Ультразвуковая очистка. Теория и практика. Принцип действия ультразвуковой мойки. Какой раствор для очистки не следует использовать

Позволяет быстро и качественно обработать самые различные детали, удалить самые прочные загрязнения, заменить дорогостоящие и небезопасные растворители и механизировать процесс очистки.

При сообщении жидкости ультразвуковых колебаний в ней возникают переменные давления, изменяющиеся с частотой возбуждающего поля. Наличие в жидкости растворенных газов приводит к тому, чтоб во время отрицательного полупериода колебаний, когда на жидкость действует растягивающее напряжение, в этой жидкости образуются и увеличиваются разрывы в виде газовых пузырьков. В эти пузырьки могут всасываться загрязнения из микротрещин и микропор материала. Под действием сжимающих напряжений во время положительного полупериода давлений, пузырьки захлопываются. К моменту захлопывания пузырьков на них действует давление жидкости, достигающее нескольких тысяч атмосфер, поэтому захлопывание пузырька сопровождается образованием мощной ударной волны. Такой процесс образования и захлопывания пузырьков в жидкости называется кавитацией . Обычно кавитация возникает на поверхности детали. Ударная волна измельчает загрязнения и перемещает их в моющий раствор (см. рис. 1.10).

Рис. 1.10. Схема всасывания загрязнений из микротрещин поверхности в растущий газовый пузырек

Отделенные частицы загрязнений захватываются пузырьками и всплывают на поверхность (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Ультразвуковая очистка

Ультразвуковая волна в жидкости характеризуется звуковым давлением P зв. и интенсивностью колебаний I. Звуковое давление определяют по формуле:

P зв. =  . C .  .  . Cos(t-k x) = p m . Cos(t-k x),

где p m =  . C .  .  - амплитуда звукового давления,

 . C - волновое сопротивление,

 - амплитуда колебаний,

 - частота.

С повышением звукового давления до оптимальной величины возрастает число газовых пузырьков жидкости, соответственно увеличивается объем кавитационной области. В ультразвуковых установках для очистки звуковое давление на границе “излучатель-жидкость” лежит в пределах 0,2 ÷0,14 Мпа.

Под интенсивностью ультразвуковых колебаний на практике принимают мощность, приходящуюся на единицу площади излучателя:

1,5÷3 Вт/см 2 - водные растворы,

0,5÷1 Вт/см 2 - органические растворы.

Кавитационное разрушение достигает максимума тогда, когда время захлопывания пузырьков равно полупериоду колебаний. На образование и рост кавитационных пузырьков влияют вязкость жидкости, частота колебаний, статическое давление и температура. Кавитационный пузырек может образоваться, если его радиус меньше некоторого критического радиуса, соответствующего определенному гидростатическому давлению.

Частота ультразвуковых колебаний лежит в пределах от 16 Гц до 44 кГц.

Если частота колебаний низкая, то образуются более крупные пузырьки с малой амплитудой пульсации. Часть из них просто всплывает на поверхность жидкости. Ультразвук низкой частоты хуже распространяется из-за поглощения, поэтому качественный процесс очистки идет в области, близкой к источнику. При низкой частоте недостаточно хорошо очищаются микротрещины, размеры которых меньше длины волны ультразвука.

Повышение частоты колебаний приводит к уменьшению размеров газовых пузырьков и следовательно, к уменьшению интенсивности ударных волн при одной и той же мощности установки. Для запуска кавитационного процесса с увеличенной частотой требуется большая интенсивность колебаний. Рост частоты ультразвуковой установки очистки приводит обычно к понижению КПД установки. Тем не менее, повышение частоты ультразвука имеет ряд положительных сторон:

Очистка осуществляется гидропотоками при значительно меньшей вибрации детали;

Плотность ультразвуковой энергии увеличивается пропорционально квадрату частоты, что позволяет вводить в раствор большие интенсивности или при постоянной интенсивности уменьшать амплитуду колебаний;

С увеличением частоты увеличивается величина поглощаемой энергии ультразвука.

Вследствие поглощения энергии более высокой плотности частицы масел, жиров, флюсов и т.п. загрязнений поверхности детали нагреваясь, становятся более жидкотекучими и легко растворяются в очищающей жидкости. Вода (как основа моющего раствора) при этом не нагревается;

С увеличением частоты уменьшается длина волны, что способствует более тщательной очистке мелких отверстий;

При колебаниях ультразвука достаточно высокой частоты (40 кГц) ультразвуковая волна распространяется с меньшим поглощением и действует эффективно даже на большом расстоянии от источника;

Значительно уменьшаются габариты и масса ультразвуковых генераторов и преобразователей;

Уменьшается опасность эрозионного разрушения поверхности очищаемой детали.

Вязкость жидкости при ультразвуковой очистке влияет на потери энергии и ударное давление.Увеличение вязкости жидкости повышает потери на вязкое трение, однако время захлопывания пузырька при этом сокращается, следовательно, увеличивается сила ударной волны. Техническое противоречие.

Температура оказывает неоднозначное влияние на процесс ультразвуковой очистки.Повышение температуры активизирует моющую среду, повышает ее растворяющую способность. Но при этом уменьшается вязкость раствора и увеличивается давление парогазовой смеси, что значительно снижает устойчивость кавитационного процесса. Здесь мы опять сталкиваемся с ситуацией технического противоречия.

Инженерный подход к разрешению этого противоречия заключается в оптимизации температуры (вязкости) раствора в зависимости от характера и вида загрязнений. Для очистки деталей от химически активных загрязнений следует повышать температуру, а для удаления плохо растворимых загрязнений нужно выбирать такую температуру, которая создает условия оптимальной кавитационной эрозии.

Щелочные растворы 40÷60ºС,

Трихлорэтан 38÷40ºС,

Водные эмульсии 21÷37ºС.

Кроме кавитационного диспергирования загрязнений, положительное значение при очистке имеют акустические течения жидкости, т.е. вихревые потоки, образующиеся в озвученной жидкости в местах ее неоднородностей или на границе раздела “жидкость-твердое тело”. Высокий уровень возбуждения жидкости в граничащем с поверхностью детали слое уменьшает толщину диффузионного слоя, образованного продуктами реакции моющего раствора с загрязнениями.

Среды ультразвуковой очистки

Очистку проводят в водных моющих растворителях, эмульсиях, кислых растворах. При использовании щелочных растворов можно значительно уменьшить температуру и концентрацию щелочных компонентов, а качество очистки останется высоким. При этом уменьшается травящее воздействие на деталь. В состав щелочных растворов входят чаще всего каустическая сода (NaOH), кальцинированная сода (Na 3 CO 3), тринатрийфосфат (Na 3 PO 4 . 12H 2 O), жидкое стекло (Na 2 O . SiO 2), анионоактивные и неионогенные ПАВ (сульфанол, тинол).

ПАВ существенно повышают кавитационную эрозию, т.е. интенсифицируют процесс очистки. Однако, опасность кавитационного разрушения поверхности материала при добавлении ПАВ также увеличивается. Понижение поверхностного натяжения в присутствии ПАВ приводит к увеличению количества пузырьков в единице объема. При этом ПАВ понижает прочность поверхности детали (техническое противоречие).

Для предовращения эрозии металлов необходимо выбирать оптимальные концентрации ПАВ, минимальную длительность процесса и располагать детали подальше от излучателя (инженерное решение).

Очистку ультразвуком в органических растворителях применяют тогда, когда очистка в щелочных растворителях может привести к коррозии материала или к образованию пассивной пленки, а также, если необходимо сократить время сушки. Наиболее удобными являются хлорированные растворители с высокой химической активностью; они растворяют самые различные загрязнения и безопасны в эксплуатации.

Хлорированные растворители можно применять в чистом виде и в составе азеотропных смесей (перегоняемых без изменения состава). Например, смеси фреона-113, фреона-30. Азеотропные смеси растворителей реагируют со многими загрязнениями, при этом эффективность очистки увеличивается.

Для ультразвуковой очистки применяются также бензин, ацетон, спирты, спиртобензиновые смеси.

Для ультразвукового травления деталей при очистке от окислов применяют концентрированные кислые растворы (см. таблицу 1.6).

Таблица 1.6.

Состав растворов (массовые доли) и режимы ультразвукового травления

Способы управления процессом ультразвуковой очистки .

Изменение давления жидкости . Способ реализуется в виде создания вакуума или наоборот, избыточного давления. При вакууммировании жидкости облегчается образование кавитации. Избыточное давление повышает эрозионное разрушение, сдвигает максимум кавитационной эрозии в зону больших звуковых давлений, влияет на характер акустических течений.

Наложение электрического или магнитного полей на моющую среду. При электрохимической ультразвуковой очистке кавитационная область может быть локализована непосредственно у обрабатываемой детали; пузырьки выделяющихся на электродах газов способствуют разрушению пленок загрязнений; уменьшается смачиваемость маслом поляризованной поверхности детали.

Наложение на кавитационную область магнитного поля вызывает движение газовых пузырьков, имеющих отрицательный поверхностный заряд, что увеличивает кавитационную эрозию деталей.

Введение абразивных частиц в моющий раствор. Твердые частицы абразива участвуют в механическом отделении загрязнений и стимулируют образование кавитационных пузырьков, так как нарушают сплошность жидкости.

Что такое ультразвук?

Ультразвук (УЗ) - упругие колебания и волны, частота которых выше 15…20 кГц. Нижняя граница области ультразвуковых частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной. Верхняя граница обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться лишь в материальной среде, то есть при условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. Поэтому в газах верхнюю границу частот УЗ определяют из условия приблизительного равенства длины звуковой волны и длины свободного пробега молекул. При нормальном давлении она составляет 10 9 Гц. В жидкостях и твердых телах определяющим является равенство длины волны межатомным расстояниям, и граничная частота достигает 10 12 -10 13 Гц. В зависимости от длины волны и частоты УЗ обладает специфическими особенностями излучения, приема, распространения и применения, поэтому область ультразвуковых частот удобно подразделить на три подобласти:

Низкие - 1,5–10…10 5 Гц;

Средние - 10 5 …10 7 Гц;

Высокие - 10 7 …10 9 Гц.

Упругие волны с частотами 1·10 8 …1·10 13 Гц принято называть гиперзвуком.

Теория звуковых волн

Ультразвук как упругие волны

Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от упругих волн слышимого диапазона, а также от инфразвуковых волн.

Распространение ультразвука подчиняется основным законам, общим для акустических волн любого диапазона частот, обычно называемых звуковыми волнами. К основным законам их распространения относятся законы отражения и преломления звука на границах различных сред, дифракция и рассеяние звука при наличии препятствий и неоднородностей в среде и неровностей на границах, законы волноводного распространения в ограниченных участках среды.

Специфические особенности ультразвука

Хотя физическая природа УЗ и управляющие его распространением основные законы те же, что и для звуковых волн любого диапазона частот, он обладает рядом специфических особенностей, определяющих его значимость в науке и технике. Они обусловлены его относительно высокими частотами и, соответственно, малой длиной волны.

Так, для высоких ультразвуковых частот длины волн составляют:

В воздухе - 3,4⋅10 -3 …3,4⋅10 -5 см;

В воде - 1,5⋅10 -2 …1,5⋅10 -4 см;

В стали - 1⋅10 -2 … 1⋅10 -4 см.

Такая разница значений ультразвуковых волн (УЗВ) обусловлена различными скоростями их распространения в различных средах. Для низкочастотной области УЗ длины волн не превышают в большинстве случаев нескольких сантиметров и лишь вблизи нижней границы диапазона достигают в твердых телах нескольких десятков сантиметров.

УЗВ затухают значительно быстрее, чем волны низкочастотного диапазона, так как коэффициент поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты.

Еще одна весьма важная особенность УЗ - возможность получения высоких значений интенсивности при относительно небольших амплитудах колебательного смещения, так как при данной амплитуде интенсивность прямо пропорциональна квадрату частоты. Амплитуда колебательного смещения на практике ограничена прочностью акустических излучателей.

Важнейшим нелинейным эффектом в ультразвуковом поле является кавитация - возникновение в жидкости массы пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Сложное движение пузырьков, их захлопывание, слияние друг с другом и т. д. порождают в жидкости импульсы сжатия (микроударные волны) и микропотоки, вызывают локальное нагревание среды, ионизацию. Эти эффекты оказывают влияние на вещество: происходит разрушение на ходящихся в жидкости твердых тел (кавитационная эрозия), инициируются или ускоряются различные физические и химические процессы (рис. 1).

Рис. 1

Изменяя условия протекания кавитации, можно усиливать или ослаблять различные кавитационные эффекты. Например, с ростом частоты УЗ увеличивается роль микропотоков и уменьшается кавитационная эрозия, с увеличением гидростатического давления в жидкости возрастает роль микроударных воздействий. Увеличение частоты обычно приводит к повышению порогового значения интенсивности, соответствующего началу кавитации, которое зависит от рода жидкости, ее газосодержания, температуры и пр. Для воды в низкочастотном ультразвуковом диапазоне при атмосферном давлении оно обычно составляет 0,3-1 Вт/см 3 .

Источники ультразвука

В природе УЗ встречается в составе многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), а также в мире животных, использующих его для эхолокации и общения.

Технические излучатели ультразвука, используемые при изучении УЗВ и их технических применениях, можно подразделить на две группы. К первой относятся излучатели-генераторы (свистки). Колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока - струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей - электроакустические преобразователи: они преобразуют уже заданные электрические колебания в механические колебания какого-либо твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.

Применение ультразвука

Многообразные применения УЗ, при которых используются различные его особенности, можно условно разбить на три направления. Первое связано с получением информации посредством УЗВ, второе - с активным воздействием на вещество и третье - с обработкой и передачей сигналов (направления перечислены в порядке их исторического становления).

Принципы ультразвуковой очистки

Основную роль при воздействии УЗ на вещества и процессы в жидкостях играет кавитация. На кавитации основан получивший наибольшее распространение ультразвуковой технологический процесс - очистка поверхностей твердых тел. В зависимости от характера загрязнений большее или меньшее значение могут иметь различные проявления кавитации, такие как микроударные воздействия, микропотоки, нагревание. Подбирая параметры звукового поля, физико-химические свойства моющей жидкости, ее газосодержание, внешние факторы (давление, температуру), можно в широких пределах управлять процессом очистки, оптимизируя его применительно к типу загрязнений и виду очищаемых деталей. Разновидностью очистки является травление в ультразвуковом поле, где действие УЗ совмещается с действием сильных химических реагентов. Ультразвуковая металлизация и пайка основываются фактически на ультразвукововой очистке (в т. ч. от окисной пленки) соединяемых или металлизируемых поверхностей. Очистка при пайке (рис. 2) обусловлена кавитацией в расплавленном металле. Степень очистки при этом так высока, что образуются соединения неспаиваемых в обычных условиях материалов, например, алюминия с другими металлами, различных металлов со стеклом, керамикой, пластмассами.

Рис. 2

В процессах очистки и металлизации существенное значение имеет также звукокапиллярный эффект, обеспечивающий проникновение моющего раствора или расплава в мельчайшие трещины и поры.

Механизмы очистки и отмывки

Очистка в большинстве случаев требует, чтобы загрязнения были растворены (в случае растворения солей), счищены (в случае нерастворимых солей) или и растворены, и счищены (как в случае нерастворимых частиц, закрепленных в слое жировых пленок). Механические эффекты ультразвуковой энергии могут быть полезны как для ускорения растворения, так и для отделения частиц от очищаемой поверхности. Ультразвук также можно эффективно использовать в процессе ополаскивания. Остаточные химикалии моющих сред могут быть быстро удалены ультразвуковым ополаскиванием.

При удалении загрязнений растворением, растворителю необходимо войти в контакт с загрязняющей пленкой и разрушить ее (рис. 3, а). По мере того как растворитель растворяет загрязнение, на границе растворитель–загрязнение возникает насыщенный раствор загрязнения в растворителе, и растворение останавливается, поскольку нет доставки свежего раствора к поверхности загрязнения (рис. 3, б).

Рис. 3

Воздействие ультразвука разрушает слой насыщенного растворителя и обеспечивает доставку свежего раствора к поверхности загрязнения (рис. 3, в). Это особенно эффективно, в тех случаях, когда очистке подвергаются “неправильные” поверхности с лабиринтом пазух и рельефа поверхностей, к каким относятся печатные платы и электронные модули.

Некоторые загрязнения представляют собой слой нерастворимых частиц, прочно сцепленный с поверхностью силами ионной связи и адгезии. Эти частицы достаточно только отделить от поверхности, чтобы разорвать силы притяжения и перевести их в объем моющей среды для последующего удаления. Кавитация и акустические течения срывают с поверхности загрязнения типа пыли, смывают и удаляют их (рис. 4).

Рис. 4

Загрязнения, как правило, многокомпонентны и могут в комплексе содержать растворимые и нерастворимые компоненты. Эффект УЗ в том и состоит, что он эмульгирует любые компоненты, то есть переводит их в моющую среду и вместе с ней удаляет их с поверхности изделий.

Чтобы ввести ультразвуковую энергию в систему очистки необходим УЗ-генератор, преобразователь электрической энергии генератора в УЗ-излучение и измеритель акустической мощности.

Электрический ультразвуковой генератор конвертирует электрическую энергию сети в электрическую энергию на ультразвуковой частоте. Это выполняется известными способами и не имеет какой-либо специфики. Однако, предпочтительнее использовать цифровую технику генерации, когда на выходе получаются прямоугольные импульсы чередующейся полярности (рис. 5). КПД таких генераторов близок к 100%, что позволяет решить проблему энергоемкости процесса. Использование сигнала прямоугольной формы приводит к акустическому излучению, богатому гармониками. Преимущества многочастотной системы очистки состоят в том, что в объеме моющей среды не образуется “мертвых” зон в узлах интерференции. Поэтому многочастотное УЗ-облучение позволяет располагать объект очистки практически в любой зоне УЗ-ванны.

Рис. 5

Другим приемом избавления от “мертвых” зон является использование генератора с качающейся частотой (рис. 6). В этом случае узлы и пучности интерференционного поля перемещаются на различные точки очищающей системы, не оставляя без облучения какие-либо участки для очистки. Но КПД таких генераторов относительно низкий.

Рис. 6

Имеются два общих типа ультразвуковых преобразователей: магнитострикционный и пьезоэлектрический. Они оба выполняют одинаковую задачу преобразования электрической энергии в механическую.

В магнитострикционных преобразователях (рис. 7) используют эффект магнитострикции, при котором некоторые материалы изменяют линейные размеры в переменном магнитном поле.

Рис. 7

Электрическая энергия от ультразвукового генератора сначала преобразуется обмоткой магнитостриктора в переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает механические колебания ультразвуковой частоты за счет деформации магнитопровода в такт с частотой магнитного поля. Поскольку магнитострикционные материалы ведут себя подобно электромагнитам, частота их деформационных колебаний в два раза выше частоты магнитного, а, значит, и электрического поля.

Электромагнитным преобразователям свойственен рост потерь энергии на вихревые токи и перемагничивание с ростом частоты. Поэтому мощные магнитострикционные преобразователи редко используют на частотах выше 20 кГц. Пьезопреобразователи, напротив, могут хорошо излучать в мегагерцовом диапазоне. Магнитострикционные преобразователи вообще менее эффективны, чем их пьезоэлектрические аналоги. Это обусловлено, прежде всего, тем, что магнитострикционный преобразователь требует двойного энергетического преобразования: из электрического в магнитное и затем из магнитного в механическое. Потери энергии происходят на каждом преобразовании. Это уменьшает КПД магнитострикторов.

Пьезопреобразователи (рис. 8) конвертируют электрическую энергию прямо в механическую засчет использования пьезоэлектрического эффекта, при котором некоторые материалы (пьезоэлектрики) изменяют линейные размеры при приложении электрического поля. Раньше для пьезоизлучателей использовали такие пьезоэлектрические материалы как природные кристаллы кварца и синтезируемый титанат бария, которые были хрупкими и нестабильными, а потому и ненадежными. В современных преобразователях используют более прочные и высокостабильные керамические пьезоэлектрические материалы. Подавляющее большинство систем УЗ-очистки используют сегодня пьезоэлектрический эффект.

Рис. 8

Оборудование ультразвуковой очистки

Диапазон используемого оборудования ультразвуковой очистки очень широк: от малых настольных модулей в стоматологии, ювелирных магазинах, электронной индустрии до огромных систем с объемами в несколько тысяч литров в ряде промышленных применений.

Правильный выбор необходимого оборудования имеет первостепенное значение в успехе применения ультразвуковой очистки. Самое простое применение УЗ-очистки может требовать всего лишь нагретой моющей жидкости. Более сложные системы очистки требуют большого количества ванн, последние из которых должны быть наполнены дистиллированной или деионизированной водой. Самые большие системы используют погружаемые ультразвуковые преобразователи, комбинация которых может облучить ванны почти любого размера. Они обеспечивают максимальную гибкость и легкость в использовании и обслуживания. Ультразвуковые ванны с подогревом моющего раствора наиболее часто применяются в лабораториях, медицине, ювелирном деле.

Линии УЗ-очистки (рис. 9), используемые в крупном производстве, объединяют в одном корпусе электрические УЗ-генераторы, УЗ-преобразователи, транспортную систему перемещения объектов очистки по ваннам и систему управления.

В промышленности всегда существовала задача очистка деталей от всякого рода грязи. Особенно остро вопрос в очистки встал в тех отраслях промышленности, где требовалась очистка сложной поверхности детали или тонких и длинных каналов в датали. В металлургии требовалось после выплавки освободить деталь от формовой смеси, которая прилипала во время выплавки ко всей поверхности детали. Использовать какие то механические средства (шлифовальная машинка) для данной операции было либо невозможно, либо трудоемко.

Для упрощения операции очистки деталей от грязи в 40-50 годы 20 века была выдвинута идея использовать ультразвук в жидкой среде для очистки деталей, погруженных в эту жидкость. Чаще всего рабочей жидкостью выступает вода.

Было сконструировано много устройств, генерирующих в растворе ультразвуковые волны с частотой , лежащей в области 500 кГц . Предполагалось что энергии звуковых волн на таких частотах будет достаточно, что маленькие частички, содержащиеся в растворе, ускоренные ультразвуковыми волнами до высоких скоростей, смогли бы выбивать большие частицы грязи, т.е. смывать грязь. Устройства сконструированные для работы на такой частоте оказались не работоспособными .

Те устройства, которые были сконструированы для генерации звуковой волной в диапазоне 20 кГЦ, оказались работоспособными . И главным образом благодаря тому, что звуковая волна в жидкости на данной частоте создает эффект кавитации , который и стал причиной эффективной очистки поверхности от грязи.

— это процесс образования пузырьков, то есть полостей, заполненных газом, в жидкости. Такие пузырьки живут не долго, так как в данных полостях создается отрицательное давление, а окружающая их жидкость имеет положительное давление, разность давлений приводит к тому что, что пузырьки«схлопываются» в результате чего образуются интенсивные ударные волны, которые способны разрушить даже металлические конструкции. В момент «схлопывания» давление газовой среды внутри пузырька может в несколько тысяч раз превышать атмосферное.

Наполненный газом пузырек может иметь более продолжительное время жизни. Это обусловлено следующими друг за другом процессами сжатия и расширения, вызванными проходящими ультразвуковыми волнами, причем в результате диффузии размеры пузырьков будут расти, пока находящийся в них воздух не поднимет их на поверхность жидкости. Там они мгновенно лопаются. Такой процесс кавитации обычно дегазирует жидкости. Это явление и начали применять для дегазации жидкостей .

Изделия, требующие очистки, погружались в жидкость и облучались ультразвуковыми волнами. Загрязненные предметы погружают в бак, заполненном соответствующим растворителем, к жидкости подводят ультразвук такой частоты и интенсивности, которые образуют кавитацию с максимальной эффективностью. Созданные ударные волны попадают на поверхность предметов и очень эффективно очищают их.

Нужно иметь ввиду при проектировании и настройке ультразвукового очистителя, что способность акустических волн создавать кавитацию значительно падает с ростом частоты.

Ультразвуковая ванна

С теорией разобрались, исходя из теории, для того чтобы выбрать ультразвуковую ванночку или собрать ее самостоятельно нужно 3 элемента:

• ванна — сосуд для жидкости — форма любая, но с учетом объема вмещаемой жидкости. Материал изготовления — нержавеющая сталь 08Х17 или иная.
• генератор ультразвуковых волн — для генерации ультразвуковых волн используют пьезоэлектрики, прикрепленные жестко к ванночке, с помощью клея на основе эпоксидных смол (можно использовать клей на основе акриловых смол). Пьезоэлектрические генераторы ультразвуковых волн могут изготавливаться из разных материалов, самый широко используемый материал — пьезокерамика, также могут встречаться пьезоэлементы на основе кварца. От размеров кристалла генератора волн зависит мощность ультразвукового очистителя. Здесь действует правило, чем больше, тем мощнее.
• электронная схема — необходима для подачи энергии на пьезо генератор волн, состоит из силового трансформатора и преобразователя частоты, частота промышленной чети 50Гц преобразуется в нужную частоту порядка 18-20 кГц и далее проходя повышающий трансформатор (на выходе порядка 8 кВ) попадает на пьезокерамическую пластину.

Ультразвуковая очистки форсунок

Для чистки автомобильных форсунок может использоваться как ультразвуковая ванночка, так и специализированный пост для чистки форсунок. Отличия использования заключаются в том, что пост для чистки форсунок позволяет очистить форсунки во время работы и его использование, приобретение или сборка оправданно в профессиональной сфере на станциях тех. обслуживания, для домашних условий прочистки топливных форсунок подойдет ванночка, правда возможности очистки форсунок во время работы нет, там вся форсунка целиком погружается в чистящее средство и визуального подтверждения очистки форсунки тоже нет, очистилась форсунка или нет можно будет понять только во время работы двигателя по ощущениям. Но плюс применения ванночки, а не поста тоже есть, в форсунке есть топливный фильтр, который задерживает грязь в топливе, при его очистке в ванночке грязь, раздробленная кавитацией, не проходит весь топливный тракт форсунке и не оседает в неровностях этого тракта.

Видео работы поста по чистки форсунок:

Очищающие средства

Взаимодействие ультразвуковой волны с загрязненным предметом идет в водной среде, так как вода — универсальный растворитель, дешевый и ее везде возможно достать, кроме того для воды известна частота создания кавитации 18-20 кГц, а для других жидкостей кавитационная частота своя. Поэтому все чистящие средства делают на водной основе, имеющий в своем составе различные ПАВы и антикорозийные добавки, которые придают чистящему средству высокоэффективные моющие свойства. Для приготовления чистящего средства для ультразвуковой очистки достаточно в воду добавить моющие средства (мыло), для менее ответственных деталей, а для более ответственных металлических деталей еще и антикоррозийные вещества.

И ответы на них.

Очистка ультразвуком: вопросы и ответы

Вопросы

1. Что такое ультразвуковая очистка?

Ультразвуковая чистка является быстрым и эффективным экологически безопасным способом очистки, который использует ультразвуковую энергию, которая проходит сквозь соответствующий моющий раствор. Это обеспечивает высокоскоростное тщательное удаление нежелательных загрязнений с очищаемых элементов, расположенных внутри контейнера для жидкости, подвергающегося проникновению ультразвуковых волн. Этот метод очистки является одним из самых современных и эффективных способов удаления грязи с различных объектов, особенно в кратчайшие сроки и без возможного повреждения элементов. Способ ультразвуковой очистки основан на кавитации.

2. Что такое кавитация?

Кавитация – процесс быстрого формирования и рассеивания микро пузырьков в жидкости. Явление кавитации происходит, когда ультразвуковые волны проходят через жидкость. Ультразвук (звук высокой частоты, как правило, от 20 до 400 кГц) порождает чередующиеся волны высокого и низкого давления, которые производят крошечные полости (пузырьки). Они начинают расти от микроскопических размеров в фазе низкого давления, пока они не сжимаются, а затем лопаются на этапе высокого давления. Молекулы жидкости сталкиваются, высвобождая огромное количество энергии. Энергия мгновенно увеличивает локальную температуру и формирует поток высокой энергии, направленный на поверхность очищаемого объекта. Эти пузырьки имеют огромную энергию, которая, направлена на очистку - ее выброс отделяет загрязнения от очищаемой поверхности.

3. Как получить ультразвук?

Ультразвуковая энергия звуковых волн высокой частоты преобразуется из высокочастотной электрической энергии с помощью преобразователя. Очистительная мощность устройства зависит от типа и мощности используемого преобразователя.

4. Как сконструирована ультразвуковая ванна?

Модуль ультразвуковой ванны включает в себя ультразвуковой генератор и специальные преобразователи, установленные на нижней части резервуара из нержавеющей стали. Резервуар должен быть заполнен жидкостью для образования среды очистки. Генератор вместе с преобразователем формируют переменные волны сжатия и расширения в жидкости на очень высоких частотах, как правило, от 25 до 130 кГц.

5. Для чего используется ультразвуковой нагреватель?

Ультразвуковой очиститель использует функцию нагрева, чтобы поддерживать температуру раствора на необходимом уровне между циклами очистки. В свою очередь, тепло, необходимое для очистки, образуется в процессе кавитации.

6. Что такое дегазация и зачем она нужна?

Дегазация – процесс предварительное удаление газов, которые могут присутствовать в очищающей жидкости. Кавитация должна происходить только после того, как все газы были удалены из моющего раствора. Это обеспечивает вакуум в формирующихся пузырьках. Они разрушаются, когда волна высокого давления попадает в стенку пузыря и выделяющаяся энергия способствует моющему средству в разрыве связей между очищаемыми объектами и их загрязнениями.

7. Как получить оптимальный результат очистки?

Вы можете получить наилучший результат ультразвуковой очистки только после выполнения простых шагов: следует выбрать правильный тип ультразвуковой ванны и резервуар нужного размера; выбрать соответствующее средство для очистки, подходящее для ваших целей; установить правильную температуру и время очистки.

8. Что такое прямая и непрямая очистка?

Когда вы размещаете очищаемые предметы в бак ультразвуковой ванны, наполненный моющим раствором - это называется прямой очисткой. Объекты, как правило, помещают в специальный перфорированной пластиковой поддон или в корзину, а не на дно бака. Однако, для прямой очистки вы должны выбрать жидкость, которая не приведет к повреждению бака ультразвуковой ванны. В противном случае, вы можете использовать неперфорированные лоток или стеклянный контейнер, залейте в него необходимую вам чистящую жидкость, и поместите предметы внутри. Такой метод называется непрямой очисткой. Имейте в виду, что уровень воды внутри резервуара должны достигнуть линии заполнения во время чистки, то есть около 3 сантиметрой от вершины.

9. Почему нужен специальный раствор для очистки?

Вы можете использовать различные жидкости для чистки, даже чистую проточную воду. Однако, сама вода не обладает очищающими свойствами, поэтому вам придется использовать специальный раствор для очистки, чтобы получить необходимый эффект. Вы размещаете в растворе очищаемые объекты, чтобы начать этот процесс, а кавитация помогает раствору разорвать связи между деталями и загрязнениями. Специальные растворы для очистки содержат определенные ингредиенты для повышения эффекта ультразвуковой очистки. Например, снижение поверхностного натяжения жидкости приводит к повышению уровня кавитации. Жидкость содержит эффективное увлажняющее вещество или поверхностно-активное вещество.

10. Какой раствор для очистки использовать?

Вы можете найти широкий выбор ультразвуковых чистящих средств, предназначенных для конкретных применений. Современные растворы содержат различные моющие средства, смачивающие вещества и другие реакционноспособные компоненты. Правильный выбор чистящего раствора определяет успех процесса очистки и помогает избежать нежелательных реакций с очищаемым объектом. Пожалуйста, обратитесь к техническим экспертам, прежде чем выбрать средство для ваших потребностей.

11. Какой раствор для очистки не следует использовать?

Никогда не используйте легковоспламеняющиеся растворы или жидкости с низкой температурой вспышки (бензин, бензол, ацетон и т.д.). Вызванная кавитацией энергия генерирует тепло, а высокие температуры могут образовать опасную среду в горючих растворах. Избегайте использования отбеливателей и кислот. Они могут повредить бак ванны из нержавеющей стали. В противном случае, при необходимости используйте их акуратно, однако, только для непрямой очистки. Следует иметь соответствующий контейнер для непрямой очистки, могут быть использованы стеклянные контейнеры.

12. Когда раствор для очистки следует заменить?

13. Зачем нужно поддерживать уровень раствора на отметке индикатора уровня?

Каждый раз перед очисткой убедитесь, что уровень раствора находится в соответствии с индикатором уровня ванны. Он должен соответствовать показателю уровня с лотками и корзиной внутри. В противном случае, могут быть затронуты характеристики процесса очистки, может измениться частота очистки, может снизиться эффективность очистки, а ваша УЗ ванна может даже получить повреждения. Следование этому требованию позволяет обеспечить более высокую циркуляцию раствора вокруг очищаемых объектов и защитить нагреватели и преобразователи устройства от перегрева и толчкой.

14. Какова продолжительность процесса очистки?

Время очистки зависит от ряда условий, наиболее важными из них являются: раствор для очистки, количество и тип загрязнений на объекте, температура очистки и требуемый уровень чистоты. Вы можете наблюдать удаление загрязнений сразу после начала цикла очистки. Вы можете настроить длительность процесса очистки в соответствии с вашими условиями. Обычно, вам придется установить примерно необходимое время, а затем проверить результат очистки, и повторить цикл очистки, если необходимо. Фактическое использование и результат очистки помогают оператору определить оптимальное время для определенных типов объектов, а также для конкретных типов загрязнений.

Нагрев помогает ванне сделать процесс очистки более быстрым и эффективным. Обычно чистящие растворы созданы, чтобы обеспечить лучшие результаты и повышенные температуры. Вы можете определить оптимальную температуру, которая подходит для ваших нужд, чтобы обеспечить наиболее быстрые и эффективные результаты путем проведения экспериментов с различными типами загрязнений и очищаемых предметов. Как правило, вы можете получить наилучшие результаты в пределах 50°C ~ 65°C.

16. Должен ли я промыть детали после очистки?

Для удаления каких-либо вредных или нежелательных химических остатков от чистящего средства рекомендуется промыть объекты после очистки. Вы можете провести полоскание в вашй ультразвуковой ванне, заполненной простой водопроводной водой, или использовать водопроводную, дистиллированную или деионизированную воду и отдельный контейнер, если необходимо.

17. Почему следует выключить УЗ ванну, если она не используется?

Непрерывная эксплуатация ванны усиливает испарение раствора для очистки. Это может привести к понижению уровня жидкости в резервуаре, что может, в результате, привести к серьезному повреждению ванны. Выключите УЗ ванну после завершения цикла очистки и проверьте уровень раствора перед каждой операцией для того, чтобы обеспечить длительный срок работы устройства.

18. Может ли ультразвуковая очистка повредить мои детали?

Этот метод очистки, с некоторыми предостережениями, считается безопасным для большинства объектов. Хотя в процессе кавитации происходит мощное выделение энергии, это безопасно, так как энергия оказывается локализованной на микроскопическом уровне. Первое, на что вы должны обратить внимание, это правильный выбор раствора для очистки. Ультразвуковая мощность может усилить воздействие моющего средства на очищаемые предметы. Не рекомендуется применять ультразвук для очистки следующих камней: изумруд, малахит, жемчуг, танзанит, бирюза, опал, коралл и ляпис.

19. Каковы применения ультразвуковой очистки?

Обычно этот метод очистки используется для очистки предметов, частей и других объектов со сложной структурой поверхности и предметов, требующих обращения с особой осторожностью. Ультразвуковая очистка окажется полезной в химии, автомобильной промышленности, машиностроении, производстве полимерной продукции, научных исследованиях, здравоохранении, медицине, оружейном деле, ювелирном деле и других промышленных применениях.

20. Что запрещено при использовании ультразвуковой ванны?

• Никогда не размещайте предметы на дне резервуара для очистки. Это может привести к повреждению ванны, поскольку ультразвуковая энергия будет отражаться от очищаемых предметов назад на преобразователи. Всегда используйте лоток для очистки или корзину, обеспечив 30 мм расстояние между дном резервуара и очищаемыми объектами.
• Не допускайте падения УЗ ванны и избегайте других сотрясений. Это может привести к повреждению ультразвукового излучателя.
• Никогда не запускайте ванну без жидкости внутри резервуара.
• Никогда не используйте легковоспламеняющиеся жидкости, такие как бензин, бензол, ацетон по причинам пожарной опасности.
• Никогда не используйте УЗ ванну в очень пыльных местах.
• Никогда не используйте УЗ ванну при очень высоких температурах в течение длительных периодов времени.
• Никогда не пытайтесь очистить взрывоопасные предметы, боеприпасы, ручные гранаты, мины и т.д.
• Никогда не кладите животных или другие живые существа внутрь ванны и не используйте ванну для очистки своих домашних любимцев.

Уникальный опыт разработки и внедрения

технологии очистки деталей на крупнейших предприятиях