материалов, включая платину, золото и оксид иридия [6,8]. Эти материалы в настоящее время используются в широком спектре электродов, что значительно расширяет спектр потенциальных применений. Тем не менее, самые важные факторы при выборе чувствительных электродов — это стоимость производства и чувствительность.Таким образом, несмотря на высокую чувствительность этих электродов на основе металлов, затраты на их производство непомерно высоки. Поэтому в последние годы многие исследователи сосредоточились на разработке новых электропроводящих материалов, позволяющих создавать гибкие неметаллические электроды. Чтобы оптимизировать характеристики проводимости и обеспечить безопасность операций зондирования, исследователи в основном сосредоточились на максимальной долговечности и биосовместимости материалов для использования в электростимуляции и записи измерений.В этом исследовании представлен обзор научной литературы по использованию гибких неметаллических материалов в электродах, обычно используемых для стимуляции.

    2.1. Неметаллические электроды

    За последние несколько лет сообщалось о серии экспериментов с неметаллическими электродами. Металлические материалы могут влиять на свойства клеток с точки зрения биосовместимости и цитотоксичности. Во многих исследованиях изучались технологии биологических датчиков. В 2012 году Чжу и соавт. [18] использовали полиимид (PI) для формирования карбидной пленки в качестве проводящего материала.Для формирования электродной проволоки был использован процесс формирования полиимидного рисунка желтого света с последующей высокотемпературной обработкой при 900 ° C для карбонизации PI. Во время последующего процесса желтого света в результате травления образовалась гибкая матрица углеродно-нейронных микроэлектродов. В этом исследовании для изготовления электрода использовался один материал, что снизило требования к материалам. Использование гибких пленок нейронных микроэлектродов значительно улучшило электрохимическую стабильность, в отличие от традиционных гибких нейронных микроэлектродов, изготовленных из электропроводящего металла.Кроме того, Da Silva et al. [19] разработали недорогие электроды для струйной печати с использованием Ag/AgCl в качестве проводящего материала, напечатанные на гибкой бумаге и ПЭТФ, что повысило стабильность и долговечность, а результаты показали непрерывные электрохимические измерения в течение 30 минут. При относительно стабильных условиях хранения электроды можно надежно использовать для измерений после 30 дней использования. Этот материал подходит для крупномасштабного производства и проектирования ряда электродов. В текущих исследованиях Ag/AgCl является наиболее часто используемым материалом для электродов сравнения, обеспечивая хорошую безопасность, хорошую стабильность и простоту производства.

    2.2. Гибкие электроды

    В гибких электродах степень гибкости является ключевым фактором, определяющим характеристики электрода. Вообще говоря, импеданс изменяется в зависимости от площади поперечного сечения и длины. Приложение внешней силы к электроду также изменяет прогиб. Что касается импеданса электрода, химические характеристики электропроводности также меняются, что повышает необходимость изучения технических решений для оптимизации гибкости, чтобы избежать влияния на работу электрода.В 2009 году исследователи использовали ПДМС в качестве подложки для создания геометрической матрицы микроэлектродов, используя осаждение паров желтого света для нанесения золотого электрода на подложку ПДМС. Затем они использовали процессы изготовления желтого света для создания массива микроэлектродов с трехуровневой структурой [17]. Эта матрица имела вдавленный электрод, обеспечивающий равномерную плотность тока во время процесса стимуляции. Величина плотности тока влияет на скорость коррозии электрода и, таким образом, потенциально вызывает повреждение тканей.Кроме того, Чоу и соавт. [20] разработали деформируемую электродную решетку на основе подложки PDMS. Полимер парилена использовали в качестве металлического плакирующего слоя, а электродную структуру на подложке из ПДМС покрывали слоем парилена. Для осаждения металла использовали осаждение из паровой фазы, после чего для формирования электрода использовали травление желтым светом. Затем самый верхний слой покрыли параиленом для получения четырехслойного металлического электрода, в котором парилен помогает предотвратить растрескивание в процессе производства.

    2.3. Применение электродов для стимуляции

    Электрическая стимуляция является многообещающим направлением в развитии технологий со многими потенциальными применениями, такими как восстановление физиологических функций и индукция гиперплазии в тканях. Стимулирующие электроды требуют введения достаточного заряда, чтобы вызвать реакцию возбуждения, при этом минимизируя повреждение тканей в месте контакта. Поэтому выбор материала электрода является ключевым моментом, а функция стимуляции определяется емкостью накопления заряда (CSC) [21].Таким образом, электродный материал с высоким CSC позволяет миниатюризировать электрод, обеспечивая более высокую плотность тока и, таким образом, позволяя работать в безопасном диапазоне напряжения, чтобы избежать электролиза и уменьшить повреждение места стимуляции. В 2012 году Неги и соавт. [22] разработали массив нервных электродов, используя оксид иридия (IrOx) для поверхности электрода для изготовления пленочного слоя. Они производили два типа пленок: пленку из напыленного оксида иридия (SIROF) и пленку из активированного оксида иридия (AIROF).Они нанесли массивы электродов на эти пленки, чтобы провести оценку электрохимических характеристик и сравнить применимость электродных материалов. Кроме того, Луо и соавт. [23] использовали композитные материалы для успешного изготовления проводящего покрытия на массиве микроэлектродов. Они использовали полимерный наноматериал (3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT), смешанный с углеродными нанотрубками, в качестве проводящего материала, который был нанесен на платиновый электрод. Электрохимические измерения показали, что композит PEDOT/CNT обладает отличной стабильностью, без трещин или расслаивания, что привело к значительному улучшению способности инжекции заряда.

    В этом разделе обсуждаются направления исследований в области гибких материалов, неметаллических электродов и стимулирующих электродов. Обзор литературы показал, что в большинстве чувствительных электродов используются металлические материалы, и что технологии для таких металлических электродов для измерений достаточно отработаны. Однако чувствительные электроды изготавливаются с использованием процессов производства полупроводников, которые характеризуются высокой сложностью и стоимостью. Поэтому многие исследователи стремились открыть альтернативные проводящие материалы, включая проводящие чернила, чтобы обеспечить хорошую электропроводность, высокую чувствительность, низкую стоимость, упрощенное производство и высокую биосовместимость.Поэтому в этом исследовании в качестве проводящего материала для изготовления электродов используется Ag/AgCl. Полученные электроды не только обеспечивают хорошие уровни обнаружения, но и не влияют на последующие эксперименты. ПДМС отличается высокой биосовместимостью, структурной стабильностью и пластичностью, а производство электродов на основе ПДМС является относительно простым и быстрым. Поэтому в этом исследовании предлагается разработать подложку PDMS для производства гибкого неметаллического электрода с использованием Ag/AgCl. Предлагаемый метод может быть использован для создания полностью сформированного чувствительного электрода, который можно наносить на широкий спектр поверхностей для различных испытаний.

    3. Характеристики материала PDMS

    Характеристики материала PDMS были проанализированы с использованием машины для испытаний на растяжение. Деформацию образцов ПДМС при различных соотношениях смешивания ПДМС исследовали под давлением. Мы описываем экспериментальный дизайн и процедуру изготовления колонок PDMS с различными соотношениями смешивания с последующим использованием машины для испытаний на растяжение (JSV-h2000, Japan Instrumentation System, Sakurai-shi, Япония) для количественной оценки результатов сжатия для различных соотношений PDMS.Это исследование направлено на разработку гибкого электрода из высоко биосовместимого ПДМС (Sylgard ® 184, Dow Corning, Оберн, Мичиган, США) для использования на биологических образцах. Модуль Юнга ПДМС составляет 0,4–1,0 МПа, что близко к биологической ткани. Высокая пластичность ПДМС позволяет адаптировать его к биологическим тканям различной формы, что позволяет полученному электроду изгибаться и плотно прилегать к образцу [24]. Лей и др. [25] исследовали механические свойства ПДМС при различных соотношениях компонентов смеси.Основываясь на результатах, экспериментальный анализ гибкости для PDMS, проведенный в настоящем исследовании, был основан на пяти различных соотношениях смешивания по массе следующим образом: 12:1, 14:1, 15:1, 16:1 и 18:1. Готовый раствор PDMS был замешан в самодельной цилиндрической форме. Жидкость удаляли вакуумированием воздуха, а затем форму помещали в конвекционную печь для отверждения в течение 1 ч при 70 °C для получения цилиндрического образца диаметром 12 мм, высотой 10 мм и объемом 1,13 см . 3 .Производственный процесс показан на .

    Процесс производства цилиндрического образца PDMS; ( a ) Смесь ПДМС была приготовлена ​​путем смешивания преполимера ПДМС и отвердителя; ( b ) Пузырьки удаляли из смеси PDMS с помощью вакуумной откачки; ( c ) Смесь ПДМС заливали в форму из ПММА; ( d ) ПДМС затвердевает при нагревании в печи при 70 °C в течение 1 часа; ( e ) Цилиндрический образец ПДМС был извлечен из формы из ПММА.

    Для проведения анализа напряжений и деформаций материала PDMS использовалась машина для испытаний на растяжение.Различные весовые соотношения PDMS приводят к разной устойчивости к стрессу и деформации. Образцы PDMS были испытаны в ограниченном диапазоне сжатия при постоянной скорости движения, наблюдая за изменениями давления для каждого соотношения веса. Экспериментальные параметры включали компрессию 2 мм и скорость движения 1 мм/мин. Результаты испытаний показаны в . Весовое соотношение 12:1 дает максимальный наклон (напряжение/деформация), что указывает на то, что это соотношение ПДМС относительно менее легко сжимается, в то время как весовое соотношение 18:1 имеет наименьший наклон (напряжение/деформация), что указывает на то, что это соотношение ПДМС легче сжимается.Таким образом, экспериментальные результаты показали, что меньшее весовое отношение ПДМС увеличивает жесткость и снижает сжимаемость, но лучше выдерживает максимальное давление. Результаты анализа напряжения-деформации показали, что соотношение 12:1 имело лучшую прочность, тогда как 15:1 было слабее, чем 12:1 и 14:1, с лучшей пластичностью. Хотя отношения 16:1 и 18:1 имели лучшую пластичность, их общая прочность была низкой, что вызывало опасения по поводу потенциальной поломки электрода. Поэтому в настоящем исследовании для последующих экспериментов было выбрано весовое соотношение 15:1.

    Результаты анализа напряжения-деформации материалов ПДМС в различных весовых соотношениях.

    4. Материалы и методы

    4.1. Экспериментальные материалы и оборудование

    Материалами и оборудованием, использованными в этом исследовании, были PDMS (Sylgard ® 184, Dow Corning, Auburn, MI, USA), чернила на основе хлорида серебра (AGCL-675, Conductive Compounds, Hudson, NH, USA), Стерильный раствор (Alcon, Форт-Уэрт, Техас, США), машина для испытания на растяжение (JSV-h2000, Japan Instrumentation System, Sakurai-shi, Япония), гравер с ЧПУ (EGX-400, Roland, Япония), плазменная машина для склеивания пластин (плазменная очиститель, Harrick Plasma, Итака, штат Нью-Йорк, США), анализатор импеданса (Versa STAT4, Princeton Applied Research, Ок-Ридж, Теннесси, США) и установка для центрифугирования (TAA-00053, Pentad Scientific, город Синь-Чу, Тайвань).В процессе производства электродов материалы промывали деионизированной водой, и все производство происходило при комнатной температуре (25 °C).

    4.2. Конструкция гибких электродов

    Гибкие электроды были изготовлены с использованием технологии микрофлюидных каналов с формованием реплики. Форма была изготовлена ​​из полиметилметакрилата (ПММА) с использованием гравировального станка с ЧПУ. Электродный слой определял размер электрода с помощью проводящей серебряной пасты, используемой для обеспечения увеличенной площади сцепления, что увеличивало емкость накопления тока.Как отмечалось ранее, в соответствующей литературе проводящие материалы в значительной степени упускаются из виду. Таким образом, для наблюдения за влиянием гибкости электрода на стимулирующий ток требовался относительно большой рабочий электрод. Чтобы изучить влияние площади поверхности рабочего электрода на ток стимуляции, в этом исследовании были изготовлены электроды с рабочей площадью 0,785 мм 2 и 3,14 мм 2 . Рабочий электрод был окружен вспомогательным электродом для формирования гибкого электрода, который может как принимать сигналы, так и стимулировать (длина: 23 мм, расстояние между электродами: 0,5 мм).7 мм, высота: 0,5 мм). Канал был заполнен проводящей серебряной пастой в качестве проводящего материала для гибкого электрода, состоящего из двухслойной структуры из материала ПДМС. Верхний слой покрывал вывод электрода, чтобы оголенные провода не влияли на результаты измерений. Анализатор импеданса был включен в клемму электрода для наблюдения и регистрации физиологических изменений во время стимуляции клеток, поскольку ток создает цепь внутри электрода. Гибкий электрод показан на .

    Концептуальный чертеж гибкого электрода.

    4.3. Производство гибких электродов

    В этом исследовании для изготовления гибких электродов потребовалось несколько ключевых процессов, включая мягкую литографию, впрыск чернил хлорида серебра в слой электрода и соединение электрода/слоя покрытия PDMS. Электродный слой был изготовлен с использованием мягкой литографии. Материал представлял собой ПДМС при весовом соотношении преполимера ПДМС и отвердителя 15:1. Смесь ПДМС помещали в вакуумную камеру, которую вакуумировали до тех пор, пока не исчезли все пузырьки в смеси.Затем его заливали в форму из ПММА, изготовленную с помощью микрогравера. Затем форму помещали в центрифугу со скоростью 500 об/мин на 20 с. Затем ПДМС выпекали в течение 1 часа и вынимали из формы. Затем в каналы электродного слоя вводили чернила из хлорида серебра, чтобы гарантировать, что ток для стимуляции клеток и записи может подаваться и приниматься без растрескивания электрода при его изгибе. Соединение PDMS слоев электрода/покрытия покрыло чернила из хлорида серебра PDMS для изоляции провода.Толщина PDMS контролировалась для получения тонкой пленки, которая не ограничивала изгиб электрода.

    В этом исследовании использовались чернила с хлоридом серебра. Это биосовместимый клей в качестве проводящего материала для гибкого электрода. Токопроводящий материал должен быть равномерно введен в углубление электродного слоя. Чернила из хлорида серебра обладают высокой вязкостью, поэтому для обеспечения равномерного впрыска их необходимо разбавлять до вязкости путем смешивания с органическим растворителем, таким как метанол, в соотношении 1:1 путем перемешивания в ультразвуковом вибраторе в течение 30 мин.Затем его вводили в микрофлюидный канал электродного слоя PDMS. Излишки хлорсеребряной краски соскребали, а электрод сушили на воздухе в течение ночи. Готовое устройство показано на .

    Фотография гибких электродов.

    Размер гибких электродов определялся микрогравировальным станком. Полученный в результате процесс был простым и имел высокий уровень успеха в производстве гибких электродов, устойчивых к растрескиванию. В большинстве предыдущих исследований по производству гибких электродов ПДМС непосредственно осаждался путем осаждения из паровой фазы или напыления на материал электрода [26, 27], но эти методы, вероятно, приводили к растрескиванию, поскольку, хотя ПДМС был эластичным материалом, его коэффициент расширения значительно отличался. по сравнению с металлическими материалами, поэтому деформация металлической поверхности может легко привести к трещинам, что влияет на непрерывность электрода.Расширение производства может еще больше усугубить эти проблемы, что приведет к снижению урожайности. Использование методов микрогравировки для производства гибких электродов было относительно более простым и имело более высокий выход. Таким образом, предлагаемый способ имеет преимущества простоты и высокой производительности.

    4.4. Электрохимические свойства

    Спектроскопия электрохимического импеданса (ЭИС) является важным методом электрохимических испытаний [28], который использует очень небольшие обмены синусоидальными сигналами для определения значения сопротивления между двумя электродами, обычно в диапазоне от пика до пика 5~10. мВ.Этот метод обеспечивает высокочувствительные, недорогие и простые процессы тестирования и может использоваться непосредственно в газах и жидкостях. Благодаря этим и другим преимуществам EIS на протяжении десятилетий стала важным инструментом для определения электрохимических свойств. При анализе электрохимического импеданса обычно используются измерения развертки с фиксированным напряжением, в первую очередь для электродов с очень слабыми сигналами переменного тока, поскольку чувствительный электрод теоретически не производит ненужного тока, поэтому реакция электрода не проявляется в процессе измерения, что делает EIS более привлекательным методом тестирования.

    Циклическая вольтамперометрия (ЦВА) — широко используемый метод электрохимического анализа. Его преимущество заключается в том, что электролитический метод, используемый для химического анализа, может проявлять электрохимические характеристики и контролировать их потенциал для обнаружения электрохимических реакций [29,30]. CV работает в ограниченном диапазоне потенциалов и представляет собой способ применения циклического потенциала. С самого начала потенциал прикладывается с фиксированной скоростью к конечному потенциалу, а затем с той же скоростью изменения используется для возврата к исходному потенциалу для формирования одного цикла.Потенциал перемещается туда и обратно, чтобы получить диаграмму ток-потенциал, которую можно использовать для дальнейших электрохимических исследований.

    Электрохимические свойства электрода являются ключевыми индикаторами воздействия стимула и записи сигнала. Хороший электрод имеет высокую стабильность, низкий импеданс и высокую емкость накопления заряда. В этом исследовании для проведения спектроскопии электрохимического импеданса и CV-анализа использовался анализатор импеданса. Для измерения использовали стерильный буферный раствор.Электрическое поле переменного тока 10 мВ с диапазоном частот сканирования от 1 кГц до 100 кГц использовали для измерения импеданса по току и реакции электрохимического детектирования на разных частотах.

    4.5. Биосовместимость электрода

    Для создания гибкого электрода для клеточной стимуляции и записи, который можно безопасно использовать в течение длительного времени, электрод должен обладать высокой степенью биосовместимости и нецитотоксичностью. Некоторые биологические материалы содержат растворимые вещества, которые могут вызвать воспаление и тканевую реакцию.В этом исследовании для оценки биосовместимости электрода использовали тест на выработку молочной кислоты. Животные производят энергию посредством субаэробного и анаэробного дыхания. Благодаря анаэробному дыханию клетки вырабатывают молочную кислоту. Молекулярный лактат (формула C 3 H 6 O 6 , масса Мора 89,07 г/моль) представляет собой водный раствор молочной кислоты, который высвобождает протоны с образованием ионов молочной кислоты. Организм вырабатывает энергию в основном в виде глюкозы. Как при аэробном, так и при анаэробном дыхании переносчик глюкозы 4 перемещает глюкозу в клетку, где гликолиз производит пируват в качестве предшественника производства энергии.При достаточном уровне кислорода процесс гликолиза можно разделить на три этапа: во-первых, глюкоза превращается в пируват, который затем вводится в митохондрии через цикл трикарбоновых кислот с образованием NADH и FADh3. Поскольку на этом этапе добавляется кислород, полученная энергия называется аэробным дыханием, которое является основным средством, с помощью которого организмы производят энергию. При аэробном дыхании одна молекула глюкозы производит 38 молекул аденозинтрифосфата (АТФ) [31]. Однако в разных средах клетки производят энергию по-разному.Аэробному дыханию требуется относительно много времени, чтобы вступить в силу, поэтому, когда организму не хватает кислорода или он подвергается интенсивной нагрузке в течение короткого периода времени, пировиноградная кислота с водородом используется для производства двух молекул АТФ [32], процесс, называемый анаэробным дыханием. Предыдущие исследования показали, что раковые клетки в основном получают энергию за счет анаэробного дыхания, а нормальное содержание молочной кислоты в крови составляет в среднем 1–2 ммоль/л. Исследования показали, что культуры различных раковых линий и раковых клеток могут секретировать молочную кислоту в супернатант, и, когда супернатант культивируется в течение нескольких дней, его содержание молочной кислоты и количество клеток демонстрируют значительную и положительную корреляцию [33].

    В этом исследовании тесты на биосовместимость проводились путем погружения гибких электродов в чашки Петри, содержащие клетки карциномы носоглотки (линия клеток: BM1). После сбора 100 мкл супернатанта клеточной культуры через 0, 24 и 48 ч его центрифугировали для удаления из культуральной среды лактатдегидрогеназы. Набор для анализа лактата (MAK065, Sigma, Сент-Луис, Миссури, США) использовали для последующего анализа молочной кислоты.

    5. Результаты и обсуждение

    5.1. Электрохимические свойства гибких электродов

    Для проверки полезности и стабильности разработанного гибкого электрода был использован анализатор импеданса для измерения изменения импеданса на разных частотах.показана установка испытательного оборудования, где для тестирования использовался стерильный буферный раствор (0,74% NaCl). Раствор капали на область обнаружения электрода. Проводящий раствор создавал цепь между рабочей поверхностью гибкого электрода и электродом сравнения, позволяя измерять изменения значения сопротивления. Зависимость импеданса от частоты электрода показана на рис.

    Импеданс, фазовый угол и частота электродов.

    При качании частоты от низкой к высокой регистрировалось сопротивление электрода при изменении частоты сигнала переменного тока.В этом исследовании площадь рабочей поверхности двух гибких электродов составляла 0,785 мм 2 и 3,14 мм 2 соответственно. После количественного анализа импеданса мы сравнили импеданс двух разных площадей поверхности электрода на частоте 1 кГц. Отношение импеданса составляло около 1,45, в основном из-за соотношения между площадью поверхности электрода и сопротивлением. При тех же условиях с уменьшением площади поверхности электрода сопротивление увеличивается. Таким образом, несмотря на то, что электроды с увеличенной площадью поверхности легче проектировать и изготавливать, их практическая полезность невелика.На частоте 1 кГц значения импеданса для электродов 0,785 мм 2 и 3,14 мм 2 составляли около 385,5 Ом и 265,7 Ом соответственно. Поскольку электрохимические свойства определяют эффективность сенсорного электрода, ключевым фактором, влияющим на стимулирующий эффект электрода, является CSC. Электрод с высоким CSC может производить эффективную стимуляцию в безопасном диапазоне напряжения и силы тока. Обычно CSC определяется CV на основе измерений, проведенных с помощью анализатора импеданса для определения диапазона напряжения и скорости сканирования.Мы установили скорость сканирования 10 мВ/с и 50 мВ/с для диапазонов напряжения ±0,6 В и ±2 В соответственно. показывает график CV для результатов измерения. Для расчета CSC используется следующая формула:

    CSC=1νA∫EcEa|i|dE(C/см2)

    где E — электродный потенциал, i — измеренный ток (Ампер), E a и E c — пределы анодного и катодного потенциалов (В) соответственно, A — геометрическая площадь электрода, ν — скорость сканирования.Результаты были подведены в . Рассчитанная емкость использовалась для определения максимально длительного диапазона тока гибкого электрода.

    Кривые циклической вольтамперометрии для различных площадей поверхности электродов в диапазоне напряжений ( a ) ±0,6 В и ( b ) ±2 В.

    Таблица 1

    ) в разных условиях.

    Диапазон напряжения/площадь 0,785 мм 2 3.14 мм 2
    ± 0.61029 ± 0,6 — 138.16 61.57 61.57 ± 2 v 86.98 86.98 54.14 54.14 54.14

    Для проверки ли стимуляция субтинального пространства может восстановить функцию сетчатки , Чоу и др. [34] имплантировали мешкообразный электрод для стимуляции зрительной коры. Площадь поверхности электрода составляла 3,6 мм 2 [35]. CSC удалось снизить до 2,8 нКл/см 2 . Это показало, что различные измерения площади поверхности электрода и материалы влияют на эффективность стимула.Электрод, разработанный в этом исследовании, был больше, чем в предыдущих исследованиях, но с точки зрения эффективности стимуляции предложенный электрод имел лучший CSC, что указывает на то, что предложенный гибкий неметаллический электрод обеспечивает лучший эффект стимуляции.

    Результаты электрохимических испытаний показали, что использование чернил из хлорида серебра в качестве проводящего материала в гибких электродах привело к повышению стабильности, в то время как увеличение CSC также увеличило стимуляцию, тем самым повысив безопасность и долговечность электрода.В тестах электрохимического импеданса изменения импеданса можно использовать для определения достоинств сигнала записи электрода, поскольку такие изменения могут определить, влияют ли на сигнал во время записи внешние помехи и влияет ли долговечность электрода на запись сигнала. Сигнал, полученный электродом, представляет собой обратную связь после клеточной стимуляции, которая служит для проверки функции стимула. В процессе измерения в качестве проводящего раствора для проверки электрода используется стерильный раствор BBS (физиологический раствор).Типичный живой организм состоит из бесчисленного множества веществ, таких как эритроциты, сывороточные белки, углеводы и т. д. Поэтому использование стерильного буферного раствора служит лишь ориентиром для исследований. Мы надеемся, что в будущем электроды можно будет применять в исследованиях in vivo для получения точных результатов измерений.

    5.2. Механические свойства гибкого электрода

    В этом исследовании был разработан мягкий гибкий электрод, который оставался неподвижным при работе в биологической среде.Результаты, показанные на рис., указывают на влияние гибкости на импеданс изготовленного мягкого гибкого электрода. Электроды изготавливались с радиусами дуги 15, 25 и 35 мм и плоской поверхностью 0 мм. Были проведены измерения изменения импеданса на различных поверхностях. Результаты показали, что импеданс не обнаружил существенной разницы при различных радиусах дуги. По мере изгиба электрода проволока подвергалась большей деформации. Без воздействия или повреждения электрода изгиб электрода вряд ли повлияет на поверхностный импеданс.

    Соотношение импеданса и частоты для различных радиусов кривизны дуги. ( a ) Площадь электрода 0,785 мм 2 ; ( b ) Площадь электрода 3,14 мм 2 .

    Кроме того, микроскопические наблюдения фронтального и поперечного видов электродов были исследованы с помощью вертикального микроскопа. Наблюдаемые результаты показаны на . Микроскопические изображения показали, что площадь поверхности готового электрода в 0,8 раза превышала первоначальный размер и составляла 0.в 2 раза больше первоначальной высоты. Разница в размерах между формой и электродом указывает на то, что размер формы должен быть изменен, чтобы максимизировать точность размера электрода.

    Поперечное сечение и вид спереди электрода с площадью поверхности ( a ) 0,785 мм 2 и ( b ) 3,14 мм 2 .

    5.3. Биосовместимость гибкого электрода

    Производство молочной кислоты в клеточном метаболизме можно использовать в качестве индикатора роста клеток.Результаты теста сравнения цвета молочной кислоты можно использовать для получения стандартов концентрации и абсорбции (ОП), которые затем используются для расчета кривой регрессии для введения содержания молочной кислоты, результаты показаны на рис. Затем собирали супернатант культуральной среды через 0, 24 и 48 часов. В ходе расширенного тестирования содержание молочной кислоты в экспериментальной группе и контрольной группе показало, что гибкие электроды не проявляли значительной клеточной токсичности ().

    Взаимосвязь между стандартной концентрацией молочной кислоты и значением OD.

    Экспериментальная группа сравнения Содержание молочной кислоты.

    6. Выводы

    В данном исследовании представлен гибкий электрод, изготовленный с использованием хлорсеребряных чернил в качестве проводящего материала. Методы микроканалов использовались для получения проводящего слоя и слоя покрытия, которые затем соединялись для получения готового гибкого электрода. Для этого метода требовались только чернила из хлорида серебра и PDMS, что позволило сократить расход образцов и материалов. По сравнению с обычными процессами производства электродов, предлагаемые электроды были изготовлены с использованием методов напыления и микроканалов, что упростило весь процесс.Наблюдение и анализ использовались для определения отношения напряжения к деформации для различных соотношений веса, чтобы определить подходящее соотношение смешивания для гибких электродов. Результаты электрохимических испытаний показали, что использование чернил с хлоридом серебра привело к повышению стабильности, а CSC также вызвал усиление стимуляции, что повысило безопасность и долговечность гибких электродов. Тесты на молочную кислоту в клеточных культурах также показали, что гибкие электроды обладают хорошей биосовместимостью и подходят для наблюдения и использования.Дальнейшая работа будет сосредоточена на дальнейшем совершенствовании структуры электрода и дальнейшем увеличении площади чувствительности для производства гибкого электрода с минимальным импедансом в небольшом пространстве для широкого спектра измерительных приложений.

    Благодарности

    Это исследование частично финансировалось за счет грантов Министерства науки и технологий (MOST) Тайваня в рамках грантов MOST 104-2221-E-182-044 и 105-2221-E-182-039. Эта работа также была частично поддержана Университетом Чанг Гунг (CGU) и Мемориальным госпиталем Чанг Гунг (CGMH) по контрактам BMRPC05 и CMRPD2F0101.

    Вклад авторов

    Cihun-Siyong Алекс Гонг написал рукопись и подтвердил результаты. Вун-Цзя Сю проводил эксперименты. Кин Фонг Лей руководил проектом. Йих-Шиу Хван работал консультантом.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Ссылки

    1. Duffy D.C., McDonald J.C., Schueller O.J., Whitesides G.M. Быстрое прототипирование микрожидкостных систем в поли(диметилсилоксане) Анал. хим. 1998;70:4974–4984.doi: 10.1021/ac980656z. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]2. Унгер М.А., Чоу Х.-П., Торсен Т., Шерер А., Квейк С.Р. Монолитные микроклапаны и насосы методом многослойной мягкой литографии. Наука. 2000; 288:113–116. doi: 10.1126/science.288.5463.113. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]3. Чоу Н., Бьюн Д., Ким С. Технологии микроэлектродов на основе МЭМС, способные проникать в нервные ткани. Биомед. англ. лат. 2014; 4:109–119. doi: 10.1007/s13534-014-0133-3. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]4. Кипке Д.Р., Веттер Р.Дж., Уильямс Дж.К., Хетке Дж.Ф. Матрицы внутрикорковых микроэлектродов на кремниевой подложке для долгосрочной регистрации импульсной активности нейронов в коре головного мозга. IEEE транс. Нейронная система. Реабилит. англ. 2003; 11: 151–155. doi: 10.1109/TNSRE.2003.814443. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]5. Коган С.Ф., Гузелян А.А., Агнью В.Ф., Юэн Т.Г., МакКрири Д.Б. Чрезмерная пульсация разрушает активированные пленки оксида иридия, используемые для внутрикортикальной нервной стимуляции. Дж. Нейроски. Методы. 2004; 137:141–150. дои: 10.1016/j.jneumeth.2004.02.019. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]6. Чжоу Х.-Б., Ли Г., Сунь Х.-Н., Чжу З.-Х., Цзинь К.-Х., Чжао Дж.-Л., Жэнь К.-С. Интеграция наностержней Au с гибкими массивами тонкопленочных микроэлектродов для улучшения нейронных интерфейсов. Дж. Микроэлектр. Сист. 2009; 18:88–96. doi: 10.1109/JMEMS.2008.2011122. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 7. Суанинг Г., Ловелл Н., Квок С. Изготовление платиновых сферических электродов во внутриглазном протезе с использованием высокоэнергетического электрического разряда. Сенсорные приводы A Phys.2003; 108: 155–161. doi: 10.1016/j.sna.2003.07.002. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]8. Коган С.Ф., Тройк П.Р., Эрлих Дж., Гасбарро С.М., Планте Т.Д. Влияние состава электролита на пределы введения заряда in vitro стимулирующими электродами из активированного оксида иридия (AIROF). Дж. Нейронная инженерия. 2007; 4: 79–86. doi: 10.1088/1741-2560/4/2/008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]9. Baek J.Y., Kwon G.H., Kim J.Y., Lee S.H., Sun K., Lee S.H. Стабильное осаждение и формирование рисунка металлических слоев на подложке PDMS и характеристика для разработки гибкого и имплантируемого микроэлектрода.Твердотельный феномен. 2007; 124–126: 165–168. doi: 10.4028/www.scientific.net/SSP.124-126.165. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 10. Kim J., Song X., Kinoshita K., Madou M., White R. Электрохимические исследования углеродных пленок из пиролизного фоторезиста. Дж. Электрохим. соц. 1998; 145:2314–2319. doi: 10.1149/1.1838636. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 11. Musameh M., Wang J., Merkoci A., Lin Y. Обнаружение стабильного NADH с низким потенциалом на электродах из стеклоуглерода, модифицированных углеродными нанотрубками. Электрохим. коммун. 2002; 4: 743–746.doi: 10.1016/S1388-2481(02)00451-4. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 12. Мроз А. Одноразовый электрод сравнения. Аналитик. 1998; 123:1373–1376. doi: 10.1039/a708992i. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 13. Какиучи Т., Йошимацу Т., Ниси Н. Новый класс электродов Ag/AgCl на основе гидрофобной ионной жидкости, насыщенной AgCl. Анальный. хим. 2007; 79: 7187–7191. doi: 10.1021/ac070820v. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Но Дж., Парк С., Бу Х., Ким Х.К., Чанг Т.Д. Нанопористый платиновый твердотельный электрод сравнения с послойным полиэлектролитным переходом для чипа, чувствительного к рН.Лабораторный чип. 2011; 11: 664–671. doi: 10.1039/C0LC00293C. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Лан В.-Дж., Максвелл Э.Дж., Пароло К., Бвамбок Д.К., Субраманиам А.Б., Уайтсайдс Г.М. Электроаналитические устройства на бумажной основе со встроенным стабильным электродом сравнения. Лабораторный чип. 2013;13:4103–4108. doi: 10.1039/c3lc50771h. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Чоу Н., Ким С. Метод изготовления растягивающихся и гибких электродов вне плоскости на основе PDMS; Материалы SPIE Micro/Nano Materials, Devices, and Systems 2013; Мельбурн, Австралия.8–11 декабря 2013 г. [Google Scholar] 17. Guo L., DeWeerth S.P. Конформные массивы микроэлектродов на основе PDMS с возможностью выбора новой трехмерной геометрии микроэлектродов для поверхностной стимуляции и записи; Материалы ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2009 г .; Миннеаполис, Миннесота, США. 3–6 сентября 2009 г. [PubMed] [Google Scholar] 18. Zhu Z.-H., Zhou L., Zhang H., Li G., Jin Q.-H., Zhao J.-L. Изготовление гибкой матрицы нейронных микроэлектродов на основе углеродной пленки.нанотехнологии. Точный англ. 2012;2:017. [Google Академия] 19. Да Силва Э.Т.С.Г., Мизерере С., Кубота Л.Т., Меркочи А. Простой твердотельный электрод сравнения Ag/AgCl, напечатанный на пластике/бумаге с помощью струйной печати. Анальный. хим. 2014;86:10531–10534. doi: 10.1021/ac503029q. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 20. Чоу Н., Ю С., Ким С. В значительной степени деформируемая решетка нейронных электродов поверхностного типа на основе PDMS. IEEE транс. Нейронная система. Реабилит. англ. 2013;21:544–553. doi: 10.1109/TNSRE.2012.2210560. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 21.Неги С., Бхандари Р., Рит Л., Сольцбахер Ф. Сравнение in vitro напыленного оксида иридия и имплантируемых нейральных микроэлектродных массивов с платиновым покрытием. Биомед. Матер. 2010;5:015007. doi: 10.1088/1748-6041/5/1/015007. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 22. Неги С., Бхандари Р., Сольцбахер Ф. Морфология и электрохимические свойства активированных и напыленных пленок оксида иридия для функциональной электростимуляции. J. Sens. Technol. 2012;2:138–147. doi: 10.4236/jst.2012.23020. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 23.Луо С., Уивер С.Л., Чжоу Д.Д., Гринберг Р., Цуй С.Т. Высокостабильный поли(3,4-этилендиокситиофен), легированный углеродными нанотрубками, для хронической нервной стимуляции. Биоматериалы. 2011;32:5551–5557. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.04.051. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]24. Брюггер Дж., Белякович Г., Деспонт М., Бибайк Х., Де Рой Н., Веттигер П. Недорогое уплотнительное кольцо из ПДМС для одностороннего жидкостного травления МЭМС-структур. Сенсорные приводы A Phys. 1998; 70: 191–194. doi: 10.1016/S0924-4247(98)00132-0.[Перекрестная ссылка] [Академия Google] 25. Лей К.Ф., Ли К.-Ф., Ли М.-Ю. Разработка гибкого емкостного датчика давления PDMS для измерения подошвенного давления. Микроэлектрон. англ. 2012; 99:1–5. doi: 10.1016/j.mee.2012.06.005. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 26. Луо К., Мэн Ф., Фрэнсис А. Изготовление и применение армированных кремнием шаблонов из ПДМС. Дж. Микроэлектрон. 2006; 37: 1036–1046. doi: 10.1016/j.mejo.2006.04.010. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 27. Luo C., Meng F., Liu X., Guo Y. Усиление мастера PDMS с использованием кремниевой пластины с оксидным покрытием.Дж. Микроэлектрон. 2006; 37: 5–11. doi: 10.1016/j.mejo.2005.06.012. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 28. Оразем М.Е., Триболлет Б. Спектроскопия электрохимического импеданса. Джон Уайли и сыновья; Хобокен, Нью-Джерси, США: 2008. [Google Scholar]29. Николсон Р.С. Теория и применение циклической вольтамперометрии для измерения кинетики электродных реакций. Анальный. хим. 1965; 37: 1351–1355. doi: 10.1021/ac60230a016. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 30. Хайнце Дж. Циклическая вольтамперометрия — «Электрохимическая спектроскопия». Новые аналитические методы (25) Angew.хим. Междунар. Эд. англ. 1984; 23: 831–847. doi: 10.1002/anie.198408313. [Перекрестная ссылка] [Академия Google] 31. Wei Y., Zhang Q., Bin C., Liang G.-T., Li W., Zhou X., Liu D. Исследование подкисления микроокружения с помощью микрофлюидного чипа с многослойной бумагой, поддерживаемой тканью рака молочной железы. Подбородок. Дж. Анал. хим. 2013;41:822–827. [Google Академия] 32. Чоу А.Ю., Чоу В.Ю. Субретинальная электрическая стимуляция сетчатки кролика. Неврологи. лат. 1997; 225:13–16. doi: 10.1016/S0304-3940(97)00185-7. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34.Вандер Хейден М.Г., Кэнтли Л.К., Томпсон К.Б. Понимание эффекта Варбурга: метаболические потребности пролиферации клеток. Наука. 2009; 324:1029–1033. doi: 10.1126/science.1160809. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]35. Пауэрс С.К., Хоули Э.Т. Физиология упражнений: теория и применение к фитнесу и производительности. 9-е изд. Макгроу-Хилл; Кливленд, Огайо, США: 2013. [Google Scholar]

    Дуговая сварка под флюсом (SAW) — Weld Guru

    Дуговая сварка под флюсом (SAW) — это процесс, в котором соединение металлов производится путем нагревания дуги или дуг между голый металлический электрод или электроды и работа.

    Дуга защищена одеялом из гранулированного легкоплавкого материала на рабочем месте.

    Давление не используется.

    Компоненты оборудования SAW, необходимые для дуговой сварки под флюсом, показаны на рис. 10-59.

    Оборудование состоит из сварочного аппарата или источника питания, устройства подачи проволоки и системы управления, сварочной горелки для автоматической сварки или сварочной горелки и кабеля для полуавтоматической сварки, бункера для флюса и механизма подачи, обычно системы регенерации флюса, и ходовой механизм для автоматической сварки.

    Источник питания для дуговой сварки под флюсом должен быть рассчитан на 100-процентный рабочий цикл, поскольку операции дуговой сварки под флюсом являются непрерывными, а продолжительность сварки может превышать 10 минут.

    Если используется источник питания с 60-процентным рабочим циклом, его номинальные характеристики должны быть снижены в соответствии с кривой рабочего цикла для 100-процентного режима работы.

    При использовании постоянного тока, переменного или постоянного, необходимо использовать систему подачи проволоки с электродом, чувствительным к напряжению.

    При использовании постоянного напряжения используется более простая система подачи проволоки с фиксированной скоростью.Система CV используется только с постоянным током.

    Используются как генераторные, так и трансформаторно-выпрямительные источники питания, но более популярны выпрямительные машины.

    Сварочные аппараты для дуговой сварки под флюсом в диапазоне от 300 до 1500 ампер.

    Они могут быть подключены параллельно для обеспечения дополнительной мощности для сильноточных приложений.

    Электроэнергия постоянного тока используется в полуавтоматических приложениях, а электроэнергия переменного тока используется главным образом в машинном или автоматическом методе.

    Системы с несколькими электродами требуют специальных типов цепей, особенно при использовании переменного тока.

    Для полуавтоматического применения сварочная горелка и кабель в сборе используются для подачи электрода и тока, а также для подачи флюса на дугу.

    Небольшой бункер для флюса прикреплен к концу кабельного узла.

    Электродная проволока подается через дно этого флюсового бункера через токосъемный наконечник к дуге.

    Флюс подается из бункера в зону сварки самотеком.

    Количество подаваемого флюса зависит от того, насколько высоко пистолет находится над изделием.

    Пистолет с бункером может иметь пусковой переключатель для начала сварки или может использовать «горячий» электрод, так что при прикосновении электрода к изделию подача начинается автоматически.

    Для автоматической сварки горелка крепится к двигателю механизма подачи проволоки и оснащена токосъемными наконечниками для передачи сварочного тока на электродную проволоку.

    Бункер для флюса обычно крепится к горелке и может иметь клапаны с магнитным приводом, которые могут открываться или закрываться системой управления.

    Другое иногда используемое оборудование может включать в себя тележку для путешествий, которая может быть простым трактором или сложным передвижным специализированным приспособлением. Обычно предусмотрена установка для рекуперации флюса, которая собирает неиспользованный флюс для подводной дуги и возвращает его в питающий бункер.

    Система дуговой сварки под флюсом может стать довольно сложной за счет включения дополнительных устройств, таких как повторители шва, ткацкие станки и рабочие вездеходы.

    Схема сварки под флюсом
    Рисунок 10-59. Блок-схема SAW (дуговая сварка под флюсом) Оборудование.

    Преимущества SAW

    Основные преимущества дуговой сварки под флюсом или дуговой сварки под флюсом:

    1. высококачественный сварной шов.
    2. чрезвычайно высокая скорость и скорость наплавки
    3. гладкий, равномерный сварной шов без брызг.
    4. мало или нет дыма.
    5. отсутствие вспышки дуги, поэтому минимальная потребность в защитной одежде.
    6. высокий коэффициент использования электродной проволоки.
    7. простая автоматизация для высокой производительности.
    8. нормально, без задействования манипулятивных навыков.
    Процесс сварки под флюсом для строительства длинных стальных свай для поддержки океанской платформы.

    Основные области применения SAW

    Процесс сварки под флюсом широко используется в производстве тяжелых стальных листов. Сюда входит сварка:

    • конструктивные элементы
    • продольный шов трубы большего диаметра
    • производство деталей машин для всех видов тяжелой промышленности,
    • производство сосудов и резервуаров для работы под давлением и хранения

    Он широко используется в судостроительной промышленности для соединения и изготовления узлов, а также во многих других отраслях промышленности, где используются стали средней и большой толщины.

    Также используется для наплавки и наплавки, технического обслуживания и ремонта.

    При сварке под флюсом флюс и проволока разделены. Оба влияют на свойства сварного шва, требуя от инженера выбора оптимальной комбинации для каждого проекта.

    Ограничения процесса

    Основным ограничением SAW (дуговой сварки под флюсом) является ограничение позиций сварки. Другое ограничение заключается в том, что он в основном используется только для сварки мягких и низколегированных высокопрочных сталей.

    Большое тепловложение и медленный цикл охлаждения могут стать проблемой при сварке закаленных и отпущенных сталей.При использовании дуговой сварки под флюсом необходимо строго соблюдать ограничение тепловложения рассматриваемой стали.

    Это может потребовать выполнения многопроходных сварных швов, тогда как однопроходный сварной шов был бы приемлем для низкоуглеродистой стали. В некоторых случаях экономические преимущества могут быть снижены до такой степени, что следует рассматривать дуговую сварку с флюсовой проволокой или какой-либо другой процесс.

    При полуавтоматической дуговой сварке под флюсом невозможность увидеть дугу и ванну может быть недостатком при достижении корня разделки и надлежащем заполнении или определении размеров.

    Демонстрация процесса сварки пилой.

    Принципы работы

    Процесс

    Процесс дуговой сварки под флюсом показан на рис. 10-60. Он использует тепло дуги между постоянно питаемым электродом и изделием.

    Рисунок 10-60: Схема процесса для SAW (дуговой сварки под флюсом)

    Тепло дуги плавит поверхность основного металла и конец электрода. Металл, расплавленный с электрода, переносится через дугу на заготовку, где он становится наплавленным металлом шва.

    Экранирование получается из слоя гранулированного флюса, который укладывается непосредственно на зону сварки. Флюс вблизи дуги плавится и смешивается с расплавленным металлом сварного шва, способствуя его очистке и укреплению.

    Флюс образует стеклообразный шлак, который легче по весу, чем наплавленный металл, и плавает на поверхности в качестве защитного покрытия.

    Сварной шов погружается под этот слой флюса и шлака, отсюда и название дуговой сварки под флюсом. Флюс и шлак обычно покрывают дугу так, что ее не видно.

    Нерасплавленную часть флюса можно использовать повторно. Электрод подается в дугу автоматически из катушки. Дуга поддерживается автоматически.

    Перемещение может быть ручным или машинным. Дуга инициируется плавким пуском или системой реверса или возврата.

    Нормальный метод применения и возможности позиционирования

    Наиболее популярным методом применения SAW является машинный метод, при котором оператор контролирует операцию сварки.

    Вторым по популярности является автоматический метод, при котором сварка выполняется нажатием кнопки.Процесс может применяться полуавтоматически; однако этот способ применения не слишком популярен.

    Процесс не может быть применен вручную, поскольку сварщик не может управлять невидимой дугой. Процесс сварки под флюсом представляет собой процесс сварки в ограниченном положении.

    Сварочные позиции ограничены, поскольку большая масса расплавленного металла и шлака очень жидкие и имеют тенденцию вытекать из соединения. Сварку можно легко выполнять в плоском положении и в горизонтальном угловом положении.

    В соответствии со специальными контролируемыми процедурами возможна сварка в горизонтальном положении, иногда называемом сваркой на 3 часа.

    Для этого требуются специальные устройства для удерживания флюса, чтобы расплавленный шлак и металл сварного шва не могли утечь. Процесс нельзя использовать в вертикальном или надземном положении.

    Свариваемые металлы и диапазон толщины

    Дуговая сварка под флюсом используется для сварки низко- и среднеуглеродистых сталей, низколегированных высокопрочных сталей, закаленных и отпущенных сталей и многих нержавеющих сталей.

    Экспериментально он использовался для сварки некоторых сплавов меди, никеля и даже урана.

    Металл толщиной от 1/16 до 1/2 дюйма (от 1,6 до 12,7 мм) можно сваривать без подготовки кромок. При подготовке кромок сварные швы можно выполнять за один проход на материале толщиной от 1/4 до 1 дюйма (от 6,4 до 25,4 мм).

    При использовании многопроходной техники максимальная толщина практически не ограничена. Эта информация обобщена в таблице 10-22. Горизонтальные угловые швы могут быть выполнены до 3/8 дюйма.(9,5 мм) за один проход и в плоском положении можно выполнять угловые швы размером до 1 дюйма (25 мм).

    Совместная конструкция

    Хотя в процессе дуговой сварки под флюсом могут использоваться те же детали конструкции соединения, что и в процессе дуговой сварки защищенным металлом, для максимального использования и эффективности дуговой сварки под флюсом предлагаются другие детали соединения. Для швов с разделкой кромок можно использовать конструкцию с квадратной разделкой толщиной до 5/8 дюйма (16 мм).

    За пределами этой толщины требуются фаски.Используются открытые корни, но необходимы опорные стержни, поскольку расплавленный металл будет проходить через соединение.

    При сварке более толстого металла, если используется достаточно большая поверхность притупления, подкладной стержень можно не использовать. Однако для обеспечения полного провара при сварке с одной стороны рекомендуется использовать подкладные стержни. Там, где доступны обе стороны, можно выполнить подварочный шов, который сплавится с первоначальным сварным швом, чтобы обеспечить полное проплавление.

    Сварочная цепь и ток

    В процессе дуговой сварки под флюсом или под флюсом в качестве источника сварочного тока используется либо постоянный, либо переменный ток.Постоянный ток используется для большинства приложений, использующих одну дугу. Используются как положительный электрод постоянного тока (DCEP), так и отрицательный электрод (DCEN).

    Сварка постоянным током с постоянным напряжением более популярна для дуговой сварки под флюсом электродной проволокой диаметром 1/8 дюйма (3,2 мм) и меньше.

    Система постоянного тока обычно используется для сварки электродной проволокой диаметром 5/3 2 дюйма (4 мм) и более. Схема управления мощностью CC более сложна, поскольку она пытается дублировать действия сварщика, чтобы сохранить определенную длину дуги.Система подачи проволоки должна определять напряжение на дуге и подавать электродную проволоку в дугу, чтобы поддерживать это напряжение. При изменении условий подача проволоки должна замедляться или ускоряться, чтобы поддерживать заданное напряжение на дуге. Это усложняет систему управления. Система не может реагировать мгновенно. Запуск дуги более сложен при использовании системы постоянного тока, так как она требует использования реверсивной системы для зажигания дуги, втягивания и последующего поддержания заданного напряжения дуги.

    Для сварки под флюсом переменного тока всегда используется мощность постоянного тока. Когда системы с несколькими электродными проводами используются как с дугами переменного, так и с постоянным током, используется система питания постоянного тока. Однако система постоянного напряжения может применяться, когда два провода подаются в дугу, питаемую одним источником питания. Сварочный ток для дуговой сварки под флюсом может варьироваться от 50 ампер до 2000 ампер. В большинстве случаев дуговая сварка под флюсом выполняется в диапазоне от 200 до 1200 ампер.

    Скорость наплавки и качество сварки

    Скорость наплавки при дуговой сварке под флюсом выше, чем при любом другом процессе дуговой сварки.Скорости осаждения для одиночных электродов показаны на рисунке 10-62. Есть по крайней мере четыре взаимосвязанных фактора, которые контролируют скорость наплавки при дуговой сварке под флюсом: полярность, длинный вылет, добавки во флюс и дополнительные электроды. Скорость осаждения является самой высокой для отрицательного электрода постоянного тока (DCEN). Скорость осаждения для переменного тока находится между DCEP и DCEN. Полярность максимального тепла — отрицательный полюс.

    Скорость наплавки при любом сварочном токе можно увеличить, удлинив «вылет».Это расстояние от точки ввода тока в электрод до дуги. При использовании «длинного вылета» величина проходки уменьшается. Скорость осаждения может быть увеличена за счет добавления металлических добавок в флюс под флюсом. Дополнительные электроды могут использоваться для увеличения общей скорости осаждения.

    Качество металла шва, наплавленного дуговой сваркой под флюсом, высокое. Прочность и пластичность металла сварного шва превышают таковые у мягкой стали или низколегированного основного материала, если используется правильное сочетание электродной проволоки и флюса под флюсом.Когда сварка под флюсом выполняется машинным или автоматическим способом, исключается человеческий фактор, присущий процессам ручной сварки. Сварка будет более однородной и без несоответствий. Как правило, размер валика сварного шва за один проход при дуговой сварке под флюсом намного больше, чем при любом другом процессе дуговой сварки. Подвод тепла выше, а скорость охлаждения медленнее. По этой причине газам предоставляется больше времени для выхода. Кроме того, поскольку шлак под флюсом имеет меньшую плотность, чем металл сварного шва, он будет всплывать к верхней части сварного шва.Единообразие и согласованность являются преимуществами этого процесса при автоматическом применении.

    При использовании полуавтоматического метода нанесения могут возникнуть некоторые проблемы. Электродная проволока может искривляться на выходе из сопла сварочного пистолета. Эта кривизна может привести к тому, что дуга загорится в неожиданном для сварщика месте. При сварке достаточно глубоких канавок искривление может привести к тому, что дуга будет направлена ​​к одной стороне сварного шва, а не к его корню. Это приведет к неполному срастанию корней.Флюс будет задерживаться в корне сварного шва. Другая проблема с полуавтоматической сваркой заключается в том, что необходимо полностью заполнить разделку под сварку или сохранить точный размер, поскольку сварной шов скрыт и его нельзя наблюдать во время его выполнения. Для этого требуется сделать дополнительный проход. В некоторых случаях наплавляется слишком много сварного шва. Изменения в раскрытии корня влияют на скорость движения. Если скорость перемещения одинаковая, сварной шов может быть недозаполненным или переполненным в разных областях. Высокая квалификация оператора решит эту проблему.

    Существует еще одна проблема качества, связанная с чрезвычайно большими отложениями при однопроходном сварном шве.Когда эти большие сварные швы затвердевают, примеси в расплавленном основном металле и в металле сварного шва собираются в последней точке, чтобы замерзнуть, которая является центральной линией сварного шва. Если в этой точке имеется достаточное сдерживание и собирается достаточное количество примесей, может произойти растрескивание по центральной линии. Это может произойти при выполнении больших однопроходных плоских угловых швов, если пластины основного металла расположены под углом 45º к плоскости. Простое решение состоит в том, чтобы не размещать детали под истинным углом 45º. Его следует изменять примерно на 10º, чтобы корень шва не находился на одной линии с центральной линией углового шва.Другое решение состоит в том, чтобы сделать несколько проходов, а не пытаться сделать большой сварной шов за один проход.

    Другая проблема качества связана с твердостью наплавленного металла. Чрезмерно твердые наплавки способствуют растрескиванию сварного шва во время изготовления или во время эксплуатации. Рекомендуется максимальный уровень твердости 225 по Бринеллю. Причиной твердого сварного шва углеродистых и низколегированных сталей является слишком быстрое охлаждение, неадекватная послесварочная обработка или чрезмерное налипание сплава в металле шва.Чрезмерное налипание сплава происходит из-за выбора электрода, содержащего слишком много сплава, выбора флюса, который вводит слишком много сплава в сварной шов, или использования чрезмерно высоких сварочных напряжений.

    При автоматической и машинной сварке дефекты могут возникать в начале или в конце сварного шва. Наилучшее решение — использовать выступы на выходе, чтобы пуски и остановки находились на выступах, а не на изделии.

    Спецификации сварки

    Процесс дуговой сварки под флюсом, применяемый машиной или полностью автоматически, должен выполняться в соответствии с графиками процедур сварки.Все сварные швы, выполненные по этой методике, должны пройти аттестацию, испытания при условии, что выбраны правильные электрод и флюс. Если графики отличаются более чем на 10 процентов, необходимо провести квалификационные испытания для определения качества сварки.

    Сварочные параметры

    Сварочные параметры для дуговой сварки под флюсом аналогичны другим процессам дуговой сварки, за некоторыми исключениями.

    При дуговой сварке под флюсом тип электрода и тип флюса обычно зависят от механических свойств, требуемых сварным швом.Размер электрода зависит от размера сварного шва и силы тока, рекомендуемой для конкретного шва. Это также необходимо учитывать при определении количества проходов или валиков для конкретного соединения. Сварные швы для одного и того же размера соединения могут быть выполнены за несколько или несколько проходов, в зависимости от желаемой металлургии металла шва. Многократные проходы обычно наплавляют металл более высокого качества. Полярность устанавливается изначально и зависит от того, требуется ли максимальное проникновение или максимальная скорость осаждения.

    Основные переменные, влияющие на сварку, включают подводимое тепло и включают сварочный ток, напряжение дуги и скорость перемещения.Сварочный ток является наиболее важным. Для однопроходных сварных швов ток должен быть достаточным для желаемого провара без прожогов. Чем выше ток, тем глубже проникновение. При многопроходной работе сила тока должна соответствовать размеру сварного шва, ожидаемому за каждый проход. Сварочный ток следует выбирать в зависимости от размера электрода. Чем выше сварочный ток, тем выше скорость плавления (скорость наплавки).

    Напряжение дуги изменяется в более узких пределах, чем сварочный ток.Это влияет на ширину и форму валика. Более высокое напряжение сделает валик более широким и плоским. Следует избегать чрезмерно высокого напряжения дуги, так как это может привести к растрескиванию. Это связано с тем, что расплавляется аномальное количество флюса, и избыточные раскислители могут переноситься на наплавленный металл, снижая его пластичность. Более высокое напряжение дуги также увеличивает количество потребляемого флюса. Низкое напряжение дуги создает более жесткую дугу, что улучшает проплавление, особенно на дне глубоких канавок.Если напряжение слишком низкое, получится очень узкий валик. Он будет иметь высокий венец и шлак будет трудно удалить.

    Скорость перемещения влияет как на ширину валика, так и на проникновение. При более высоких скоростях перемещения получаются более узкие валики с меньшим проникновением. Это может быть преимуществом при сварке листового металла, где требуются небольшие валики и минимальный провар. Однако при слишком высоких скоростях возникает тенденция к подрезу и пористости, поскольку сварной шов быстрее замерзает. Если скорость перемещения слишком мала, электрод слишком долго остается в сварочной ванне.Это создает неправильную форму валика и может вызвать чрезмерное разбрызгивание и вспышку через слой флюса.

    Вторичные переменные включают угол наклона электрода к изделию, угол самого изделия, толщину слоя флюса и расстояние между токосъемным наконечником и дугой. Этот последний фактор, называемый «вылетом электрода», оказывает значительное влияние на сварной шов. Обычно расстояние между контактным наконечником и изделием составляет от 1 до 1-1/2 дюйма (от 25 до 38 мм). Если вылет превышает эту величину, это вызовет предварительный нагрев электродной проволоки, что значительно увеличит скорость наплавки.По мере увеличения вылета проникновение в основной металл уменьшается. Этому фактору следует уделить серьезное внимание, поскольку в некоторых ситуациях требуется проникновение.

    Необходимо также учитывать глубину слоя флюса. Если он слишком тонкий, будет слишком много дуги через флюс или вспышка дуги. Это также может вызвать пористость. Если глубина флюса слишком велика, сварной шов может быть узким и горбатым. Слишком большое количество мелких частиц во флюсе может вызвать точечную коррозию поверхности, поскольку газы, образующиеся в сварном шве, могут не выйти наружу.Их иногда называют отметинами на поверхности борта.

    Советы по использованию процесса

    Одним из основных применений дуговой сварки под флюсом является кольцевая сварка, когда детали вращаются под неподвижной головкой. Эти сварные швы могут выполняться по внутреннему или внешнему диаметру. При дуговой сварке под флюсом образуется большая расплавленная сварочная ванна и расплавленный шлак, который имеет тенденцию течь. Это диктует, что на внешних диаметрах электрод должен располагаться перед крайней вершиной или в положении на 12 часов, чтобы металл сварного шва начал затвердевать до того, как он начнет наклон вниз.Это становится более серьезной проблемой, поскольку диаметр свариваемой детали становится меньше. Неправильное положение электрода увеличивает вероятность захвата шлака или плохого качества поверхности сварного шва. Угол наклона электрода также следует изменить и направить в направлении движения вращающейся части. Когда сварка выполняется по внутренней окружности, электрод должен быть наклонен так, чтобы он находился впереди нижнего центра или в положении на 6 часов.

    Иногда свариваемая деталь имеет наклон вниз или вверх, чтобы обеспечить различные типы контуров сварного шва.Если работа расположена под уклоном, буртик будет иметь меньшее проникновение и будет шире. Если сварной шов наклонен вверх, валик будет иметь более глубокое проплавление и будет более узким. Это основано на том, что все остальные факторы остаются неизменными.

    Сварка будет отличаться в зависимости от угла наклона электрода по отношению к заготовке, когда заготовка ровная. Это угол перемещения, который может быть углом сопротивления или толкания. Это оказывает определенное влияние на контур валика и проплавление металла шва.

    Односторонняя сварка с полным проплавлением корня может быть получена с помощью дуговой сварки под флюсом.Когда сварное соединение спроектировано с узким корневым отверстием и достаточно большой поверхностью приварки, следует использовать большой ток и положительный электрод. Если шов спроектирован с отверстием в корне и минимальной поверхностью впадины, необходимо использовать подкладочный стержень, так как нет ничего, что могло бы поддерживать расплавленный металл сварного шва. Расплавленный флюс очень жидкий и проходит через узкие отверстия. Если это произойдет, металл шва будет следовать за ним, и сварной шов прогорит соединение. Опорные стержни необходимы всякий раз, когда есть корневое отверстие и минимальная поверхность корня.

    Медные опорные стержни полезны при сварке тонкой стали. Без подкладных стержней сварной шов имел бы тенденцию проплавляться, и металл шва отходил бы от соединения. Опорный стержень удерживает наплавленный металл до его затвердевания. Медные опорные стержни могут охлаждаться водой, чтобы избежать возможности плавления и осаждения меди в металле сварного шва. Для более толстых материалов подложкой может быть флюс для дуговой сварки под флюсом или флюс другого специального типа.

    Вариации процесса SAW

    Существует большое количество вариантов процесса, которые придают дуговой сварке под флюсом дополнительные возможности.Некоторые из наиболее популярных вариантов:

    1. Двухпроводные системы — один и тот же источник питания.
    2. Двухпроводные системы – отдельный источник питания.
    3. Трехпроводные системы – отдельный источник питания.
    4. Ленточный электрод для наплавки.
    5. Добавки железного порошка к флюсу.
    6. Сварка с длинным вылетом.
    7. Электрически «холодная» присадочная проволока.
    Многопроводные системы

    Многопроволочные системы обладают преимуществами, поскольку скорость наплавки и скорость перемещения могут быть улучшены за счет использования большего количества электродов.На рис. 10-68 показаны два метода использования двух электродов: один с одним источником питания и один с двумя источниками питания. При использовании одного источника питания одни и те же приводные ролики используются для подачи обоих электродов в сварной шов. При использовании двух источников питания необходимо использовать отдельные механизмы подачи проволоки, чтобы обеспечить электрическую изоляцию между двумя электродами. С двумя электродами и раздельным питанием можно использовать разные полярности на двух электродах или использовать переменный ток на одном и постоянный ток на другом.Электроды можно расположить рядом. Это называется поперечным положением электрода. Они также могут быть размещены один перед другим в положении тандемного электрода.

    Двухпроводной тандем

    Положение двухпроводного тандемного электрода с отдельными источниками питания используется там, где требуется экстремальное проникновение. Ведущий электрод положительный, задний электрод отрицательный. Первый электрод создает копающее действие, а второй электрод заполняет сварной шов.Когда две дуги постоянного тока находятся в непосредственной близости друг от друга, существует тенденция к интерференции дуг между ними. В некоторых случаях второй электрод подключают к переменному току, чтобы избежать взаимодействия с дугой.

    Трехпроводная тандемная система

    Трехпроводная тандемная система обычно использует питание переменного тока на всех трех электродах, подключенных к трехфазным системам питания. Эти системы используются для изготовления скоростных продольных швов труб большого диаметра и сборных балок. Чрезвычайно высокие токи могут использоваться с соответственно высокими скоростями перемещения и скоростью осаждения.

    Система сварки полос

    Система сварки полос используется для наплавки мягких и легированных сталей, как правило, на нержавеющую сталь. Получается широкий валик с равномерным и минимальным проникновением. Этот вариант процесса показан на рис. 10-69. Он используется для наплавки внутренней части сосудов для обеспечения коррозионной стойкости нержавеющей стали при использовании прочности и экономичности низколегированных сталей для толщины стенки. Требуется устройство подачи ленточных электродов, и обычно используется специальный флюс.Когда ширина полосы превышает 2 дюйма (51 мм), используется магнитно-дуговое колебательное устройство, обеспечивающее равномерное прожигание полосы и равномерное проплавление.

    Другие опции

    Другим способом увеличения скорости наплавки при дуговой сварке под флюсом является добавление ингредиентов на основе железа в соединение под флюсом. Железо в этом материале расплавится под действием тепла дуги и станет частью наплавленного металла. Это увеличивает скорость наплавки без ухудшения свойств металла шва.Металлические добавки также могут использоваться для специальных наплавок. Этот вариант можно использовать с однопроводными или многопроводными установками.

    Другим вариантом является использование электрически «холодной» присадочной проволоки, подаваемой в область дуги. «Холодный» присадочный стержень может быть цельным или порошковым для добавления в металл шва специальных сплавов. Регулируя добавление соответствующего материала, можно улучшить свойства наплавленного металла. Можно использовать в качестве электрода порошковую проволоку или в качестве одного из нескольких электродов ввести специальные сплавы в наплавленный металл.Каждый из этих вариантов требует специального проектирования, чтобы гарантировать добавление надлежащего материала для обеспечения желаемых свойств отложений.

    Типичные области применения

    Процесс дуговой сварки под флюсом широко используется при производстве большинства изделий из тяжелой стали. К ним относятся сосуды под давлением, котлы, резервуары, ядерные реакторы, химические сосуды и т. Д. Другое применение — изготовление ферм и балок. Используется для приваривания фланцев к стенке. Промышленность тяжелого оборудования является основным потребителем дуговой сварки под флюсом.

    Используемые материалы

    При дуговой сварке под флюсом используются два материала: сварочный флюс и плавящаяся электродная проволока.

    Флюс для дуговой сварки под флюсом защищает дугу и расплавленный металл шва от вредного воздействия атмосферного кислорода и азота. Флюс содержит раскислители и поглотители, которые помогают удалять примеси из расплавленного металла сварного шва. Флюс также позволяет вводить сплавы в металл сварного шва. Когда этот расплавленный флюс охлаждается до стеклообразного шлака, он образует покрытие, защищающее поверхность сварного шва.Нерасплавленная часть флюса не меняет своей формы и не влияет на его свойства, поэтому ее можно восстановить и использовать повторно. Флюс, который плавится и образует шлаковое покрытие, необходимо удалить с валика сварного шва. Это легко сделать после того, как шов остынет. Во многих случаях шлак будет отслаиваться без особых усилий для удаления. В сварных швах с разделкой кромок затвердевший шлак, возможно, придется удалять отбойным молотком сварщика.

    Флюсы

    предназначены для конкретных применений и для определенных типов наплавленных материалов.Флюсы для подводной дуги бывают разных размеров. Многие флюсы не имеют маркировки по размеру частиц, потому что размер разработан и произведен для предполагаемого применения.

    Спецификации для флюсов для сварки под флюсом, используемых в Северной Америке, отсутствуют. Однако метод классификации флюсов основан на наплавленном металле сварного шва, полученном с помощью различных комбинаций электродов и запатентованных флюсов для дуги под флюсом. Это предусмотрено стандартом Американского общества сварщиков. Электроды и флюсы из углеродистой стали без покрытия для дуговой сварки под флюсом.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *