Ultrazvučno čišćenje. Teorija i praksa. Princip rada ultrazvučnog čistača. Koju otopinu za čišćenje ne treba koristiti

Omogućava vam brzu i efikasnu obradu raznih dijelova, uklanjanje najtrajnijih zagađivača, zamjenu skupih i nesigurnih otapala i mehanizaciju procesa čišćenja.

Kada se ultrazvučne vibracije prenesu na tečnost, u njoj nastaju promenljivi pritisci koji se menjaju sa frekvencijom uzbudljivog polja. Prisustvo otopljenih gasova u tečnosti dovodi do činjenice da tokom negativnog poluperioda oscilacija, kada na tečnost deluje vlačni napon, dolazi do pucanja u obliku gasnih mehurića koji se povećavaju u ovoj tečnosti. Nečistoće iz mikropukotina i mikropora materijala mogu se usisati u ove mjehuriće. Pod djelovanjem tlačnih naprezanja tokom pozitivnog poluperioda pritisaka, mjehurići kolabiraju. U trenutku kolapsa mjehurića na njih djeluje pritisak tekućine koji doseže nekoliko hiljada atmosfera, pa je kolaps mjehurića praćen stvaranjem snažnog udarnog vala. Ovaj proces stvaranja i kolapsa mjehurića u tekućini naziva se kavitacija... Obično se kavitacija javlja na površini dijela. Udarni talas drobi prljavštinu i prenosi je u rastvor za čišćenje (vidi sliku 1.10).

Rice. 1.10. Dijagram usisavanja kontaminanata iz površinskih mikropukotina u rastući plinski mjehur

Odvojene čestice prljavštine su zarobljene mjehurićima i isplivaju na površinu (slika 1.11).

Rice. 1.11. Ultrazvučno čišćenje

Ultrazvučni talas u tečnosti karakteriše zvučni pritisak P zvuk. i intenzitet vibracija I. Zvučni pritisak se određuje formulom:

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

gdje je p m = . C. .  - amplituda zvučnog pritiska,

. C - valna impedansa,

 - amplituda vibracije,

 - frekvencija.

Sa povećanjem zvučnog pritiska na optimalnu vrijednost, povećava se broj mjehurića plina u tekućini, a u skladu s tim se povećava i volumen područja kavitacije. Kod ultrazvučnih uređaja za čišćenje, zvučni pritisak na sučelju “emiter-tečnost” je u rasponu od 0,2 ÷ 0,14 MPa.

U praksi se intenzitet ultrazvučnih vibracija uzima kao snaga po jedinici površine emitera:

1,5 ÷ 3 W / cm 2 - vodeni rastvori,

0,5 ÷ 1 W / cm 2 - organske otopine.

Kavitacijsko uništavanje dostiže svoj maksimum kada je vrijeme kolapsa mjehurića jednako poluperiodu oscilacija. Na formiranje i rast kavitacionih mehurića utiču viskoznost tečnosti, frekvencija vibracija, statički pritisak i temperatura. Kavitacijski mjehur se može formirati ako je njegov polumjer manji od određenog kritičnog radijusa koji odgovara određenom hidrostatičkom pritisku.

Frekvencija ultrazvučne vibracije nalazi se u opsegu od 16 Hz do 44 kHz.

Ako je frekvencija vibracija niska, tada se formiraju veći mjehurići s malom amplitudom pulsiranja. Neki od njih jednostavno isplivaju na površinu tečnosti. Niskofrekventni ultrazvuk se lošije širi zbog apsorpcije, tako da se visokokvalitetan proces čišćenja odvija u području blizu izvora. Na niskoj frekvenciji mikropukotine čije su dimenzije manje od valne dužine ultrazvuka ne čiste se dovoljno dobro.

Povećanje frekvencije vibracija dovodi do smanjenja veličine mjehurića plina i, posljedično, do smanjenja intenziteta udarnih valova pri istoj snazi ​​instalacije. Za početak procesa kavitacije sa povećanom frekvencijom, potreban je visok intenzitet vibracija. Povećanje frekvencije instalacije ultrazvučnog čišćenja obično dovodi do smanjenja efikasnosti instalacije. Međutim, povećanje učestalosti ultrazvuka ima niz pozitivnih aspekata:

Čišćenje se vrši hidrostrujama uz znatno manje vibracije dijela;

Gustoća ultrazvučne energije raste proporcionalno kvadratu frekvencije, što omogućava uvođenje visokih intenziteta u otopinu ili, pri konstantnom intenzitetu, smanjenje amplitude oscilacija;

Sa povećanjem frekvencije, količina apsorbirane ultrazvučne energije raste.

Zbog apsorpcije energije veće gustine, čestice ulja, masti, fluksa itd. površinski zagađivači, dijelovi postaju fluidniji kada se zagriju i lako se otapaju u tekućini za čišćenje. Voda (kao osnova rastvora za čišćenje) se ne zagreva;

Kako se frekvencija povećava, valna dužina se smanjuje, što doprinosi temeljitijem čišćenju malih rupa;

Kada ultrazvuk oscilira na dovoljno visokoj frekvenciji (40 kHz), ultrazvučni talas se širi sa manje apsorpcije i deluje efikasno čak i na velikoj udaljenosti od izvora;

Dimenzije i težina ultrazvučnih generatora i pretvarača su značajno smanjeni;

Smanjuje se rizik od erozivnog uništenja površine dijela koji se čisti.

Viskozitet fluida tokom ultrazvučnog čišćenja utiče na gubitak energije i udarni pritisak. Povećanje viskoznosti tekućine povećava gubitke zbog viskoznog trenja, ali se vrijeme kolapsa mjehura smanjuje, stoga se povećava sila udarnog vala. Tehnička kontradikcija.

Temperatura ima dvosmislen učinak na proces ultrazvučnog čišćenja. Povećanje temperature aktivira medij za čišćenje i povećava njegovu moć rastvaranja. Ali istovremeno se smanjuje viskoznost otopine i povećava pritisak mješavine pare i plina, što značajno smanjuje stabilnost procesa kavitacije. Ovdje se opet suočavamo sa situacijomtehnička kontradikcija.

Inženjerski pristup rješavanju ove kontradikcije je optimizacija temperature (viskoznosti) otopine ovisno o prirodi i vrsti kontaminacije. Za čišćenje dijelova od kemijski aktivnih zagađivača potrebno je povećati temperaturu, a za uklanjanje slabo topljivih zagađivača potrebno je odabrati temperaturu koja stvara uvjete za optimalnu eroziju kavitacije.

Alkalne otopine 40 ÷ 60 ° C,

trihloretan 38 ÷ 40 °C,

Vodene emulzije 21 ÷ 37 °C.

Osim kavitacijske disperzije zagađivača, tokovi akustične tekućine imaju pozitivnu vrijednost tokom čišćenja, tj. vrtložni tokovi formirani u soniciranoj tečnosti na mestima njenih nehomogenosti ili na interfejsu „tečnost-čvrsto“. Visok nivo ekscitacije tečnosti u sloju pored površine dela smanjuje debljinu difuzionog sloja formiranog produktima reakcije rastvora za čišćenje sa zagađivačima.

Ultrazvučni medij za čišćenje

Čišćenje se vrši u vodenim rastvaračima za pranje, emulzijama, kiselim rastvorima. Korištenjem alkalnih otopina temperatura i koncentracija alkalnih komponenti mogu se značajno smanjiti, a kvalitet čišćenja ostaje visok. Ovo smanjuje efekat jetkanja na delu. Sastav alkalnih rastvora najčešće uključuje kaustičnu sodu (NaOH), sodu sodu (Na 3 CO 3), trinatrijum fosfat (Na 3 PO 4.12H 2 O), vodeno staklo (Na 2 O. SiO 2), anionske i nejonske tenzide (sulfanol, tinol).

Surfaktanti značajno povećavaju kavitacijsku eroziju, tj. intenzivirati proces čišćenja. Međutim, povećava se i rizik od kavitacionog razaranja površine materijala uz dodatak surfaktanata. Smanjenje površinske napetosti u prisustvu surfaktanata dovodi do povećanja broja mjehurića po jedinici volumena. U tom slučaju surfaktant smanjuje čvrstoću površine dijela (tehnička kontradikcija).

Da bi se spriječila erozija metala, potrebno je odabrati optimalnu koncentraciju tenzida, minimalno trajanje procesa i smjestiti dijelove dalje od emitera (inženjersko rješenje).

Ultrazvučno čišćenje u organskim rastvaračima koristi se kada čišćenje u alkalnim rastvaračima može dovesti do korozije materijala ili stvaranja pasivnog filma, a takođe i ako je potrebno skratiti vreme sušenja. Najpogodniji su visoko reaktivni klorirani rastvarači; otapaju širok spektar zagađivača i sigurni su za upotrebu.

Hlorirani rastvarači se mogu koristiti u čistim ili u azeotropnim smjesama (destilirani bez promjene sastava). Na primjer, mješavine freona-113, freona-30. Mešavine azeotropnih rastvarača reaguju sa mnogim zagađivačima kako bi se povećala efikasnost čišćenja.

Za ultrazvučno čišćenje koriste se i benzin, aceton, alkoholi, alkoholno-benzinske mješavine.

Za ultrazvučno jetkanje dijelova prilikom čišćenja od oksida koriste se koncentrirane kisele otopine (vidi tabelu 1.6).

Tabela 1.6.

Sastav otopina (maseni udjeli) i načini ultrazvučnog jetkanja

Metode kontrole procesa ultrazvučnog čišćenja .

Promjena pritiska tečnosti. Metoda se provodi u obliku stvaranja vakuuma ili, obrnuto, nadpritiska. Kada se tečnost evakuiše, stvaranje kavitacije je olakšano. Preveliki pritisak povećava erozionu destrukciju, pomera maksimum kavitacione erozije u zonu visokih zvučnih pritisaka i utiče na prirodu akustičkih tokova.

Primjena električnog ili magnetnog polja na medij za čišćenje. Elektrohemijskim ultrazvučnim čišćenjem, područje kavitacije može se lokalizirati direktno na radnom komadu; mjehurići plinova koji se oslobađaju na elektrodama doprinose uništavanju filmova zagađenja; smanjena kvašenje uljem polarizirane površine dijela.

Nametanje magnetnog polja na područje kavitacije uzrokuje kretanje mjehurića plina s negativnim površinskim nabojem, što povećava kavitacijsku eroziju dijelova.

Unošenje abrazivnih čestica u rastvor za čišćenje.Čvrste abrazivne čestice učestvuju u mehaničkom odvajanju nečistoća i stimulišu stvaranje kavitacionih mehurića, jer remete kontinuitet tečnosti.

Šta je ultrazvuk?

Ultrazvuk (US) - elastične vibracije i valovi čija je frekvencija veća od 15 ... 20 kHz. Donja granica područja ultrazvučnih frekvencija, koja ga odvaja od područja čujnog zvuka, određena je subjektivnim svojstvima ljudskog sluha i uslovna je. Gornja granica je zbog fizičke prirode elastičnih talasa, koji se mogu širiti samo u materijalnom okruženju, odnosno pod uslovom da je talasna dužina mnogo veća od srednjeg slobodnog puta molekula u gasovima ili međuatomske udaljenosti u tečnostima i čvrste materije Oh. Stoga se u plinovima gornja granica ultrazvučnih frekvencija određuje iz uvjeta približne jednakosti zvučne valne dužine i slobodnog puta molekula. Pri normalnom pritisku je 10 9 Hz. U tečnostima i čvrstim materijama odlučujući faktor je jednakost talasne dužine sa međuatomskim rastojanjima, a granična frekvencija dostiže 10 12 -10 13 Hz. U zavisnosti od talasne dužine i frekvencije, ultrazvuk ima specifične karakteristike zračenja, prijema, širenja i primene, stoga je zgodno podeliti oblast ultrazvučnih frekvencija u tri podregije:

Niska - 1,5–10 ... 10 5 Hz;

Prosjek - 10 5 ... 10 7 Hz;

Visoka - 10 7 ... 10 9 Hz.

Elastični talasi sa frekvencijama od 1 · 10 8 ... 1 · 10 13 Hz se obično nazivaju hiperzvukom.

Teorija zvučnih talasa

Ultrazvuk kao elastični talasi

Ultrazvučni talasi se po svojoj prirodi ne razlikuju od elastičnih talasa čujnog opsega, kao ni od infrazvučnih talasa.

Širenje ultrazvuka poštuje osnovne zakone uobičajene za akustične valove bilo kojeg frekvencijskog opsega, koji se obično nazivaju zvučni valovi. Osnovni zakoni njihovog širenja uključuju zakone refleksije i prelamanja zvuka na granicama različitih medija, difrakciju i raspršivanje zvuka u prisustvu prepreka i nehomogenosti u mediju i nepravilnosti na granicama, zakone širenja talasovoda u ograničenim oblasti medija.

Specifičnosti ultrazvuka

Iako su fizička priroda ultrazvuka i osnovni zakoni koji reguliraju njegovo širenje isti kao i za zvučne valove bilo kojeg frekvencijskog opsega, on ima niz specifičnosti koje određuju njegovu važnost u nauci i tehnologiji. Oni su zbog njegovih relativno visokih frekvencija i, shodno tome, male talasne dužine.

Dakle, za visoke ultrazvučne frekvencije, talasne dužine su:

U vazduhu - 3,4⋅10 -3 ... 3,4⋅10 -5 cm;

U vodi - 1,5⋅10 -2 ... 1,5⋅10 -4 cm;

U čeliku - 1⋅10 -2 ... 1⋅10 -4 cm.

Takva razlika u vrijednostima ultrazvučnih valova (USW) posljedica je različitih brzina njihovog širenja u različitim medijima. Za područje niske frekvencije, ultrazvučne talasne dužine ne prelaze, u većini slučajeva, nekoliko centimetara i samo blizu donje granice opsega dostižu nekoliko desetina centimetara u čvrstim materijama.

USW opada mnogo brže od niskofrekventnih valova, budući da je koeficijent apsorpcije zvuka (po jedinici udaljenosti) proporcionalan kvadratu frekvencije.

Još jedna vrlo važna karakteristika ultrazvuka je mogućnost dobivanja visokih vrijednosti intenziteta pri relativno malim amplitudama vibracijskog pomaka, budući da je pri datoj amplitudi intenzitet direktno proporcionalan kvadratu frekvencije. Amplituda vibracijskog pomaka je u praksi ograničena jačinom akustičnih emitera.

Najvažniji nelinearni efekat u ultrazvučnom polju je kavitacija - pojava u tečnosti mase pulsirajućih mehurića ispunjenih parom, gasom ili njihovom mešavinom. Složeno kretanje mjehurića, njihovo urušavanje, međusobno spajanje, itd., generiraju kompresijske impulse (mikrošok valove) i mikroprotoke u tekućini, uzrokuju lokalno zagrijavanje medija, ionizaciju. Ovi efekti utiču na supstancu: dolazi do razaranja čvrstih materija u tečnosti (kavitaciona erozija), pokreću se ili ubrzavaju različiti fizički i hemijski procesi (slika 1).

Rice. jedan

Promjenom uslova za nastanak kavitacije moguće je pojačati ili oslabiti različite efekte kavitacije. Na primjer, s povećanjem frekvencije ultrazvuka povećava se uloga mikroprotoka i smanjuje erozija kavitacije; s povećanjem hidrostatskog tlaka u tekućini povećava se uloga mikrošokova. Povećanje frekvencije obično dovodi do povećanja granične vrijednosti intenziteta koja odgovara nastanku kavitacije, što zavisi od vrste tečnosti, njenog sadržaja gasa, temperature itd. Za vodu u niskofrekventnom ultrazvučnom opsegu pri atmosferskom pritisku, obično je 0,3-1 W / cm 3.

Izvori ultrazvuka

U prirodi se ultrazvuk nalazi u mnogim prirodnim šumovima (u buci vjetra, vodopada, kiše, u šumu kamenčića koje je kotrljao morski talas, u zvukovima koji prate pražnjenje groma, itd.), kao i u svijetu životinja koje ga koriste za eholokaciju i komunikaciju.

Tehnički ultrazvučni emiteri koji se koriste u proučavanju RAS i njihove tehničke primjene mogu se podijeliti u dvije grupe. Prvi uključuje emitere-generatore (zviždaljke). Oscilacije u njima se pobuđuju zbog prisutnosti prepreka na putu stalnog toka - mlaza plina ili tekućine. Druga grupa emitera su elektroakustični pretvarači: oni pretvaraju već date električne vibracije u mehaničke vibracije čvrstog tijela koje emituje akustične valove u okolinu.

Primjena ultrazvuka

Višestruke primjene ultrazvuka, u kojima se koriste različite njegove karakteristike, mogu se uvjetno podijeliti u tri smjera. Prvi je povezan s dobivanjem informacija putem RAS-a, drugi - s aktivnim djelovanjem na tvar, a treći - s obradom i prijenosom signala (pravci su navedeni po redoslijedu njihovog povijesnog formiranja).

Principi ultrazvučnog čišćenja

Glavnu ulogu u djelovanju ultrazvuka na tvari i procese u tekućinama ima kavitacija. Najrasprostranjeniji ultrazvučni tehnološki proces baziran je na kavitaciji – čišćenju površina od čvrstih materija. U zavisnosti od prirode kontaminacije, različite manifestacije kavitacije, kao što su mikrošokovi, mikroprotoci i zagrijavanje, mogu biti od većeg ili manjeg značaja. Odabirom parametara zvučnog polja, fizičko-hemijskih svojstava tečnosti za pranje, njenog sadržaja gasa, spoljašnjih faktora (pritisak, temperatura), moguće je kontrolisati proces čišćenja u širokim granicama, optimizujući ga u odnosu na vrstu kontaminacije. i vrstu delova koji se čiste. Vrsta čišćenja je jetkanje u ultrazvučnom polju, gdje se djelovanje ultrazvuka kombinira s djelovanjem jakih kemijskih reagensa. Ultrazvučna metalizacija i lemljenje zapravo se zasnivaju na ultrazvučnom čišćenju (uključujući i oksidni film) površina koje se spajaju ili metaliziraju. Čišćenje lemljenja (slika 2) uzrokovano je kavitacijom u rastopljenom metalu. U ovom slučaju, stupanj pročišćavanja je toliko visok da se formiraju spojevi materijala koji se ne mogu zalemiti u normalnim uvjetima, na primjer, aluminijum sa drugim metalima, razni metali sa staklom, keramika i plastika.

Rice. 2

U procesima čišćenja i metalizacije bitan je i zvučno-kapilarni efekat koji omogućava prodiranje rastvora za čišćenje ili taline u najsitnije pukotine i pore.

Mehanizmi za čišćenje i pranje

Čišćenje u većini slučajeva zahtijeva da se nečistoće otopi (u slučaju soli za otapanje), ostruže (u slučaju nerastvorljivih soli) ili da se otapaju i ostružu (kao u slučaju nerastvorljivih čestica fiksiranih u sloju masnih filmova) . Mehanički efekti ultrazvučne energije mogu biti korisni i za ubrzanje rastvaranja i za odvajanje čestica sa površine koja se čisti. Ultrazvuk se takođe može efikasno koristiti u procesu ispiranja. Preostale hemikalije deterdženta mogu se brzo ukloniti ultrazvučnim ispiranjem.

Prilikom uklanjanja zagađivača rastvaranjem, rastvarač mora doći u kontakt sa kontaminirajućim filmom i uništiti ga (slika 3, a). Kako rastvarač otapa kontaminaciju, na granici otapalo – kontaminacija nastaje zasićena otopina kontaminacije u otapalu i otapanje prestaje, jer nema isporuke svježeg rastvora na površinu kontaminacije (slika 3, b).

Rice. 3

Izlaganje ultrazvuku uništava zasićeni sloj rastvarača i osigurava isporuku svježeg rastvora na površinu kontaminacije (slika 3, c). Ovo je posebno efikasno kada se čišćenje vrši na „nepravilnim“ površinama sa lavirintom sinusa i površinskim reljefom, kao što su štampane ploče i elektronski moduli.

Neki zagađivači su sloj nerastvorljivih čestica čvrsto pričvršćenih za površinu silama jonskog vezivanja i adhezije. Dovoljno je samo odvojiti ove čestice od površine kako bi se razbili sile privlačenja i prenijele u volumen sredstva za čišćenje za naknadno uklanjanje. Kavitacija i akustične struje skidaju zagađivače kao što je prašina sa površine, ispiru ih i uklanjaju (slika 4).

Rice. 4

Zagađenje je, po pravilu, višekomponentno i može sadržavati i rastvorljive i nerastvorljive komponente u kompleksu. Učinak ultrazvuka je da emulgira sve komponente, odnosno prenosi ih u medij za pranje i zajedno s njim uklanja sa površine proizvoda.

Za uvođenje ultrazvučne energije u sistem za čišćenje potrebni su ultrazvučni generator, pretvarač električne energije generatora u ultrazvučno zračenje i akustički mjerač snage.

Električni ultrazvučni generator pretvara električnu energiju iz mreže u električnu energiju na ultrazvučnoj frekvenciji. To se radi poznatim metodama i nema specifičnosti. Međutim, poželjno je koristiti tehniku ​​digitalnog generiranja, kada su na izlazu pravokutni impulsi naizmjeničnog polariteta (slika 5). Efikasnost takvih generatora je blizu 100%, što omogućava rješavanje problema potrošnje energije procesa. Upotreba pravokutnog valnog oblika rezultira akustičnim zračenjem bogatim harmonicima. Prednosti multifrekventnog sistema za čišćenje su u tome što se ne formiraju „mrtve“ zone u interferentnim čvorovima u zapremini medija za čišćenje. Zbog toga višefrekventno ultrazvučno zračenje omogućava lociranje objekta za čišćenje praktično u bilo kojoj zoni ultrazvučne kupke.

Rice. 5

Druga tehnika za uklanjanje "mrtvih" zona je korištenje swept generatora (slika 6). U ovom slučaju, čvorovi i antičvorovi interferentnog polja se pomiču na različite tačke sistema za čišćenje, ne ostavljajući nijedno područje za čišćenje bez zračenja. Ali efikasnost takvih generatora je relativno niska.

Rice. 6

Postoje dvije opće vrste ultrazvučnih pretvarača: magnetostriktivni i piezoelektrični. Oboje obavljaju isti zadatak pretvaranja električne energije u mehaničku energiju.

Magnetostriktivni pretvarači (slika 7) koriste efekat magnetostrikcije, pri čemu neki materijali mijenjaju svoje linearne dimenzije u naizmjeničnom magnetskom polju.

Rice. 7

Električna energija iz ultrazvučnog generatora prvo se pretvara namotajem magnetostriktora u naizmjenično magnetno polje. Promjenjivo magnetsko polje, zauzvrat, stvara mehaničke vibracije ultrazvučne frekvencije zbog deformacije magnetnog kruga u vremenu s frekvencijom magnetskog polja. Budući da se magnetostriktivni materijali ponašaju kao elektromagneti, frekvencija njihovih deformacijskih vibracija je dvostruko veća od frekvencije magnetskog, a samim tim i električnog polja.

Elektromagnetne pretvarače karakteriše povećanje gubitaka energije za vrtložne struje i preokret magnetizacije sa povećanjem frekvencije. Stoga se moćni magnetostriktivni pretvarači rijetko koriste na frekvencijama iznad 20 kHz. Piezo pretvarači, s druge strane, mogu dobro emitovati u opsegu megaherca. Magnetostriktivni pretvarači su općenito manje efikasni od svojih piezoelektričnih kolega. To je prvenstveno zbog činjenice da magnetostriktivni pretvarač zahtijeva dvostruku transformaciju energije: iz električne u magnetnu, a zatim iz magnetne u mehaničku. Gubici energije nastaju pri svakoj transformaciji. Ovo smanjuje efikasnost magnetostriktora.

Piezo pretvarači (slika 8) pretvaraju električnu energiju direktno u mehaničku pomoću piezoelektričnog efekta, pri čemu neki materijali (piezoelektrici) mijenjaju svoje linearne dimenzije kada se primjenjuje električno polje. Ranije su piezoelektrični emiteri koristili takve piezoelektrične materijale kao što su prirodni kristali kvarca i sintetizirani barij titanat, koji su bili krhki i nestabilni, a samim tim i nepouzdani. U modernim pretvaračima koriste se izdržljiviji i visoko stabilniji keramički piezoelektrični materijali. Velika većina ultrazvučnih sistema za čišćenje danas koristi piezoelektrični efekat.

Rice. osam

Oprema za ultrazvučno čišćenje

Asortiman ultrazvučne opreme za čišćenje koja se koristi je vrlo širok: od malih stolnih modula u stomatologiji, draguljarnicama, elektronskoj industriji, do ogromnih sistema zapremine od nekoliko hiljada litara u nizu industrijskih aplikacija.

Pravi izbor potrebnu opremu je od najveće važnosti za uspjeh ultrazvučnog čišćenja. Najjednostavnija primjena ultrazvučnog čišćenja može zahtijevati samo zagrijanu tekućinu za pranje. Složeniji sistemi za prečišćavanje zahtijevaju veliki broj kupki, od kojih se potonje moraju napuniti destilovanom ili dejoniziranom vodom. Najveći sistemi koriste potopljene ultrazvučne pretvarače, čija kombinacija može ozračiti kupke gotovo bilo koje veličine. Pružaju maksimalnu fleksibilnost i jednostavnost korištenja i održavanja. Ultrazvučne kupke sa zagrijanim rastvorom za čišćenje najčešće se koriste u laboratorijama, medicini i nakitu.

Linije ultrazvučnog čišćenja (slika 9), koje se koriste u velikoj proizvodnji, kombinuju u jednoj zgradi električne ultrazvučne generatore, ultrazvučne pretvarače, transportni sistem za pokretne objekte koji se tretiraju u kupatilima i sistem upravljanja.

U industriji je oduvijek postojao zadatak čišćenja dijelova od svih vrsta prljavštine. Pitanje čišćenja posebno je bilo akutno u onim industrijama gdje je bilo potrebno čišćenje složene površine dijela ili tankih i dugih kanala u podacima. U metalurgiji je nakon topljenja bilo potrebno osloboditi dio od oblikovane smjese, koja je pri topljenju prianjala na cijelu površinu dijela. Bilo je nemoguće ili naporno koristiti bilo koje mehaničko sredstvo (brusilicu) za ovu operaciju.

Da bi se pojednostavio rad čišćenja dijelova od prljavštine 40-50-ih godina 20. stoljeća, iznesena je ideja da se ultrazvuk u tečnom mediju očisti za čišćenje dijelova uronjenih u ovu tekućinu. Najčešće je radni fluid voda.

Dizajnirani su mnogi uređaji koji stvaraju u rješenju ultrazvučni talasi sa frekvencijom leži u okolini 500 kHz... Pretpostavljalo se da će energija zvučnih valova na takvim frekvencijama biti dovoljna da male čestice sadržane u otopini, ubrzane ultrazvučnim valovima do velikih brzina, mogu izbaciti velike čestice prljavštine, tj. oprati prljavštinu. Uređaji dizajnirani da rade na ovoj frekvenciji pokazalo se neizvodljivim.

Oni uređaji koji su dizajnirani da generišu zvučni talas u opsegu od 20 kHz, pokazao se efikasnim... I to uglavnom zbog činjenice da stvara zvučni val u tekućini na datoj frekvenciji efekat kavitacije, što je postalo razlog za efikasno čišćenje površine od prljavštine.

Je li proces formiranja mjehurića, odnosno šupljina ispunjenih plinom, u tekućini. Takvi mjehurići ne žive dugo, budući da se u ovim šupljinama stvara negativan tlak, a tekućina koja ih okružuje ima pozitivan tlak, razlika tlaka dovodi do toga da se mjehurići „slože“ što rezultira stvaranjem intenzivnih udarnih valova koji mogu uništiti čak i metalne konstrukcije. U trenutku "kolapsa", pritisak gasovitog medija unutar mehurića može biti nekoliko hiljada puta veći od atmosferskog.

Mjehur napunjen plinom može imati duži vijek trajanja. To je zbog uzastopnih procesa kompresije i širenja uzrokovanih ultrazvučnim valovima koji prolaze, a kao rezultat difuzije, veličina mjehurića će rasti sve dok ih zrak u njima ne podigne na površinu tekućine. Tu su odmah eksplodirali. Takve proces kavitacije obično tečnosti za otplinjavanje. Ovaj fenomen je počeo da se primenjuje za otplinjavanje tečnosti.

Proizvodi koji su zahtijevali čišćenje bili su uronjeni u tečnost i zračeni ultrazvučnim talasima. Kontaminirani predmeti se potapaju u rezervoar napunjen odgovarajućim rastvaračem, ultrazvuk takve frekvencije i intenziteta se primenjuje na tečnost, koja stvara kavitaciju sa maksimalnom efikasnošću. Stvoreni udarni talasi udaraju o površinu predmeta i vrlo efikasno ih čiste.

Prilikom projektovanja i postavljanja ultrazvučnog čistača treba imati na umu da se sposobnost akustičnih talasa da stvaraju kavitaciju značajno smanjuje sa povećanjem frekvencije.

Ultrazvučna kupka

Shvatili smo teoriju, na osnovu teorije, da biste odabrali ultrazvučnu kadu ili je sami sastavili, potrebna su vam 3 elementa:

• kupatilo- posuda za tečnost - bilo kojeg oblika, ali uzimajući u obzir zapreminu sadržane tečnosti. Materijal izrade - nerđajući čelik 08X17 ili drugi.
• ultrazvučni generator talasa- za generiranje ultrazvučnih valova koriste se piezoelektrici, čvrsto pričvršćeni za kadu, pomoću ljepila na bazi epoksida (možete koristiti ljepilo na bazi akrila). Piezoelektrični generatori ultrazvučnih talasa mogu se napraviti od različitih materijala, najčešće korišteni materijal je piezokeramika, mogu se naći i piezoelektrični elementi na bazi kvarca. Snaga ultrazvučnog čistača ovisi o veličini kristala generatora valova. Ovdje važi pravilo da što više, to je moćnije.
• elektronsko kolo- potrebno je napajanje generatora piezo talasa, sastoji se od energetskog transformatora i frekventnog pretvarača, frekvencija industrijske žice od 50 Hz se pretvara u potrebnu frekvenciju reda veličine 18-20 kHz i zatim, prolazeći kroz pojačani transformator (na izlazu od oko 8 kV), ulazi u piezokeramičku ploču.

Ultrazvučno čišćenje mlaznica

Za čišćenje automobilskih injektora može se koristiti i ultrazvučni čistač i specijalizirana stanica za čišćenje injektora. Razlike u upotrebi su u tome što stub za čišćenje mlaznica omogućava čišćenje mlaznica tokom rada i njegova upotreba, kupovina ili montaža je opravdana u stručnom polju na stanicama tih. održavanja, kada je pogodna za čišćenje injektora goriva kod kuće, iako ne postoji mogućnost čišćenja injektora u toku rada, tamo je ceo injektor potpuno uronjen u sredstvo za čišćenje a nema ni vizuelne potvrde čišćenja injektora, da li da li je injektor ociscen ili ne moze se razumeti samo kada motor radi prema senzacijama... Ali postoji i plus korištenja kade, a ne stupa, u injektoru je i filter goriva koji zadržava prljavštinu u gorivu, kada se čisti u kadi, prljavština zgnječena kavitacijom ne prolazi kroz cijeli put goriva do injektora i ne taloži se u neravninama ovog puta.

Video objave o čišćenju injektora:

Sredstva za čišćenje

Interakcija ultrazvučnog talasa sa kontaminiranim predmetom odvija se u vodenom mediju, pošto je voda univerzalni rastvarač, jeftin i moguće ga je svuda nabaviti, osim toga, poznata je učestalost stvaranja kavitacije za vodu od 18-20 kHz, a za ostale tekućine vlastitu frekvenciju kavitacije. Zbog toga su sva sredstva za čišćenje napravljena na bazi vode, koja sadrži različite tenzide i antikorozivne aditive, koji daju sredstvu za čišćenje vrlo efikasna svojstva deterdženta. Za pripremu sredstva za čišćenje za ultrazvučno čišćenje dovoljno je u vodu dodati deterdžente (sapun), za manje kritične dijelove, a za kritičnije metalne dijelove i antikorozivne tvari.

I odgovori na njih.

Ultrazvučno čišćenje: pitanja i odgovori

Pitanja

1. Šta je ultrazvučno čišćenje?

Ultrazvučno čišćenje je brza i efikasna ekološki prihvatljiva metoda čišćenja koja koristi ultrazvučnu energiju koja prolazi kroz odgovarajuće rješenje za čišćenje. Ovo omogućava brzo i temeljito uklanjanje neželjenih zagađivača iz elemenata za čišćenje koji se nalaze unutar posude za ultrazvučnu penetracijsku tekućinu. Ova metoda čišćenja je jedan od najmodernijih i najefikasnijih načina za uklanjanje prljavštine sa raznih predmeta, posebno u što je brže moguće i bez mogućeg oštećenja elemenata. Metoda ultrazvučnog čišćenja zasniva se na kavitaciji.

2. Šta je kavitacija?

Kavitacija je proces brzog formiranja i raspršivanja mikro mjehurića u tekućini. Fenomen kavitacije nastaje kada ultrazvučni talasi prolaze kroz tečnost. Ultrazvuk (zvuk visoke frekvencije, tipično od 20 do 400 kHz) proizvodi naizmjenično valove visokog i niskog pritiska koji stvaraju sitne šupljine (mjehuriće). Počinju da rastu od mikroskopskih veličina u fazi niskog pritiska sve dok se ne skupe, a zatim pucaju tokom faze visokog pritiska. Molekuli tečnosti se sudaraju, oslobađajući ogromnu količinu energije. Energija trenutno povećava lokalnu temperaturu i formira visok energetski tok usmjeren na površinu objekta koji se čisti. Ovi mjehurići imaju ogromnu energiju koja je usmjerena ka čišćenju – njeno oslobađanje odvaja prljavštinu sa površine koju treba očistiti.

3. Kako do ultrazvuka?

Ultrazvučna energija visokofrekventnih zvučnih talasa se pretvara iz električne energije visoke frekvencije pomoću pretvarača. Kapacitet čišćenja uređaja ovisi o vrsti i kapacitetu pretvarača koji se koristi.

4. Kako je dizajniran ultrazvučni čistač?

Modul ultrazvučna kupka uključuje ultrazvučni generator i specijalne pretvarače postavljene na dno spremnika od nehrđajućeg čelika. Rezervoar mora biti napunjen tečnošću kako bi se formirao medij za čišćenje. Generator, zajedno sa pretvaračem, generiše naizmenične talase kompresije i ekspanzije u fluidu na veoma visokim frekvencijama, tipično od 25 do 130 kHz.

5. Za šta se koristi ultrazvučni grijač?

Ultrazvučni čistač koristi funkciju grijanja kako bi održao temperaturu otopine na željenoj razini između ciklusa čišćenja. Zauzvrat, toplina potrebna za čišćenje se stvara tokom procesa kavitacije.

6. Šta je degazacija i zašto je potrebna?

Otplinjavanje je proces prethodnog uklanjanja plinova koji mogu biti prisutni u tečnosti za čišćenje. Do kavitacije treba doći tek nakon što su svi plinovi uklonjeni iz otopine za čišćenje. Ovo stvara vakuum u mjehurićima koji se formiraju. One se uništavaju kada talas visokog pritiska udari u zid mjehurića, a oslobođena energija pomaže deterdžentu da razbije veze između predmeta koji se čiste i njihovih zagađivača.

7. Kako do optimalnog rezultata čišćenja?

Najbolji rezultat ultrazvučnog čišćenja možete postići samo nakon sljedećih jednostavnih koraka: odaberite pravi tip ultrazvučnog čistača i odgovarajuću veličinu spremnika; odaberite odgovarajuće sredstvo za čišćenje koje odgovara vašim potrebama; podesite ispravnu temperaturu i vrijeme čišćenja.

8. Šta je direktno i indirektno čišćenje?

Kada predmete koje treba očistiti stavite u rezervoar za ultrazvučni čistač napunjen rastvorom deterdženta, to se naziva direktno čišćenje. Predmeti se obično stavljaju u posebnu perforiranu plastičnu ladicu ili korpu, a ne na dno rezervoara. Međutim, za direktno čišćenje trebate odabrati tekućinu koja neće oštetiti spremnik ultrazvučnog čistača. U suprotnom, možete koristiti neperforiranu ladicu ili staklenu posudu, napuniti je potrebnom tekućinom za čišćenje i staviti predmete unutra. Ova metoda se naziva indirektno čišćenje. Imajte na umu da nivo vode u rezervoaru mora dostići liniju punjenja tokom čišćenja, odnosno oko 3 centimetra od vrha.

9. Zašto je potrebno posebno rješenje za čišćenje?

Možete koristiti razne tečnosti za čišćenje, čak i čistu tekuću vodu. Međutim, sama voda nema svojstva čišćenja, tako da ćete morati koristiti poseban rastvor za čišćenje da biste postigli željeni efekat. Stavljate predmete koje treba očistiti u rastvor da biste započeli ovaj proces, a kavitacija pomaže rastvoru da razbije veze između delova i zagađivača. Specijalni rastvori za čišćenje sadrže određene sastojke koji poboljšavaju učinak ultrazvučnog čišćenja. Na primjer, smanjenje površinske napetosti tekućine dovodi do povećanja nivoa kavitacije. Tečnost sadrži efikasan humektant ili surfaktant.

10. Koju otopinu za čišćenje trebam koristiti?

Možete pronaći širok izbor ultrazvučnih čistača dizajniranih za specifične primjene. Moderna rješenja sadrže razne deterdžente, sredstva za vlaženje i druge reaktivne komponente. Ispravan izbor otopine za čišćenje određuje uspjeh procesa čišćenja i pomaže u izbjegavanju neželjenih reakcija s predmetom koji se čisti. Molimo konsultujte tehničke stručnjake pre nego što odaberete proizvod za vaše potrebe.

11. Koju otopinu za čišćenje ne treba koristiti?

Nikada ne koristite zapaljive rastvore ili tečnosti sa niskom tačkom paljenja (benzen, benzol, aceton, itd.). Energija uzrokovana kavitacijom stvara toplinu, a visoke temperature mogu stvoriti opasnu okolinu u zapaljivim otopinama. Izbjegavajte korištenje izbjeljivača i kiselina. Mogu oštetiti kadu od nerđajućeg čelika. U suprotnom, pažljivo ih koristite ako je potrebno, ali samo za indirektno čišćenje. Trebalo bi da postoji odgovarajuća posuda za indirektno čišćenje, mogu se koristiti staklene posude.

12. Kada treba zameniti rastvor za čišćenje?

13. Zašto je potrebno održavati nivo rješenja na indikatoru nivoa?

Prije čišćenja provjerite je li nivo rastvora u skladu sa indikatorom nivoa u kadi. Trebalo bi da odgovara indikatoru nivoa sa unutrašnjom posudom i korpom. U suprotnom, karakteristike procesa čišćenja mogu biti pogođene, učestalost čišćenja se može promijeniti, efikasnost čišćenja može se smanjiti, a vaša ultrazvučna kupka može čak biti oštećena. Usklađenost s ovim zahtjevom omogućava veću cirkulaciju otopine oko predmeta koji se čiste i štiti grijače i pretvarače uređaja od pregrijavanja i udara.

14. Koliko dugo traje proces čišćenja?

Vrijeme čišćenja ovisi o nizu uvjeta, od kojih su najvažniji: otopina za čišćenje, količina i vrsta kontaminacije na gradilištu, temperatura čišćenja i potreban nivo čistoće. Možete uočiti uklanjanje zagađivača odmah nakon pokretanja ciklusa čišćenja. Možete podesiti trajanje procesa čišćenja u skladu sa svojim uslovima. Obično ćete morati postaviti približno potrebno vrijeme, zatim provjeriti rezultat čišćenja i ponoviti ciklus čišćenja ako je potrebno. Rezultat stvarne upotrebe i čišćenja pomaže operateru da odredi optimalno vrijeme za određene vrste objekata kao i za specifične vrste kontaminacije.

Zagrijavanje pomaže kadi da proces čišćenja bude brži i efikasniji. Rješenja za čišćenje su obično formulirana da daju bolje rezultate i više temperature. Možete odrediti optimalnu temperaturu koja odgovara vašim potrebama kako biste pružili najbrže i najefikasnije rezultate eksperimentiranjem s različitim vrstama zaprljanja i predmeta za čišćenje. Obično najbolje rezultate možete postići u rasponu od 50 °C ~ 65 °C.

16. Da li trebam isprati dijelove nakon čišćenja?

Da biste uklonili sve štetne ili neželjene hemijske ostatke iz sredstva za čišćenje, preporučuje se ispiranje predmeta nakon čišćenja. Možete isprati u svojoj ultrazvučnoj kadi napunjenoj običnom vodom iz slavine ili koristiti česnu, destilovanu ili dejoniziranu vodu i zasebnu posudu ako je potrebno.

17. Zašto biste isključili ultrazvučnu kadu ako nije u upotrebi?

Kontinuirani rad kupke povećava isparavanje rastvora za čišćenje. To može uzrokovati pad nivoa tečnosti u rezervoaru, što može dovesti do ozbiljnog oštećenja kade. Isključite ultrazvučnu kadu nakon završetka ciklusa čišćenja i provjerite nivo otopine prije svake operacije kako biste osigurali dug vijek trajanja uređaja.

18. Može li ultrazvučno čišćenje oštetiti moje dijelove?

Ova metoda čišćenja, uz određena upozorenja, smatra se sigurnom za većinu objekata. Iako se tokom procesa kavitacije događa snažno oslobađanje energije, ovo je sigurno, jer je energija lokalizirana na mikroskopskom nivou. Prva stvar na koju treba obratiti pažnju je odabir pravog rješenja za čišćenje. Ultrazvučna snaga može pojačati učinak deterdženta na predmete koji se čiste. Ne preporučuje se korištenje ultrazvuka za čišćenje sljedećeg kamenja: smaragd, malahit, biser, tanzanit, tirkiz, opal, koral i lapis.

19. Koje su primjene ultrazvučnog čišćenja?

Obično se ova metoda čišćenja koristi za čišćenje predmeta, dijelova i drugih predmeta sa složenim površinskim strukturama i predmeta koji zahtijevaju posebnu njegu. Ultrazvučno čišćenje će se pokazati korisnim u hemiji, automobilskoj industriji, mašinstvu, proizvodnji polimera, naučnim istraživanjima, zdravstvu, medicini, oružju, nakitu i drugim industrijskim aplikacijama.

20. Šta je zabranjeno kada koristite ultrazvučni čistač?

• Nikada ne stavljajte predmete na dno rezervoara radi čišćenja. To može oštetiti kadu jer će se ultrazvučna energija reflektirati od predmeta koje treba očistiti natrag do sonde. Uvijek koristite poslužavnik za čišćenje ili košaru s razmakom od 30 mm između dna spremnika i predmeta koji se čisti.
• Nemojte ispuštati ultrazvučnu kupku i izbjegavajte druge šokove. Ovo može oštetiti ultrazvučni predajnik.
• Nikada nemojte pokretati kadu bez tečnosti u rezervoaru.
• Nikada nemojte koristiti zapaljive tekućine kao što su benzin, benzol, aceton iz razloga opasnosti od požara.
• Nikada ne koristite ultrazvučnu kupku na veoma prašnjavim mestima.
• Nikada ne koristite ultrazvučnu kupku na veoma visokim temperaturama tokom dužeg vremenskog perioda.
• Nikada ne pokušavajte očistiti eksplozivne predmete, municiju, ručne bombe, mine itd.
• Nikada ne stavljajte životinje ili druga živa bića u kadu i ne koristite kadu za čišćenje kućnih ljubimaca.

Jedinstveno iskustvo u razvoju i implementaciji

tehnologije čišćenja delova u najvećim preduzećima