Ultragarsinis valymas. Teorija ir praktika. Ultragarsinio valiklio veikimo principas. Kuris valymo tirpalas neturėtų būti naudojamas

Tai leidžia greitai ir efektyviai apdoroti įvairias dalis, pašalinti patvariausius teršalus, pakeisti brangius ir nesaugius tirpiklius bei mechanizuoti valymo procesą.

Kai ultragarso virpesiai perduodami skysčiui, jame atsiranda kintantis slėgis, keičiantis jaudinančio lauko dažniu. Ištirpusių dujų buvimas skystyje lemia tai, kad per neigiamą svyravimų pusperiodį, kai skystį veikia tempiamasis įtempis, susidaro plyšimai dujų burbuliukų pavidalu ir padaugėja šiame skystyje. Į šiuos burbulus gali būti susiurbtos medžiagos mikroįtrūkimų ir mikroporų priemaišos. Veikiant gniuždymo įtempiams teigiamo slėgio pusės periodo metu burbuliukai subyra. Burbulams subyrėjus, juos veikia kelis tūkstančius atmosferų siekiantis skysčio slėgis, todėl burbulo griūtį lydi galingos smūginės bangos susidarymas. Šis burbuliukų susidarymo ir žlugimo skystyje procesas vadinamas kavitacija... Dažniausiai kavitacija atsiranda detalės paviršiuje. Smūgio banga susmulkina nešvarumus ir perneša juos į valymo tirpalą (žr. 1.10 pav.).

Ryžiai. 1.10. Teršalų išsiurbimo iš paviršiaus mikroįtrūkimų į augantį dujų burbulą diagrama

Atskirtos nešvarumų dalelės sulaiko burbuliukus ir išplaukia į paviršių (1.11 pav.).

Ryžiai. 1.11. Ultragarsinis valymas

Ultragarso banga skystyje apibūdinama garso slėgio P garsu. ir vibracijos intensyvumas I. Garso slėgis nustatomas pagal formulę:

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

kur p m = . C. .  - garso slėgio amplitudė,

. C - bangos varža,

 - vibracijos amplitudė,

 – dažnis.

Padidėjus garso slėgiui iki optimalios vertės, skystyje didėja dujų burbuliukų skaičius ir atitinkamai didėja kavitacijos srities tūris. Ultragarsiniuose valymo įrenginiuose garso slėgis „emiterio ir skysčio“ sąsajoje yra 0,2 ÷ 0,14 MPa diapazone.

Praktiškai ultragarso virpesių intensyvumas laikomas galia, tenkančia emiterio ploto vienetui:

1,5 ÷ 3 W / cm 2 - vandeniniai tirpalai,

0,5 ÷ 1 W / cm 2 - organiniai tirpalai.

Kavitacijos destrukcija pasiekia maksimumą, kai burbuliukų subyrėjimo laikas yra lygus svyravimų pusei. Kavitacijos burbuliukų susidarymui ir augimui įtakos turi skysčio klampumas, vibracijos dažnis, statinis slėgis ir temperatūra. Kavitacijos burbulas gali susidaryti, jei jo spindulys yra mažesnis už tam tikrą kritinį spindulį, atitinkantį tam tikrą hidrostatinį slėgį.

Ultragarso vibracijos dažnis yra diapazone nuo 16 Hz iki 44 kHz.

Jei vibracijos dažnis žemas, susidaro didesni burbuliukai su maža pulsacijos amplitudė. Kai kurie iš jų tiesiog plūduriuoja į skysčio paviršių. Žemo dažnio ultragarsas prasčiau sklinda dėl sugerties, todėl kokybiškas valymo procesas vyksta šalia šaltinio esančioje vietoje. Esant žemam dažniui, nepakankamai gerai išvalomi mikroįtrūkimai, kurių matmenys mažesni už ultragarso bangos ilgį.

Padidėjus vibracijos dažniui, sumažėja dujų burbuliukų dydis ir atitinkamai sumažėja smūgio bangų intensyvumas esant tokiai pačiai įrenginio galiai. Norint pradėti kavitacijos procesą padidintu dažniu, reikalingas didelis vibracijos intensyvumas. Padidėjus ultragarsinio valymo įrenginio dažniui, paprastai sumažėja įrenginio efektyvumas. Tačiau ultragarso dažnio didinimas turi keletą teigiamų aspektų:

Valymas atliekamas hidro srautais su žymiai mažesne detalės vibracija;

Ultragarso energijos tankis didėja proporcingai dažnio kvadratui, todėl į tirpalą galima įvesti didelius intensyvumus arba, esant pastoviam intensyvumui, sumažinti svyravimų amplitudę;

Didėjant dažniui, didėja sugertos ultragarso energijos kiekis.

Dėl didesnio tankio energijos įsisavinimo alyvos dalelės, riebalai, srautai ir kt. paviršiaus teršalai, dalys kaitinamos tampa skystesnės ir lengvai ištirpsta valymo skystyje. Vanduo (kaip valymo tirpalo pagrindas) neįkaista;

Didėjant dažniui, bangos ilgis mažėja, o tai prisideda prie kruopštesnio mažų skylių valymo;

Ultragarsui svyruojant pakankamai aukštu dažniu (40 kHz), ultragarso banga sklinda su mažesne absorbcija ir efektyviai veikia net dideliu atstumu nuo šaltinio;

Ultragarsinių generatorių ir keitiklių matmenys ir svoris žymiai sumažėja;

Sumažėja valomos dalies paviršiaus erozinio sunaikinimo rizika.

Skysčio klampumas ultragarsinio valymo metu jis turi įtakos energijos praradimui ir smūgio slėgiui. Skysčio klampumo padidėjimas padidina nuostolius dėl klampios trinties, tačiau sumažėja burbulo žlugimo laikas, todėl padidėja smūgio bangos jėga. Techninis prieštaravimas.

Temperatūra turi dviprasmišką poveikį ultragarsinio valymo procesui. Temperatūros padidėjimas suaktyvina valymo terpę ir padidina jos tirpimo galią. Tačiau tuo pačiu metu tirpalo klampumas mažėja ir garų-dujų mišinio slėgis didėja, o tai žymiai sumažina kavitacijos proceso stabilumą. Čia vėl susiduriame su situacijatechninis prieštaravimas.

Inžinerinis būdas išspręsti šį prieštaravimą yra optimizuoti tirpalo temperatūrą (klampumą), atsižvelgiant į užterštumo pobūdį ir tipą. Norint išvalyti detales nuo chemiškai aktyvių teršalų, reikia padidinti temperatūrą, o norint pašalinti blogai tirpius teršalus, reikia parinkti tokią temperatūrą, kuri sudarytų sąlygas optimaliai kavitacijos erozijai.

šarminiai tirpalai 40 ÷ 60 ° C,

trichloretanas 38 ÷ 40 °C,

Vandens emulsijos 21 ÷ 37 ° C.

Be teršalų kavitacinės dispersijos, valymo metu teigiamą reikšmę turi akustiniai skysčių srautai, t.y. ultragarsu apdorotame skystyje jo nehomogeniškumo vietose arba „skystis-kieta“ sąsajoje susidarantys sūkuriai. Didelis skysčio sužadinimo lygis sluoksnyje, esančiame prie detalės paviršiaus, sumažina difuzinio sluoksnio, susidarančio valymo tirpalo reakcijos su teršalais produktų, storį.

Ultragarsinės valymo priemonės

Valymas atliekamas vandeniniais plovimo tirpikliais, emulsijomis, rūgštiniais tirpalais. Naudojant šarminius tirpalus, galima žymiai sumažinti temperatūrą ir šarminių komponentų koncentraciją, o valymo kokybė išlieka aukšta. Tai sumažina dalies ėsdinimo poveikį. Į šarminių tirpalų sudėtį dažniausiai įeina kaustinė soda (NaOH), sodos pelenai (Na 3 CO 3), trinatrio fosfatas (Na 3 PO 4,12H 2 O), vandens stiklas (Na 2 O. SiO 2), anijoninės ir nejoninės aktyviosios paviršiaus medžiagos. (sulfanolis, tinolis).

Paviršinio aktyvumo medžiagos žymiai padidina kavitacijos eroziją, t.y. intensyvinti valymo procesą. Tačiau taip pat padidėja medžiagos paviršiaus kavitacijos sunaikinimo rizika, pridedant paviršinio aktyvumo medžiagų. Paviršiaus įtempimo sumažėjimas esant paviršinio aktyvumo medžiagoms padidina burbuliukų skaičių tūrio vienete. Tokiu atveju paviršinio aktyvumo medžiaga sumažina detalės paviršiaus stiprumą (techninis prieštaravimas).

Norint išvengti metalų erozijos, reikia parinkti optimalią aktyviosios paviršiaus medžiagos koncentraciją, minimalią proceso trukmę, o dalis išdėstyti toliau nuo emiterio (inžinerinis sprendimas).

Ultragarsinis valymas organiniuose tirpikliuose naudojamas, kai valant šarminiuose tirpikliuose gali atsirasti medžiagos korozija arba susidaryti pasyvi plėvelė, taip pat jei reikia sutrumpinti džiūvimo laiką. Patogiausi yra labai reaktyvūs chlorinti tirpikliai; jie tirpdo įvairius teršalus ir yra saugūs naudoti.

Chlorinti tirpikliai gali būti naudojami gryni arba azeotropiniuose mišiniuose (distiliuoti nekeičiant sudėties). Pavyzdžiui, freono-113, freono-30 mišiniai. Azeotropiniai tirpiklių mišiniai reaguoja su daugeliu teršalų, kad padidintų valymo efektyvumą.

Ultragarsiniam valymui taip pat naudojamas benzinas, acetonas, alkoholiai, spirito-benzino mišiniai.

Ultragarsiniam detalių ėsdinimui valant nuo oksidų naudojami koncentruoti rūgštiniai tirpalai (žr. 1.6 lentelę).

1.6 lentelė.

Tirpalų (masės dalių) sudėtis ir ultragarsinio ėsdinimo būdai

Ultragarsinio valymo proceso valdymo metodai .

Skysčio slėgio pokytis. Metodas įgyvendinamas sukuriant vakuumą arba, atvirkščiai, viršslėgį. Išsiurbus skystį, palengvinamas kavitacijos susidarymas. Per didelis slėgis padidina erozijos destrukciją, kavitacinės erozijos maksimumą perkelia į aukšto garso slėgio zoną ir turi įtakos akustinių srautų pobūdžiui.

Elektrinių arba magnetinių laukų taikymas valymo terpei. Naudojant elektrocheminį ultragarsinį valymą, kavitacijos sritis gali būti lokalizuota tiesiai prie ruošinio; ant elektrodų išsiskiriantys dujų burbuliukai prisideda prie taršos plėvelių sunaikinimo; sumažintas detalės poliarizuoto paviršiaus drėkinamumas alyva.

Magnetinio lauko įvedimas į kavitacijos sritį sukelia neigiamo paviršiaus krūvio dujų burbuliukų judėjimą, o tai padidina dalių kavitacijos eroziją.

Abrazyvinių dalelių įvedimas į valymo tirpalą. Kietosios abrazyvinės dalelės dalyvauja mechaniniame priemaišų atskyrime ir skatina kavitacijos burbuliukų susidarymą, nes sutrikdo skysčio tekėjimo tęstinumą.

Kas yra ultragarsas?

Ultragarsas (US) – tamprios vibracijos ir bangos, kurių dažnis didesnis nei 15 ... 20 kHz. Apatinė ultragarso dažnių srities riba, skirianti ją nuo girdimo garso srities, yra nulemta subjektyvių žmogaus klausos savybių ir yra sąlyginė. Viršutinė riba yra dėl fizinės elastinių bangų prigimties, kurios gali sklisti tik materialioje aplinkoje, tai yra, jei bangos ilgis yra daug didesnis už vidutinį laisvą molekulių kelią dujose arba tarpatominius atstumus skysčiuose ir kietosios medžiagos Oi. Todėl dujose viršutinė ultragarso dažnių riba nustatoma iš apytikslės garso bangos ilgio ir laisvo molekulių kelio lygybės sąlygos. Esant normaliam slėgiui, jis yra 10 9 Hz. Skysčiuose ir kietose medžiagose lemiamas veiksnys yra bangos ilgio lygybė tarpatominiams atstumams, o ribinis dažnis siekia 10 12 -10 13 Hz. Priklausomai nuo bangos ilgio ir dažnio, ultragarsas turi specifinių spinduliavimo, priėmimo, sklidimo ir taikymo ypatybių, todėl ultragarso dažnių sritį patogu suskirstyti į tris subregionus:

Žemas - 1,5–10 ... 10 5 Hz;

Vidutinis - 10 5 ... 10 7 Hz;

Aukštas – 10 7 ... 10 9 Hz.

Elastinės bangos, kurių dažnis yra 1 · 10 8 ... 1 · 10 13 Hz, paprastai vadinamos hipergarsu.

Garso bangų teorija

Ultragarsas kaip elastinės bangos

Ultragarso bangos savo prigimtimi nesiskiria nuo elastinių garsinio diapazono bangų, taip pat nuo infragarso bangų.

Ultragarso sklidimas atitinka pagrindinius dėsnius, būdingus bet kokio dažnio diapazono akustinėms bangoms, paprastai vadinamoms garso bangomis. Pagrindiniai jų sklidimo dėsniai apima garso atspindžio ir lūžio prie įvairių terpių ribų dėsnius, garso difrakciją ir sklaidą esant kliūtims ir nehomogeniškumui terpėje bei nelygumams ribose, bangolaidžio sklidimo ribotoje aplinkoje dėsnius. terpės sritis.

Specifinės ultragarso savybės

Nors fizinė ultragarso prigimtis ir pagrindiniai jo sklidimą reglamentuojantys dėsniai yra tokie patys kaip ir bet kokio dažnio diapazono garso bangoms, jis turi nemažai specifinių ypatybių, lemiančių jo svarbą mokslui ir technologijoms. Jie atsiranda dėl gana aukštų dažnių ir atitinkamai mažo bangos ilgio.

Taigi, esant aukštiems ultragarso dažniams, bangos ilgiai yra:

Ore - 3,4⋅10 -3 ... 3,4⋅10 -5 cm;

Vandenyje - 1,5⋅10 -2 ... 1,5⋅10 -4 cm;

Pliene - 1⋅10 -2 ... 1⋅10 -4 cm.

Tokį ultragarso bangų (USW) verčių skirtumą lemia skirtingi jų sklidimo greičiai skirtingose ​​terpėse. Žemo dažnio regione ultragarso bangų ilgiai dažniausiai neviršija kelių centimetrų ir tik šalia apatinės diapazono ribos siekia kelias dešimtis centimetrų kietose medžiagose.

USW nyksta daug greičiau nei žemo dažnio bangos, nes garso sugerties koeficientas (atstumo vienetui) yra proporcingas dažnio kvadratui.

Kitas labai svarbus ultragarso bruožas yra galimybė gauti aukštas intensyvumo vertes esant santykinai mažoms vibracinio poslinkio amplitudėms, nes esant tam tikrai amplitudei intensyvumas yra tiesiogiai proporcingas dažnio kvadratui. Vibracijos poslinkio amplitudę praktiškai riboja akustinių skleidėjų stiprumas.

Svarbiausias netiesinis efektas ultragarso lauke yra kavitacija – pulsuojančių burbuliukų masės, užpildytos garais, dujomis ar jų mišiniu, atsiradimas skystyje. Sudėtingas burbuliukų judėjimas, jų kolapsas, susiliejimas vienas su kitu ir kt., sukuria suspaudimo impulsus (mikrošoko bangas) ir mikrosroves skystyje, sukelia vietinį terpės įkaitimą, jonizaciją. Šie poveikiai paveikia medžiagą: vyksta skystyje esančių kietųjų dalelių irimas (kavitacinė erozija), pradedami arba pagreitėja įvairūs fizikiniai ir cheminiai procesai (1 pav.).

Ryžiai. vienas

Pakeitus kavitacijos atsiradimo sąlygas, galima sustiprinti arba susilpninti įvairius kavitacijos efektus. Pavyzdžiui, padidėjus ultragarso dažniui, didėja mikrosrautų vaidmuo ir mažėja kavitacijos erozija; padidėjus hidrostatiniam slėgiui skystyje, didėja mikrošoko efektų vaidmuo. Padidėjus dažniui, paprastai padidėja slenkstinė intensyvumo vertė, atitinkanti kavitacijos pradžią, kuri priklauso nuo skysčio tipo, jo dujų kiekio, temperatūros ir kt. Vandeniui žemo dažnio ultragarso diapazone esant atmosferos slėgiui, paprastai yra 0,3-1 W / cm 3.

Ultragarso šaltiniai

Gamtoje ultragarsas aptinkamas daugelyje gamtos garsų (vėjo, krioklio, lietaus triukšme, jūros banglentės ridenamų akmenukų triukšme, žaibo išlydžius lydinčiame garsuose ir kt.), taip pat pasaulyje. gyvūnų, kurie jį naudoja echolokacijai ir bendravimui.

Techniniai ultragarso skleidėjai, naudojami tiriant RAS ir jų techninius pritaikymus, gali būti suskirstyti į dvi grupes. Pirmoji apima emiterius-generatorius (švilpukus). Svyravimai juose sužadinami dėl to, kad nuolatinio srauto kelyje yra kliūčių - dujų ar skysčio srovės. Antroji emiterių grupė – elektroakustiniai keitikliai: jie jau duotus elektrinius virpesius paverčia mechaniniais kieto kūno virpesiais, skleidžiančiais į aplinką akustines bangas.

Ultragarso taikymas

Daugelį ultragarso pritaikymų, kuriuose naudojamos įvairios jo savybės, sąlygiškai galima suskirstyti į tris kryptis. Pirmasis yra susijęs su informacijos gavimu per RAS, antrasis - su aktyviu poveikiu medžiagai, o trečiasis - su signalų apdorojimu ir perdavimu (kryptys išvardytos jų istorinio susidarymo tvarka).

Ultragarsinio valymo principai

Pagrindinį vaidmenį ultragarso įtakoje skysčiuose esančioms medžiagoms ir procesams atlieka kavitacija. Plačiausiai naudojamas ultragarsinis technologinis procesas yra pagrįstas kavitacija – paviršių valymu nuo kietųjų dalelių. Priklausomai nuo užterštumo pobūdžio, įvairios kavitacijos apraiškos, tokios kaip mikrošoko smūgiai, mikrosrautai, kaitinimas, gali turėti didesnę ar mažesnę reikšmę. Pasirinkus garso lauko parametrus, skalbimo skysčio fizikines ir chemines savybes, jo dujų kiekį, išorinius veiksnius (slėgį, temperatūrą), galima valdyti valymo procesą plačiose ribose, optimizuojant jį atsižvelgiant į užterštumo tipą. ir valomų dalių tipas. Valymo būdas yra ėsdinimas ultragarso lauke, kai ultragarso veikimas derinamas su stiprių cheminių reagentų veikimu. Ultragarsinis metalizavimas ir litavimas iš tikrųjų yra pagrįsti jungiamų arba metalizuojamų paviršių ultragarsiniu valymu (įskaitant nuo oksido plėvelės). Kietojo litavimo valymą (2 pav.) sukelia kavitacija išlydytame metale. Tokiu atveju gryninimo laipsnis yra toks didelis, kad susidaro medžiagų, kurių normaliomis sąlygomis negalima lituoti, junginiai, pavyzdžiui, aliuminis su kitais metalais, įvairūs metalai su stiklu, keramika, plastikai.

Ryžiai. 2

Valymo ir metalizavimo procesuose taip pat būtinas garso kapiliarinis efektas, užtikrinantis valymo tirpalo ar lydalo įsiskverbimą į mažiausius įtrūkimus ir poras.

Valymo ir plovimo mechanizmai

Daugeliu atvejų valant reikia ištirpinti priemaišas (jei tirpsta druska), nubraukti (jei netirpios druskos) arba ištirpinti ir nubraukti (kaip netirpių dalelių atveju, pritvirtintų riebalinių plėvelių sluoksnyje). . Mechaninis ultragarso energijos poveikis gali būti naudingas tiek norint pagreitinti tirpimą, tiek atskirti daleles nuo valomo paviršiaus. Ultragarsas taip pat gali būti efektyviai naudojamas skalavimo procese. Likusias ploviklio chemines medžiagas galima greitai pašalinti skalaujant ultragarsu.

Tirpinant šalinant teršalus, tirpiklis turi liestis su užteršiančia plėvele ir ją sunaikinti (3 pav., a). Tirpikliui ištirpinus užterštumą, tirpiklio ir užteršimo sąsajoje atsiranda prisotintas taršos tirpalas tirpiklyje ir tirpimas sustoja, nes šviežias tirpalas nepatenka į užteršimo paviršių (3 pav., b).

Ryžiai. 3

Ultragarso poveikis sunaikina prisotintą tirpiklio sluoksnį ir užtikrina šviežio tirpalo patekimą į užteršimo paviršių (3 pav., c). Tai ypač efektyvu, kai valomi „netaisyklingi“ paviršiai su sinusų labirintu ir paviršiaus reljefu, pavyzdžiui, spausdintinės plokštės ir elektroniniai moduliai.

Kai kurie teršalai yra netirpių dalelių sluoksnis, tvirtai prilipęs prie paviršiaus, veikiant joninio ryšio ir sukibimo jėgoms. Pakanka tik atskirti šias daleles nuo paviršiaus, kad būtų nutrauktos traukos jėgos ir jas būtų galima perkelti į valymo terpės tūrį, kad būtų galima vėliau pašalinti. Kavitacija ir akustinės srovės nuplėšia nuo paviršiaus teršalus, tokius kaip dulkes, nuplauna ir pašalina (4 pav.).

Ryžiai. 4

Tarša, kaip taisyklė, yra daugiakomponentė ir gali turėti tiek tirpių, tiek netirpių komponentų komplekse. Ultragarso poveikis yra tas, kad jis emulsuoja bet kokius komponentus, tai yra, perkelia juos į plovimo terpę ir kartu su ja pašalina nuo gaminių paviršiaus.

Norint įvesti ultragarso energiją į valymo sistemą, reikalingas ultragarsinis generatorius, generatoriaus elektros energijos keitiklis į ultragarso spinduliuotę ir akustinės galios matuoklis.

Elektrinis ultragarsinis generatorius paverčia elektros energiją iš tinklo į elektros energiją ultragarso dažniu. Tai atliekama žinomais metodais ir neturi specifiškumo. Tačiau geriau naudoti skaitmeninę generavimo techniką, kai išvestis yra stačiakampiai kintamo poliškumo impulsai (5 pav.). Tokių generatorių efektyvumas yra beveik 100%, todėl galima išspręsti proceso energijos suvartojimo problemą. Naudojant stačiakampę bangos formą, gaunama akustinė spinduliuotė, turtinga harmonikų. Daugiadažnės valymo sistemos privalumai yra tai, kad valymo terpės tūrio trukdžių mazguose nesusidaro „negyvos“ zonos. Todėl daugiadažnis ultragarsinis švitinimas leidžia praktiškai bet kurioje ultragarsinės vonios zonoje nustatyti valymo objekto vietą.

Ryžiai. 5

Kitas būdas atsikratyti „negyvų“ zonų yra naudoti nuvalytą generatorių (6 pav.). Tokiu atveju trukdžių lauko mazgai ir antimazgai persikelia į skirtingus valymo sistemos taškus, nepaliekant jokių valymui skirtų zonų be apšvitinimo. Tačiau tokių generatorių efektyvumas yra palyginti mažas.

Ryžiai. 6

Yra du pagrindiniai ultragarso keitiklių tipai: magnetostrikciniai ir pjezoelektriniai. Jie abu atlieka tą pačią užduotį – elektros energiją paverčia mechanine energija.

Magnetostrikciniuose keitikliuose (7 pav.) naudojamas magnetostrikcijos efektas, kai kai kurios medžiagos keičia savo linijinius matmenis kintamajame magnetiniame lauke.

Ryžiai. 7

Ultragarsinio generatoriaus elektros energija pirmiausia paverčiama magnetostriktoriaus apvija į kintamąjį magnetinį lauką. Kintamasis magnetinis laukas, savo ruožtu, sukuria mechaninius ultragarso dažnio virpesius dėl magnetinės grandinės deformacijos laiku, atsižvelgiant į magnetinio lauko dažnį. Kadangi magnetostrikcinės medžiagos elgiasi kaip elektromagnetai, jų deformacinių virpesių dažnis yra du kartus didesnis už magnetinio, taigi, ir elektrinio lauko dažnį.

Elektromagnetiniams keitikliams būdingi didėjantys sūkurinių srovių energijos nuostoliai ir įmagnetinimo pasikeitimas didėjant dažniui. Todėl galingi magnetostrikciniai keitikliai retai naudojami, kai dažnis viršija 20 kHz. Kita vertus, pjezo keitikliai gali gerai skleisti megahercų diapazoną. Magnetostrikciniai keitikliai paprastai yra mažiau veiksmingi nei jų pjezoelektriniai analogai. Taip yra visų pirma dėl to, kad magnetostrikciniam keitikliui reikalinga dviguba energijos transformacija: iš elektrinės į magnetinę ir iš magnetinės į mechaninę. Energijos nuostoliai atsiranda kiekvienos transformacijos metu. Tai sumažina magnetostriktorių efektyvumą.

Pjezo keitikliai (8 pav.) panaudojant pjezoelektrinį efektą elektros energiją tiesiogiai paverčia mechanine energija, kai veikiant elektriniam laukui kai kurios medžiagos (pjezoelektrikai) keičia savo linijinius matmenis. Anksčiau pjezoelektriniai emiteriai naudojo tokias pjezoelektrines medžiagas kaip natūralūs kvarco kristalai ir susintetintas bario titanatas, kurios buvo trapios ir nestabilios, todėl nepatikimos. Šiuolaikiniuose keitikliuose naudojamos patvaresnės ir labai stabilios keraminės pjezoelektrinės medžiagos. Didžioji dauguma ultragarsinių valymo sistemų šiandien naudoja pjezoelektrinį efektą.

Ryžiai. aštuoni

Ultragarso valymo įranga

Naudojamos ultragarso valymo įrangos asortimentas yra labai platus: nuo mažų stalinių modulių odontologijoje, juvelyrinių dirbinių parduotuvėse, elektronikos pramonėje iki didžiulių sistemų, kurių tūris siekia kelis tūkstančius litrų įvairiose pramonės srityse.

Teisingas pasirinkimas reikalinga įranga yra itin svarbus ultragarsinio valymo sėkmei. Paprasčiausiam ultragarsiniam valymui gali prireikti tik pašildyto plovimo skysčio. Sudėtingesnėms valymo sistemoms reikia daug vonių, pastarosios turi būti užpildytos distiliuotu arba dejonizuotu vandeniu. Didžiausiose sistemose naudojami povandeniniai ultragarsiniai keitikliai, kurių derinys gali apšvitinti beveik bet kokio dydžio vonias. Jie suteikia maksimalų lankstumą ir lengvą naudojimą bei priežiūrą. Ultragarsinės vonios su šildomu valymo tirpalu dažniausiai naudojamos laboratorijose, medicinoje, juvelyrikoje.

Ultragarsinio valymo linijos (9 pav.), naudojamos stambioje gamyboje, viename pastate sujungia elektrinius ultragarsinius generatorius, ultragarsinius keitiklius, transportavimo sistemą, skirtą voniose apdorotiems objektams perkelti ir valdymo sistemą.

Pramonėje visada buvo užduotis išvalyti dalis nuo visų rūšių nešvarumų. Valymo problema buvo ypač aktuali tose pramonės šakose, kur reikėjo valyti sudėtingą dalies paviršių arba plonus ir ilgus kanalus duomenų bazėse. Metalurgijoje po lydymo reikėdavo detalę atlaisvinti nuo formuojamo mišinio, kuris lydymo metu prilipo prie viso detalės paviršiaus. Šiai operacijai buvo neįmanoma arba sudėtinga naudoti kokias nors mechanines priemones (malūnėlį).

Siekiant supaprastinti dalių valymą nuo nešvarumų XX amžiaus 40–50-aisiais, buvo iškelta idėja ultragarsu skystoje terpėje valyti į šį skystį panardintas dalis. Dažniausiai darbinis skystis yra vanduo.

Sukurta daug įrenginių, kurie generuoja tirpale ultragarso bangos su dažniu guli zonoje 500 kHz... Daryta prielaida, kad tokiais dažniais garso bangų energijos pakaks, kad tirpale esančios mažos dalelės, ultragarso bangomis pagreitintos iki didelių greičių, galėtų išmušti dideles nešvarumų daleles, t.y. nuplauti nešvarumus. Prietaisai, skirti veikti šiuo dažniu pasirodė neveikiantis.

Tie įrenginiai, kurie buvo sukurti generuoti garso banga 20 kHz diapazone, pasirodė esanti efektyvi... Ir daugiausia dėl to, kad tam tikru dažniu skystyje sukuria garso bangą kavitacijos efektas, kuris tapo efektyvaus paviršiaus valymo nuo nešvarumų priežastimi.

Ar burbuliukų, tai yra ertmių, užpildytų dujomis, susidarymo skystyje procesas. Tokie burbuliukai gyvuoja neilgai, kadangi šiose ertmėse susidaro neigiamas slėgis, o jas supantis skystis turi teigiamą slėgį, slėgio skirtumas lemia tai, kad burbuliukai „susileidžia“, todėl susidaro intensyvios smūginės bangos, kurios gali sunaikinti. net metalines konstrukcijas. „Žlugimo“ momentu dujinės terpės slėgis burbulo viduje gali būti kelis tūkstančius kartų didesnis nei atmosferinis.

Dujomis užpildytas burbulas gali tarnauti ilgiau. Taip yra dėl praeinančių ultragarso bangų sukeliamų nuoseklių suspaudimo ir išsiplėtimo procesų, o dėl difuzijos burbuliukų dydis augs tol, kol juose esantis oras pakels juos į skysčio paviršių. Ten jie iškart sprogo. Toks kavitacijos procesas dažniausiai degazuojantys skysčiai. Šis reiškinys pradėtas taikyti skysčiams degazuoti.

Produktai, kuriuos reikia valyti, buvo panardinami į skystį ir apšvitinami ultragarso bangomis. Užteršti objektai panardinami į rezervuarą, užpildytą tinkamu tirpikliu, skysčiui taikomas tokio dažnio ir intensyvumo ultragarsas, kuris maksimaliai efektyviai formuoja kavitaciją. Sukurtos smūginės bangos atsitrenkia į objektų paviršių ir labai efektyviai juos valo.

Projektuojant ir įrengiant ultragarsinį valytuvą reikia turėti omenyje, kad didėjant dažniui akustinių bangų gebėjimas sukurti kavitaciją labai mažėja.

Ultragarsinė vonia

Mes išsiaiškinome teoriją, remdamiesi teorija, norint pasirinkti ultragarsinę vonią arba patiems ją surinkti, jums reikia 3 elementų:

• vonia- indas skysčiui - bet kokios formos, tačiau atsižvelgiant į esančio skysčio tūrį. Gamybos medžiaga - nerūdijantis plienas 08X17 ar kita.
• ultragarso bangų generatorius- ultragarso bangoms generuoti naudojami pjezoelektrai, standžiai pritvirtinti prie vonios, naudojant epoksidinius klijus (galite naudoti akrilo pagrindo klijus). Pjezoelektriniai ultragarso bangų generatoriai gali būti pagaminti iš skirtingos medžiagos, plačiausiai naudojama medžiaga yra pjezokeramika, galima rasti ir kvarco pagrindo pjezoelektrinių elementų. Ultragarsinio valiklio galia priklauso nuo bangų generatoriaus kristalo dydžio. Čia galioja taisyklė, kad kuo daugiau, tuo galingesnis.
• elektroninė grandinė- reikia tiekti energiją pjezo bangų generatoriui, jis susideda iš galios transformatoriaus ir dažnio keitiklio, pramoninio laido 50 Hz dažnis konvertuojamas į reikiamą 18-20 kHz dažnį ir tada, eidamas per pakopinį transformatorių (esant apie 8 kV išėjimui), patenka į pjezokeraminę plokštę.

Ultragarsinis purkštukų valymas

Automobilių purkštuvų valymui galima naudoti ir ultragarsinį valytuvą, ir specializuotą purkštukų valymo stotelę. Naudojimo skirtumai yra tai, kad purkštukų valymo stulpelis leidžia valyti purkštukus eksploatacijos metu ir jo naudojimas, pirkimas ar surinkimas yra pateisinamas profesinėje srityje tų stotyse. priežiūra, degalų purkštukų valymui namuose tinka vonia, nors eksploatacijos metu nėra galimybės valyti purkštukų, ten visas purkštukas yra visiškai panardintas į valymo priemonę ir nėra ir vizualaus purkštuko valymo patvirtinimo, ar purkštukas išvalytas ar ne, galima suprasti tik kai variklis veikia pagal pojūčius... Bet yra ir vonios naudojimo pliusas, o ne stulpelis, purkštuve taip pat yra kuro filtras, kuris sulaiko nešvarumus degaluose, jį valant vonioje kavitacijos sutraiškyti nešvarumai nepraeina pro visą kuro kelią iki purkštuko ir nenusėda į šio kelio nelygumus.

Įrašo apie purkštukų valymą vaizdo įrašas:

Valikliai

Ultragarso bangos sąveika su užterštu objektu vyksta vandeninėje terpėje, nes vanduo yra universalus tirpiklis, pigus ir jo galima gauti visur, be to, kavitacijos susidarymo dažnis žinomas vandeniui 18-20 kHz, o kitiems skysčiams savo kavitacijos dažnį. Todėl visos valymo priemonės yra pagamintos vandens pagrindu, kuriame yra įvairių paviršinio aktyvumo medžiagų ir antikorozinių priedų, kurie suteikia valymo priemonei itin efektyvių ploviklių savybių. Norint paruošti valymo priemonę ultragarsiniam valymui, pakanka į vandenį įpilti ploviklių (muilo), mažiau kritinėms dalims, o kritiškesnėms metalinėms dalims – ir antikorozinių medžiagų.

Ir atsakymai į juos.

Ultragarsinis valymas: klausimai ir atsakymai

Klausimai

1. Kas yra ultragarsinis valymas?

Ultragarsinis valymas yra greitas ir efektyvus aplinkai nekenksmingas valymo būdas, kurio metu naudojama ultragarso energija, kuri praeina per tinkamą valymo tirpalą. Tai užtikrina greitą ir kruopštų nepageidaujamų teršalų pašalinimą iš valymo elementų, esančių ultragarsinio skysčio talpykloje. Šis valymo būdas yra vienas moderniausių ir efektyviausių būdų pašalinti nešvarumus nuo įvairių objektų, ypač esančių kuo greičiau ir be galimo elementų pažeidimo. Ultragarsinis valymo metodas pagrįstas kavitacija.

2. Kas yra kavitacija?

Kavitacija yra greito mikro burbuliukų susidarymo ir išsklaidymo skystyje procesas. Kavitacijos reiškinys atsiranda, kai ultragarso bangos praeina per skystį. Ultragarsas (aukšto dažnio garsas, paprastai nuo 20 iki 400 kHz) sukuria kintamas aukšto ir žemo slėgio bangas, kurios sukuria mažytes ertmes (burbuliukus). Jie pradeda augti nuo mikroskopinių dydžių žemo slėgio fazėje, kol susitraukia, o tada sprogsta aukšto slėgio fazėje. Skysčio molekulės susiduria, išskirdamos didžiulį kiekį energijos. Energija akimirksniu padidina vietinę temperatūrą ir suformuoja didelės energijos srautą, nukreiptą į valomo objekto paviršių. Šie burbuliukai turi didžiulę energiją, kuri yra nukreipta į valymą – jos išsiskyrimas atskiria nešvarumus nuo valomo paviršiaus.

3. Kaip gauti ultragarsą?

Aukšto dažnio garso bangų ultragarsinė energija paverčiama iš aukšto dažnio elektros energijos naudojant keitiklį. Prietaiso valymo pajėgumas priklauso nuo naudojamo keitiklio tipo ir galingumo.

4. Kaip suprojektuotas ultragarsinis valiklis?

Modulis ultragarsinė vonia yra ultragarsinis generatorius ir specialūs keitikliai, sumontuoti nerūdijančio plieno bako apačioje. Rezervuaras turi būti užpildytas skysčiu, kad susidarytų valymo terpė. Generatorius kartu su keitikliu generuoja kintamąsias suspaudimo ir išsiplėtimo bangas skystyje labai aukštais dažniais, paprastai nuo 25 iki 130 kHz.

5. Kam naudojamas ultragarsinis šildytuvas?

Ultragarsinis valiklis naudoja šildymo funkciją, kad tirpalo temperatūra tarp valymo ciklų būtų palaikoma norimame lygyje. Savo ruožtu valymui reikalinga šiluma susidaro kavitacijos proceso metu.

6. Kas yra degazavimas ir kam jis reikalingas?

Degazavimas yra preliminarus dujų, kurios gali būti valymo skystyje, pašalinimo procesas. Kavitacija turėtų vykti tik tada, kai iš valymo tirpalo pašalinamos visos dujos. Tai sukuria vakuumą susidariusiuose burbuliukuose. Jie sunaikinami, kai aukšto slėgio banga atsitrenkia į burbulo sienelę, o išsiskirianti energija padeda plovikliui nutraukti ryšius tarp valomų objektų ir jų teršalų.

7. Kaip gauti optimalų valymo rezultatą?

Geriausią ultragarsinio valymo rezultatą pasieksite tik atlikę paprastus veiksmus: pasirinkite tinkamą ultragarsinio valiklio tipą ir tinkamo dydžio baką; pasirinkti tinkamą valymo priemonę, tinkančią jūsų tikslams; nustatykite tinkamą temperatūrą ir valymo laiką.

8. Kas yra tiesioginis ir netiesioginis valymas?

Kai dedate valomus daiktus į ultragarsinio valiklio baką, pripildytą ploviklio tirpalo, tai vadinama tiesioginiu valymu. Daiktai dažniausiai dedami į specialų perforuotą plastikinį dėklą arba krepšį, o ne į rezervuaro dugną. Tačiau tiesioginiam valymui reikėtų rinktis skystį, kuris nepažeistų ultragarsinio valiklio bako. Kitu atveju galite naudoti neperforuotą dėklą arba stiklinį indą, pripilti į jį reikalingo valymo skysčio ir įdėti daiktus į vidų. Šis metodas vadinamas netiesioginiu valymu. Nepamirškite, kad vandens lygis bako viduje valymo metu turi siekti užpildymo liniją, tai yra apie 3 centimetrus nuo viršaus.

9. Kodėl reikalingas specialus valymo tirpalas?

Galite naudoti įvairius valymo skysčius, net švarų tekantį vandenį. Tačiau pats vanduo neturi valymo savybių, todėl norint išgauti norimą efektą teks naudoti specialų valymo tirpalą. Norėdami pradėti šį procesą, į tirpalą įdedate valomus objektus, o kavitacija padeda tirpalui nutraukti ryšius tarp dalių ir teršalų. Specialiuose valymo tirpaluose yra tam tikrų ingredientų, kurie sustiprina ultragarso valymo efektą. Pavyzdžiui, skysčio paviršiaus įtempimo sumažėjimas padidina kavitacijos lygį. Skysčio sudėtyje yra veiksmingos drėgmę išlaikančios medžiagos arba paviršinio aktyvumo medžiagos.

10. Kokį valymo tirpalą turėčiau naudoti?

Galite rasti daugybę ultragarsinių valiklių, skirtų konkrečioms reikmėms. Šiuolaikiniuose sprendimuose yra įvairių ploviklių, drėkinamųjų medžiagų ir kitų reaktyvių komponentų. Teisingas valymo tirpalo pasirinkimas lemia valymo proceso sėkmę ir padeda išvengti nepageidaujamų reakcijų su valomu objektu. Prieš rinkdamiesi savo poreikius atitinkantį gaminį, pasitarkite su techniniais ekspertais.

11. Kokio valymo tirpalo naudoti nereikėtų?

Niekada nenaudokite degių tirpalų ar skysčių, kurių pliūpsnio temperatūra žema (benzino, benzeno, acetono ir kt.). Kavitacijos sukelta energija gamina šilumą, o aukšta temperatūra gali sukurti pavojingą aplinką degiuose tirpaluose. Venkite naudoti baliklių ir rūgščių. Jie gali sugadinti nerūdijančio plieno vonią. Kitu atveju, jei reikia, naudokite juos atsargiai, bet tik netiesioginiam valymui. Netiesioginiam valymui turi būti tinkama talpa, galima naudoti stiklinę tarą.

12. Kada reikia pakeisti valymo tirpalą?

13. Kodėl reikia palaikyti tirpalo lygį ties lygio indikatoriumi?

Prieš valydami įsitikinkite, kad tirpalo lygis atitinka vonios lygio indikatorių. Jis turi atitikti lygio indikatorių, kurio viduje yra padėklai ir krepšelis. Priešingu atveju gali nukentėti valymo proceso charakteristikos, pasikeisti valymo dažnumas, sumažėti valymo efektyvumas, net sugadinta ultragarsinė vonia. Šio reikalavimo laikymasis leidžia užtikrinti didesnę tirpalo cirkuliaciją aplink valomus objektus ir apsaugoti prietaiso šildytuvus bei keitiklius nuo perkaitimo ir smūgių.

14. Kiek laiko trunka valymo procesas?

Valymo laikas priklauso nuo daugelio sąlygų, iš kurių svarbiausios yra: valymo tirpalas, užterštumo kiekis ir tipas vietoje, valymo temperatūra ir reikiamas švaros lygis. Galite stebėti teršalų pašalinimą iškart po valymo ciklo pradžios. Galite reguliuoti valymo proceso trukmę pagal savo sąlygas. Paprastai turėsite nustatyti apytikslį reikalingą laiką, tada patikrinti valymo rezultatą ir, jei reikia, pakartoti valymo ciklą. Faktinis naudojimo ir valymo rezultatas padeda operatoriui nustatyti optimalų laiką tam tikro tipo objektams, taip pat tam tikroms užterštumo rūšims.

Šildymas padeda voniai greičiau ir efektyviau išvalyti valymo procesą. Valymo tirpalai paprastai yra sukurti taip, kad būtų geresni rezultatai ir aukštesnė temperatūra. Galite nustatyti optimalią temperatūrą, atitinkančią jūsų poreikius, kad gautumėte greičiausius ir efektyviausius rezultatus eksperimentuodami su įvairių tipų nešvarumais ir valymo reikmenimis. Paprastai geriausius rezultatus galite pasiekti 50 °C ~ 65 °C temperatūroje.

16. Ar po valymo turėčiau nuplauti dalis?

Norint iš valymo priemonės pašalinti kenksmingus ar nepageidaujamus cheminių medžiagų likučius, po valymo rekomenduojama išskalauti daiktus. Galite nuplauti ultragarso vonioje, užpildytoje paprastu vandeniu iš čiaupo, arba, jei reikia, naudokite vandentiekį, distiliuotą arba dejonizuotą vandenį ir atskirą indą.

17. Kodėl reikia išjungti ultragarso vonią, jei ji nenaudojama?

Nuolat eksploatuojant vonią, padidėja valymo tirpalo išgaravimas. Dėl to gali sumažėti skysčio lygis rezervuare, o tai gali rimtai sugadinti vonią. Baigę valymo ciklą išjunkite ultragarsinę vonią ir prieš kiekvieną operaciją patikrinkite tirpalo lygį, kad užtikrintumėte ilgą prietaiso tarnavimo laiką.

18. Ar ultragarsinis valymas gali sugadinti mano dalis?

Šis valymo būdas su tam tikromis išlygomis laikomas saugiu daugeliui objektų. Nors kavitacijos proceso metu vyksta galingas energijos išsiskyrimas, tai yra saugu, nes energija yra lokalizuota mikroskopiniame lygyje. Pirmas dalykas, į kurį turėtumėte atkreipti dėmesį, yra tinkamo valymo tirpalo pasirinkimas. Ultragarso galia gali sustiprinti ploviklio poveikį valomiems daiktams. Ultragarsu nerekomenduojama valyti šių akmenų: smaragdo, malachito, perlų, tanzanito, turkio, opalo, koralų ir lapių.

19. Kokie yra ultragarsinio valymo pritaikymai?

Paprastai šis valymo būdas naudojamas daiktams, dalims ir kitiems objektams, kurių paviršiaus struktūra sudėtinga, ir daiktams, kuriems reikia ypatingos priežiūros, valyti. Ultragarsinis valymas bus naudingas chemijos, automobilių, mechaninės inžinerijos, polimerų gamybos, mokslinių tyrimų, sveikatos priežiūros, medicinos, ginklų, papuošalų ir kitose pramonės srityse.

20. Kas draudžiama naudojant ultragarsinį valiklį?

• Niekada nedėkite daiktų ant bako dugno valymui. Tai gali sugadinti vonią, nes ultragarso energija atsispindės nuo valomų daiktų atgal į keitiklius. Visada naudokite valymo padėklą arba krepšelį, kuriame tarp bako dugno ir valomų objektų būtų 30 mm atstumas.
• Nenumeskite ultragarsinės vonios ir venkite kitų smūgių. Tai gali sugadinti ultragarsinį siųstuvą.
• Niekada neleiskite vonioje, jei bake nėra skysčio.
• Dėl gaisro pavojaus niekada nenaudokite degių skysčių, tokių kaip benzinas, benzenas, acetonas.
• Niekada nenaudokite ultragarsinės vonios labai dulkėtose vietose.
• Niekada nenaudokite ultragarsinės vonios labai aukštoje temperatūroje ilgą laiką.
• Niekada nebandykite išvalyti sprogstamųjų daiktų, amunicijos, rankinių granatų, minų ir pan.
• Niekada nedėkite gyvūnų ar kitų gyvų daiktų į vonią ir nenaudokite vonioje savo augintinių valymui.

Unikali patirtis kuriant ir įgyvendinant

dalių valymo technologijos didžiausiose įmonėse