Curățare cu ultrasunete. Teorie și practică. Principiul de funcționare a unui aparat de curățare cu ultrasunete. Ce soluție de curățare nu trebuie utilizată

Vă permite să procesați rapid și eficient o varietate de piese, să eliminați cei mai durabili contaminanți, să înlocuiți solvenții scumpi și nesiguri și să mecanizați procesul de curățare.

Când vibrațiile ultrasonice sunt comunicate lichidului, în acesta apar presiuni variabile, modificându-se cu frecvența câmpului excitant. Prezența gazelor dizolvate în lichid duce la faptul că în timpul semiperioadei negative de oscilații, când asupra lichidului acționează o solicitare de tracțiune, se formează rupturi sub formă de bule de gaz și cresc în acest lichid. Impuritățile din microfisuri și micropori ai materialului pot fi aspirate în aceste bule. Sub acțiunea tensiunilor de compresiune în timpul semiperioadei pozitive a presiunilor, bulele se prăbușesc. În momentul în care bulele se prăbușesc, ele sunt afectate de presiunea fluidului care atinge câteva mii de atmosfere; prin urmare, prăbușirea bulei este însoțită de formarea unei unde de șoc puternice. Acest proces de formare și prăbușire a bulelor într-un lichid se numește cavitație... De obicei, cavitația are loc pe suprafața piesei. Unda de șoc zdrobește murdăria și o transportă în soluția de curățare (vezi Fig. 1.10).

Orez. 1.10. Diagrama de aspirare a contaminanților din microfisurile de suprafață într-o bula de gaz în creștere

Particulele de murdărie separate sunt captate de bule și plutesc la suprafață (Fig. 1.11).

Orez. 1.11. Curățare cu ultrasunete

O undă ultrasonică într-un lichid este caracterizată de o presiune sonoră P sunet. și intensitatea vibrațiilor I. Presiunea sonoră este determinată de formula:

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

unde p m = . C. .  - amplitudinea presiunii sonore,

. C - impedanța undei,

 - amplitudinea vibrației,

 - frecvenţă.

Odată cu creșterea presiunii sonore la valoarea optimă, numărul de bule de gaz din lichid crește, iar volumul regiunii de cavitație crește în consecință. În dispozitivele cu ultrasunete pentru curățare, presiunea sonoră la interfața „emițător-lichid” este în intervalul 0,2 ÷ 0,14 MPa.

În practică, intensitatea vibrațiilor ultrasonice este considerată puterea pe unitatea de suprafață a emițătorului:

1,5 ÷ 3 W / cm 2 - soluții apoase,

0,5 ÷ 1 W / cm 2 - soluții organice.

Distrugerea cavitației atinge maximul atunci când timpul de colaps al bulelor este egal cu jumătatea perioadei de oscilații. Formarea și creșterea bulelor de cavitație este influențată de vâscozitatea lichidului, frecvența vibrațiilor, presiunea statică și temperatură. O bulă de cavitație se poate forma dacă raza sa este mai mică decât o anumită rază critică corespunzătoare unei anumite presiuni hidrostatice.

Frecvența vibrațiilor cu ultrasunete se află în intervalul de la 16 Hz la 44 kHz.

Dacă frecvența de vibrație este scăzută, atunci se formează bule mai mari cu o amplitudine mică de pulsație. Unele dintre ele pur și simplu plutesc la suprafața lichidului. Ultrasunetele de joasă frecvență se propagă mai rău din cauza absorbției, astfel încât un proces de curățare de înaltă calitate are loc într-o zonă apropiată de sursă. La o frecvență joasă, microfisurile, ale căror dimensiuni sunt mai mici decât lungimea de undă cu ultrasunete, nu sunt curățate suficient de bine.

O crestere a frecventei de vibratie duce la scaderea dimensiunii bulelor de gaz si, in consecinta, la scaderea intensitatii undelor de soc la aceeasi putere a instalatiei. Pentru a începe procesul de cavitație cu o frecvență crescută, este necesară o intensitate mare a vibrațiilor. O creștere a frecvenței unei instalații de curățare cu ultrasunete duce de obicei la o scădere a eficienței instalației. Cu toate acestea, creșterea frecvenței ultrasunetelor are o serie de aspecte pozitive:

Curățarea se realizează prin fluxuri hidro cu vibrații semnificativ mai mici ale piesei;

Densitatea energiei ultrasonice crește proporțional cu pătratul frecvenței, ceea ce face posibilă introducerea intensităților mari în soluție sau, la o intensitate constantă, reducerea amplitudinii oscilațiilor;

Odată cu creșterea frecvenței, cantitatea de energie ultrasunete absorbită crește.

Datorită absorbției de energie de densitate mai mare, particule de uleiuri, grăsimi, fluxuri etc. contaminanții de suprafață, piesele devin mai fluide atunci când sunt încălzite și se dizolvă ușor în lichidul de curățare. Apa (ca bază a soluției de curățare) nu se încălzește;

Pe măsură ce frecvența crește, lungimea de undă scade, ceea ce contribuie la o curățare mai minuțioasă a orificiilor mici;

Când ultrasunetele oscilează la o frecvență suficient de mare (40 kHz), unda ultrasonică se propagă cu o absorbție mai mică și acționează eficient chiar și la distanță mare de sursă;

Dimensiunile și greutatea generatoarelor și traductoarelor cu ultrasunete sunt reduse semnificativ;

Riscul de distrugere erozivă a suprafeței piesei care urmează să fie curățată este redus.

Vâscozitatea fluidului în timpul curățării cu ultrasunete, afectează pierderea de energie și presiunea de șoc. O creștere a vâscozității lichidului crește pierderile datorate frecării vâscoase, dar timpul de colaps al bulei este redus, prin urmare, forța undei de șoc crește. Contradicție tehnică.

Temperatura are un efect ambiguu asupra procesului de curățare cu ultrasunete. O creștere a temperaturii activează mediul de curățare și crește puterea de dizolvare a acestuia. Dar, în același timp, vâscozitatea soluției scade și presiunea amestecului de vapori-gaz crește, ceea ce reduce semnificativ stabilitatea procesului de cavitație. Aici ne confruntăm din nou cu situațiacontradictie tehnica.

Abordarea inginerească pentru rezolvarea acestei contradicții este de a optimiza temperatura (vâscozitatea) soluției în funcție de natura și tipul de contaminare. Pentru a curăța piesele de contaminanți activi chimic, temperatura trebuie crescută, iar pentru a elimina contaminanții slab solubili, este necesar să alegeți o temperatură care să creeze condițiile pentru eroziunea optimă a cavitației.

Soluții alcaline 40 ÷ 60 ° C,

Tricloroetan 38 ÷ 40 ° C,

Emulsii de apă 21 ÷ 37 ° C.

Pe lângă dispersia prin cavitație a contaminanților, fluxurile de lichid acustic au o valoare pozitivă în timpul curățării, adică. curgeri de vortex formate în lichidul sonicat în locurile neomogenităților sale sau la interfața „lichid-solid”. Nivelul ridicat de excitare a lichidului din stratul adiacent suprafeței piesei reduce grosimea stratului de difuzie format de produsele de reacție ai soluției de curățare cu contaminanți.

Medii de curățare cu ultrasunete

Curățarea se efectuează în solvenți apoși de spălare, emulsii, soluții acide. La utilizarea soluțiilor alcaline, temperatura și concentrația componentelor alcaline pot fi reduse semnificativ, în timp ce calitatea curățării rămâne înaltă. Acest lucru reduce efectul de gravare asupra piesei. Compoziția soluțiilor alcaline include cel mai adesea sodă caustică (NaOH), sodă carbonică (Na 3 CO 3), fosfat trisodic (Na 3 PO 4.12H 2 O), sticlă de apă (Na 2 O. SiO 2), agenți tensioactivi anionici și neionici (sulfanol, tinol).

Surfactanții cresc semnificativ eroziunea prin cavitație, de exemplu. intensifică procesul de curățare. Cu toate acestea, crește și riscul distrugerii prin cavitație a suprafeței materialului cu adăugarea de agenți tensioactivi. O scădere a tensiunii superficiale în prezența agenților tensioactivi duce la o creștere a numărului de bule pe unitate de volum. În acest caz, surfactantul reduce rezistența suprafeței piesei (contradicție tehnică).

Pentru a preveni eroziunea metalelor, este necesar să alegeți concentrația optimă de surfactant, durata minimă a procesului și să plasați piesele departe de emițător (soluție de inginerie).

Curățarea cu ultrasunete în solvenți organici este utilizată atunci când curățarea în solvenți alcalini poate duce la coroziunea materialului sau la formarea unei pelicule pasive și, de asemenea, dacă este necesar să se scurteze timpul de uscare. Cei mai convenabili sunt solvenții clorurati foarte reactivi; ele dizolvă o mare varietate de contaminanți și sunt sigure de utilizat.

Solvenții clorurati pot fi utilizați puri sau în amestecuri azeotrope (distilați fără modificarea compoziției). De exemplu, amestecuri de freon-113, freon-30. Amestecurile de solvenți azeotropi reacționează cu mulți contaminanți pentru a crește eficiența curățării.

Pentru curățarea cu ultrasunete se mai folosesc benzina, acetona, alcoolii, amestecurile alcool-benzină.

Pentru gravarea cu ultrasunete a pieselor la curățarea de oxizi, se folosesc soluții acide concentrate (vezi tabelul 1.6).

Tabelul 1.6.

Compoziția soluțiilor (fracții de masă) și moduri de gravare cu ultrasunete

Metode de control al procesului de curățare cu ultrasunete .

Schimbarea presiunii fluidului. Metoda este implementată sub forma creării unui vid sau, dimpotrivă, a suprapresiunii. Când lichidul este evacuat, se facilitează formarea cavitației. Presiunea excesivă crește distrugerea prin eroziune, deplasează maximul de eroziune prin cavitație în zona de presiuni sonore ridicate și afectează natura fluxurilor acustice.

Aplicarea de câmpuri electrice sau magnetice la mediul de curățare. Cu curățarea electrochimică cu ultrasunete, zona de cavitație poate fi localizată direct la piesa de prelucrat; bulele de gaze eliberate pe electrozi contribuie la distrugerea peliculelor de poluare; umectabilitate redusă cu ulei a suprafeței polarizate a piesei.

Impunerea unui câmp magnetic asupra regiunii de cavitație provoacă mișcarea bulelor de gaz cu o sarcină negativă de suprafață, ceea ce crește eroziunea prin cavitație a pieselor.

Introducerea particulelor abrazive în soluția de curățare. Particulele abrazive solide participă la separarea mecanică a impurităților și stimulează formarea bulelor de cavitație, deoarece perturbă continuitatea lichidului.

Ce este ultrasunetele?

Ultrasunete (SUA) - vibrații și unde elastice, a căror frecvență este mai mare de 15 ... 20 kHz. Limita inferioară a regiunii frecvențelor ultrasonice, care o separă de regiunea sunetului audibil, este determinată de proprietățile subiective ale auzului uman și este condiționată. Limita superioară se datorează naturii fizice a undelor elastice, care se pot propaga numai într-un mediu material, adică cu condiția ca lungimea de undă să fie mult mai mare decât calea liberă medie a moleculelor în gaze sau distanțe interatomice în lichide și solide Oh. Prin urmare, în gaze, limita superioară a frecvențelor ultrasonice este determinată din condiția egalității aproximative a lungimii de undă a sunetului și a drumului liber al moleculelor. La presiunea normală, este de 10 9 Hz. În lichide și solide, factorul decisiv este egalitatea lungimii de undă cu distanțele interatomice, iar frecvența de tăiere atinge 10 12 -10 13 Hz. În funcție de lungimea de undă și de frecvență, ultrasunetele au caracteristici specifice de radiație, recepție, propagare și aplicare, prin urmare, este convenabil să subdivizați regiunea frecvențelor ultrasonice în trei subregiuni:

Scăzut - 1,5–10 ... 10 5 Hz;

Medie - 10 5 ... 10 7 Hz;

Înalt - 10 7 ... 10 9 Hz.

Undele elastice cu frecvențe de 1 · 10 8 ... 1 · 10 13 Hz sunt denumite în mod obișnuit hipersunete.

Teoria undelor sonore

Ultrasunetele ca unde elastice

Undele ultrasonice prin natura lor nu diferă de undele elastice din domeniul audibil, precum și de undele infrasunete.

Propagarea ultrasunetelor respectă legile de bază comune undelor acustice din orice domeniu de frecvență, numite de obicei unde sonore. Legile de bază ale propagării lor includ legile reflectării și refracției sunetului la granițele diferitelor medii, difracția și împrăștierea sunetului în prezența obstacolelor și neomogenităților în mediu și neregularități la granițe, legile propagării ghidului de undă în limite limitate. zone ale mediului.

Caracteristici specifice ale ultrasunetelor

Deși natura fizică a ultrasunetelor și legile de bază care guvernează propagarea acestuia sunt aceleași ca și pentru undele sonore din orice domeniu de frecvență, acesta are o serie de caracteristici specifice care îi determină importanța în știință și tehnologie. Acestea se datorează frecvențelor sale relativ înalte și, în consecință, unei lungimi de undă mici.

Deci, pentru frecvențe ultrasunete înalte, lungimile de undă sunt:

În aer - 3,4⋅10 -3 ... 3,4⋅10 -5 cm;

În apă - 1,5⋅10 -2 ... 1,5⋅10 -4 cm;

În oțel - 1⋅10 -2 ... 1⋅10 -4 cm.

O astfel de diferență în valorile undelor ultrasonice (USW) se datorează vitezelor diferite de propagare a acestora în medii diferite. Pentru regiunea de joasă frecvență, lungimile de undă ultrasonice nu depășesc, în majoritatea cazurilor, câțiva centimetri și numai în apropierea limitei inferioare a intervalului ajung la câteva zeci de centimetri în solide.

USW scade mult mai repede decât undele de joasă frecvență, deoarece coeficientul de absorbție a sunetului (pe unitate de distanță) este proporțional cu pătratul frecvenței.

O altă caracteristică foarte importantă a ultrasunetelor este capacitatea de a obține valori de intensitate ridicată la amplitudini relativ mici ale deplasării vibraționale, deoarece la o amplitudine dată intensitatea este direct proporțională cu pătratul frecvenței. Amplitudinea deplasării vibraționale este în practică limitată de puterea emițătorilor acustici.

Cel mai important efect neliniar într-un câmp ultrasonic este cavitația - apariția într-un lichid a unei mase de bule pulsatoare umplute cu vapori, gaz sau amestecul acestora. Mișcarea complexă a bulelor, prăbușirea lor, fuzionarea între ele etc., generează impulsuri de compresie (unde de microșoc) și microfluxuri în lichid, provoacă încălzirea locală a mediului, ionizare. Aceste efecte afectează substanța: are loc distrugerea solidelor din lichid (eroziunea prin cavitație), sunt inițiate sau accelerate diferite procese fizice și chimice (Fig. 1).

Orez. unu

Prin modificarea condițiilor de apariție a cavitației, este posibilă îmbunătățirea sau slăbirea diferitelor efecte de cavitație. De exemplu, cu o creștere a frecvenței ultrasunetelor, rolul microfluxurilor crește și eroziunea cavitației scade; cu creșterea presiunii hidrostatice într-un lichid, rolul efectelor de microșoc crește. O creștere a frecvenței duce, de obicei, la o creștere a valorii intensității pragului corespunzătoare apariției cavitației, care depinde de tipul de lichid, conținutul său de gaz, temperatură etc. Pentru apa din domeniul ultrasonic de joasă frecvență la presiunea atmosferică, este de obicei 0,3-1 W / cm 3.

Surse de ultrasunete

În natură, ultrasunetele se găsesc în multe zgomote naturale (în zgomotul vântului, al cascadei, al ploii, în zgomotul pietricelelor rostogolite de fluviul mării, în sunetele care însoțesc descărcările fulgerelor etc.), precum și în lume. de animale care îl folosesc pentru ecolocare și comunicare.

Emițătorii tehnici de ultrasunete utilizați în studiul RAS și aplicațiile lor tehnice pot fi împărțiți în două grupe. Primul include emițători-generatori (fluiere). Oscilațiile din ele sunt excitate din cauza prezenței obstacolelor pe calea unui flux constant - un jet de gaz sau lichid. Al doilea grup de emițători este traductoarele electro-acustice: aceștia convertesc vibrațiile electrice deja date în vibrații mecanice ale unui corp solid, care emite unde acustice în mediu.

Aplicarea ultrasunetelor

Aplicațiile multiple ale ultrasunetelor, în care sunt utilizate diverse dintre caracteristicile sale, pot fi împărțite condiționat în trei direcții. Primul este asociat cu obținerea de informații prin RAS, al doilea - cu efect activ asupra substanței, iar al treilea - cu procesarea și transmiterea semnalelor (direcțiile sunt enumerate în ordinea formării lor istorice).

Principii de curățare cu ultrasunete

Rolul principal în efectul ultrasunetelor asupra substanțelor și proceselor din lichide îl joacă cavitația. Cel mai utilizat proces tehnologic cu ultrasunete se bazează pe cavitație - curățarea suprafețelor de solide. În funcție de natura contaminării, diferitele manifestări ale cavitației, cum ar fi impactul microșocurilor, microfluxurile și încălzirea, pot avea o importanță mai mare sau mai mică. Prin selectarea parametrilor câmpului sonor, a proprietăților fizico-chimice ale lichidului de spălare, a conținutului de gaz al acestuia, a factorilor externi (presiune, temperatură), se poate controla procesul de curățare în limite largi, optimizându-l în raport cu tipul de contaminare. și tipul de piese care trebuie curățate. Un tip de curățare este gravarea într-un câmp ultrasonic, unde acțiunea ultrasunetelor este combinată cu acțiunea unor reactivi chimici puternici. Metalizarea și lipirea cu ultrasunete se bazează de fapt pe curățarea cu ultrasunete (inclusiv din pelicula de oxid) a suprafețelor care urmează să fie îmbinate sau metalizate. Curățarea prin lipire (Fig. 2) este cauzată de cavitația metalului topit. În acest caz, gradul de purificare este atât de mare încât se formează compuși din materiale care nu pot fi lipiți în condiții normale, de exemplu, aluminiu cu alte metale, diferite metale cu sticlă, ceramică și materiale plastice.

Orez. 2

In procesele de curatare si metalizare este esential si efectul sonoro-capilar, asigurand patrunderea solutiei de curatare sau topire in cele mai mici fisuri si pori.

Mecanisme de curățare și spălare

Curățarea necesită în majoritatea cazurilor ca impuritățile să fie dizolvate (în cazul sărurilor care se dizolvă), îndepărtate prin răzuire (în cazul sărurilor insolubile) sau ambele dizolvate și îndepărtate (ca în cazul particulelor insolubile fixate într-un strat de pelicule grase) . Efectele mecanice ale energiei ultrasonice pot fi utile atât pentru a accelera dizolvarea, cât și pentru a separa particulele de pe suprafața de curățat. De asemenea, ultrasunetele pot fi utilizate eficient în procesul de clătire. Substanțele chimice reziduale de detergent pot fi îndepărtate rapid prin clătire cu ultrasunete.

La îndepărtarea contaminanților prin dizolvare, solventul trebuie să intre în contact cu pelicula contaminantă și să o distrugă (Fig. 3, a). Pe măsură ce solventul dizolvă contaminarea, la interfața solvent-contaminare apare o soluție saturată de contaminare în solvent și dizolvarea se oprește, deoarece nu există nicio livrare de soluție proaspătă pe suprafața de contaminare (Fig. 3, b).

Orez. 3

Expunerea la ultrasunete distruge stratul de solvent saturat și asigură livrarea soluției proaspete la suprafața de contaminare (Fig. 3, c). Acest lucru este eficient în special atunci când curățarea este efectuată pe suprafețe „neregulate” cu un labirint de sinusuri și relief de suprafață, cum ar fi plăcile de circuite imprimate și modulele electronice.

Unii contaminanți sunt un strat de particule insolubile lipite ferm de suprafață de forțele de legătură și aderență ionică. Este suficient doar să separați aceste particule de suprafață pentru a rupe forțele de atracție și a le transfera în volumul mediului de curățare pentru îndepărtarea ulterioară. Cavitația și curenții acustici smulg contaminanții precum praful de pe suprafață, îi spală și îi îndepărtează (Fig. 4).

Orez. 4

Poluarea, de regulă, este multicomponentă și poate conține atât componente solubile, cât și insolubile într-un complex. Efectul ultrasunetelor este că emulsionează orice componente, adică le transferă într-un mediu de spălare și, împreună cu acesta, le îndepărtează de pe suprafața produselor.

Pentru a introduce energie ultrasonică în sistemul de curățare, sunt necesare un generator de ultrasunete, un convertor al energiei electrice a generatorului în radiații ultrasonice și un contor de putere acustică.

Un generator electric de ultrasunete convertește energia electrică din rețea în energie electrică la o frecvență ultrasonică. Acest lucru se face prin metode cunoscute și nu are nicio specificitate. Cu toate acestea, este de preferat să se folosească o tehnică de generare digitală, atunci când ieșirea sunt impulsuri dreptunghiulare de polaritate alternativă (Fig. 5). Eficiența unor astfel de generatoare este aproape de 100%, ceea ce face posibilă rezolvarea problemei consumului de energie al procesului. Utilizarea unei forme de undă dreptunghiulare are ca rezultat o radiație acustică bogată în armonici. Avantajele unui sistem de curățare multifrecvență sunt că nu se formează zone „moarte” în nodurile de interferență în volumul mediului de curățare. Prin urmare, iradierea cu ultrasunete cu mai multe frecvențe face posibilă localizarea obiectului de curățat practic în orice zonă a băii cu ultrasunete.

Orez. 5

O altă tehnică pentru a scăpa de zonele „moarte” este folosirea unui generator măturat (Fig. 6). În acest caz, nodurile și antinodurile câmpului de interferență se deplasează în diferite puncte ale sistemului de curățare, fără a lăsa zone pentru curățare fără iradiere. Dar eficiența unor astfel de generatoare este relativ scăzută.

Orez. 6

Există două tipuri generale de traductoare cu ultrasunete: magnetostrictive și piezoelectrice. Ambii îndeplinesc aceeași sarcină de conversie a energiei electrice în energie mecanică.

Convertizoarele magnetostrictive (Fig. 7) folosesc efectul magnetostricției, în care unele materiale își schimbă dimensiunile liniare într-un câmp magnetic alternant.

Orez. 7

Energia electrică de la generatorul cu ultrasunete este mai întâi convertită prin înfășurarea magnetostrictorului într-un câmp magnetic alternativ. Câmpul magnetic alternant, la rândul său, generează vibrații mecanice ale frecvenței ultrasonice datorită deformării circuitului magnetic în timp cu frecvența câmpului magnetic. Deoarece materialele magnetostrictive se comportă ca electromagneții, frecvența vibrațiilor lor de deformare este de două ori mai mare decât frecvența magnetică și, prin urmare, a câmpului electric.

Convertizoarele electromagnetice se caracterizează printr-o creștere a pierderilor de energie pentru curenții turbionari și inversarea magnetizării cu creșterea frecvenței. Prin urmare, traductoarele magnetostrictive puternice sunt rareori utilizate la frecvențe de peste 20 kHz. Traductoarele piezo, pe de altă parte, pot emite bine în intervalul de megaherți. Traductorii magnetostrictivi sunt în general mai puțin eficienți decât omologii lor piezoelectrici. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că un convertor magnetostrictiv necesită o dublă transformare a energiei: de la electric la magnetic și apoi de la magnetic la mecanic. Pierderile de energie apar la fiecare transformare. Acest lucru reduce eficiența magnetostrictorilor.

Traductoarele piezoelectrice (Fig. 8) convertesc energia electrică direct în energie mecanică prin utilizarea efectului piezoelectric, în care unele materiale (piezoelectrice) își schimbă dimensiunile liniare atunci când se aplică un câmp electric. Anterior, emițătorii piezoelectrici foloseau materiale piezoelectrice precum cristalele naturale de cuarț și titanatul de bariu sintetizat, care erau fragile și instabile și, prin urmare, nefiabile. Materialele piezoelectrice ceramice mai durabile și foarte stabile sunt utilizate în convertoarele moderne. Marea majoritate a sistemelor de curățare cu ultrasunete folosesc astăzi efectul piezoelectric.

Orez. opt

Echipament de curatare cu ultrasunete

Gama de echipamente de curățare cu ultrasunete utilizate este foarte largă: de la module mici de masă în stomatologie, magazine de bijuterii, industria electronică, până la sisteme uriașe cu volume de câteva mii de litri într-o serie de aplicații industriale.

Alegerea potrivita echipamentul necesar este de o importanță capitală pentru succesul curățării cu ultrasunete. Cea mai simplă aplicație de curățare cu ultrasunete poate necesita doar lichid de spălat încălzit. Sistemele de purificare mai complexe necesită un număr mare de băi, acestea din urmă trebuie umplute cu apă distilată sau deionizată. Cele mai mari sisteme folosesc traductoare cu ultrasunete submersibile, a căror combinație poate iradia băi de aproape orice dimensiune. Acestea oferă flexibilitate maximă și ușurință în utilizare și întreținere. Băile cu ultrasunete cu soluție de curățare încălzită sunt cele mai des folosite în laboratoare, medicină și bijuterii.

Liniile de curățare cu ultrasunete (Fig. 9), utilizate în producția pe scară largă, combină într-o singură clădire generatoare electrice de ultrasunete, traductoare cu ultrasunete, un sistem de transport pentru obiectele în mișcare pentru a fi tratate în băi și un sistem de control.

În industrie, a existat întotdeauna o sarcină de curățare a pieselor de orice fel de murdărie. Problema curățării a fost deosebit de acută în acele industrii în care era necesară curățarea unei suprafețe complexe a unei părți sau a canalelor subțiri și lungi din date. În metalurgie, după topire, se cerea eliberarea piesei de amestecul turnat, care adera în timpul topirii pe întreaga suprafață a piesei. Era fie imposibil, fie laborios să se folosească vreun mijloc mecanic (polizor) pentru această operație.

Pentru a simplifica operațiunea de curățare a pieselor de murdărie în anii 40-50 ai secolului XX, a fost propusă ideea de a folosi ultrasunetele într-un mediu lichid pentru a curăța piesele scufundate în acest lichid. Cel mai adesea, fluidul de lucru este apa.

Au fost proiectate multe dispozitive care generează în soluție unde ultrasonice cu frecventaîntins în zonă 500 kHz... S-a presupus că energia undelor sonore la astfel de frecvențe ar fi suficientă pentru ca particulele mici conținute în soluție, accelerate de undele ultrasonice la viteze mari, să poată elimina particulele mari de murdărie, de exemplu. spălați murdăria. Dispozitive proiectate să funcționeze la această frecvență s-a dovedit a fi imposibil de realizat.

Acele dispozitive care au fost concepute pentru a genera unda sonoră în intervalul de 20 kHz, s-a dovedit a fi eficientă... Și în principal datorită faptului că se creează o undă sonoră într-un lichid la o anumită frecvență efect de cavitație, care a devenit motivul pentru curățarea eficientă a suprafeței de murdărie.

Este procesul de formare a bulelor, adică a cavităților umplute cu gaz, într-un lichid. Astfel de bule nu trăiesc mult, deoarece în aceste cavități se creează o presiune negativă, iar lichidul care le înconjoară are o presiune pozitivă, diferența de presiune duce la faptul că bulele „se prăbușesc” rezultând în formarea undelor de șoc intense care pot distruge. chiar și structuri metalice. În momentul „prăbușirii”, presiunea mediului gazos din interiorul bulei poate fi de câteva mii de ori mai mare decât cea atmosferică.

O bula umpluta cu gaz poate avea o durata de viata mai lunga. Acest lucru se datorează proceselor succesive de compresie și expansiune cauzate de undele ultrasonice care trec și, ca urmare a difuziei, dimensiunea bulelor va crește până când aerul din ele le ridică la suprafața lichidului. Acolo au izbucnit instantaneu. Astfel de proces de cavitație de obicei lichide de degazare. Acest fenomen a început să fie aplicat pentru degazarea lichidelor.

Produsele care necesită curățare au fost scufundate în lichid și iradiate cu unde ultrasonice. Obiectele contaminate sunt scufundate într-un rezervor umplut cu un solvent adecvat, lichidului se aplică ultrasunete de o asemenea frecvență și intensitate, care formează cavitație cu eficiență maximă. Undele de șoc create lovesc suprafața obiectelor și le curăță foarte eficient.

Atunci când proiectați și instalați un aparat de curățare cu ultrasunete, trebuie avut în vedere faptul că capacitatea undelor acustice de a crea cavitație scade semnificativ odată cu creșterea frecvenței.

Baie cu ultrasunete

Ne-am dat seama de teoria, pe baza teoriei, pentru a alege o baie cu ultrasunete sau pentru a o asambla singur, aveți nevoie de 3 elemente:

• baie- un vas pentru un lichid - orice formă, dar ținând cont de volumul lichidului conținut. Material de fabricatie - otel inoxidabil 08X17 sau altul.
• generator de unde ultrasonice- pentru generarea undelor ultrasonice se folosesc piezoelectrice, prinse rigid de baie, folosind clei pe baza de epoxi (poti folosi clei pe baza acrilica). Generatoarele piezoelectrice de unde ultrasonice pot fi fabricate din materiale diferite, cel mai folosit material este piezoceramica, pot fi găsite și elemente piezoelectrice pe bază de cuarț. Puterea curățătorului cu ultrasunete depinde de mărimea cristalului generatorului de undă. Regula aici este că cu cât mai mult, cu atât mai puternic.
• circuit electronic- este necesar să se furnizeze energie generatorului de unde piezo, este format dintr-un transformator de putere și un convertor de frecvență, frecvența unui fir industrial de 50 Hz este convertită la frecvența necesară de ordinul a 18-20 kHz și apoi, trecând printr-un transformator step-up (la ieșire de aproximativ 8 kV), intră în placa piezoceramică.

Curățarea cu ultrasunete a duzelor

Pentru curățarea injectoarelor auto se poate folosi atât un aparat de curățare cu ultrasunete, cât și o stație specializată pentru curățarea injectoarelor. Diferențele de utilizare sunt că stâlpul pentru curățarea duzelor vă permite să curățați duzele în timpul funcționării și utilizarea, achiziționarea sau montarea acestuia se justifică în domeniul profesional la stațiile acestora. întreținere, o baie este potrivită pentru curățarea injectoarelor de combustibil acasă, deși nu există posibilitatea curățării injectoarelor în timpul funcționării, acolo întreg injectorul este complet scufundat în agentul de curățare și nu există nicio confirmare vizuală a curățării injectorului, fie că injectorul este curatat sau nu poate fi inteles doar cand motorul functioneaza conform senzatiilor... Dar există și un plus de a folosi o baie, și nu un post, există și un filtru de combustibil în injector, care reține murdăria în combustibil, atunci când este curățată în baie, murdăria zdrobită de cavitație nu trece întregul drum al combustibilului către injector și nu se instalează în neregulile acestei căi.

Video cu postarea despre curățarea injectoarelor:

Demachiante

Interacțiunea unei unde ultrasonice cu un obiect contaminat are loc într-un mediu apos, deoarece apa este un solvent universal, ieftin și este posibil să o obțineți peste tot, în plus, frecvența creării cavitației este cunoscută pentru apa de 18-20. kHz, iar pentru alte lichide propria frecvență de cavitație. Prin urmare, toți agenții de curățare sunt fabricați pe bază de apă, care conține diverși agenți tensioactivi și aditivi anticorozivi, care conferă agentului de curățare proprietăți detergente extrem de eficiente. Pentru a pregăti un agent de curățare pentru curățarea cu ultrasunete, este suficient să adăugați detergenți (săpun) în apă, pentru părțile mai puțin critice, iar pentru părțile metalice mai critice, de asemenea substanțe anticorozive.

Și răspunsurile la ele.

Curățare cu ultrasunete: întrebări și răspunsuri

Întrebări

1. Ce este curățarea cu ultrasunete?

Curățarea cu ultrasunete este o metodă de curățare rapidă și eficientă, ecologică, care utilizează energia ultrasonică care trece printr-o soluție de curățare adecvată. Acest lucru asigură o îndepărtare completă și de mare viteză a contaminanților nedoriți din elementele de curățare situate în recipientul cu fluid de penetrare cu ultrasunete. Această metodă de curățare este una dintre cele mai moderne și eficiente modalități de a îndepărta murdăria de pe diverse obiecte, în special în cât mai repede posibilși fără posibile deteriorari ale elementelor. Metoda de curățare cu ultrasunete se bazează pe cavitație.

2. Ce este cavitația?

Cavitația este procesul de formare și dispersare rapidă a microbulelor într-un lichid. Fenomenul de cavitație are loc atunci când undele ultrasonice trec printr-un lichid. Ultrasunetele (sunetul de înaltă frecvență, de obicei 20 până la 400 kHz) produce unde de presiune înaltă și joasă alternantă care produc cavități minuscule (bule). Încep să crească de la dimensiuni microscopice în faza de joasă presiune până când se contractă și apoi izbucnesc în timpul fazei de înaltă presiune. Moleculele lichidului se ciocnesc, eliberând o cantitate enormă de energie. Energia crește instantaneu temperatura locală și formează un flux de energie mare direcționat către suprafața obiectului de curățat. Aceste bule au o energie extraordinară, care este îndreptată spre curățare - eliberarea sa separă murdăria de suprafața de curățat.

3. Cum se face ecografie?

Energia ultrasonică a undelor sonore de înaltă frecvență este convertită din energie electrică de înaltă frecvență folosind un traductor. Capacitatea de curățare a dispozitivului depinde de tipul și capacitatea invertorului utilizat.

4. Cum este proiectat aparatul de curățare cu ultrasunete?

Modul baie cu ultrasunete include un generator de ultrasunete și traductoare speciale montate pe fundul rezervorului din oțel inoxidabil. Rezervorul trebuie umplut cu lichid pentru a forma un mediu de curățare. Generatorul, împreună cu traductorul, generează unde de compresie și expansiune alternative în fluid la frecvențe foarte înalte, de obicei 25 până la 130 kHz.

5. Pentru ce este folosit încălzitorul cu ultrasunete?

Aparatul de curățare cu ultrasunete folosește o funcție de încălzire pentru a menține temperatura soluției la nivelul dorit între ciclurile de curățare. La rândul său, căldura necesară pentru curățare este generată în timpul procesului de cavitație.

6. Ce este degazarea și de ce este necesară?

Degazarea este un proces de îndepărtare preliminară a gazelor care pot fi prezente în lichidul de curățare. Cavitația ar trebui să aibă loc numai după ce toate gazele au fost îndepărtate din soluția de curățare. Acest lucru asigură un vid în bulele care se formează. Ele sunt distruse atunci când o undă de presiune înaltă lovește peretele bulei, iar energia eliberată ajută detergentul să rupă legăturile dintre obiectele curățate și contaminanții acestora.

7. Cum să obțineți rezultatul optim de curățare?

Puteți obține cel mai bun rezultat de curățare cu ultrasunete doar după ce urmați pași simpli: alegeți tipul potrivit de curățător cu ultrasunete și dimensiunea potrivită a rezervorului; alege agentul de curățare potrivit pentru scopurile tale; setați temperatura corectă și timpul de curățare.

8. Ce este curățarea directă și indirectă?

Când puneți articolele de curățat într-un rezervor de curățare cu ultrasunete umplut cu soluție de detergent, aceasta se numește curățare directă. Obiectele sunt de obicei plasate într-o tavă sau coș de plastic perforat special, mai degrabă decât în ​​partea de jos a rezervorului. Cu toate acestea, pentru curățarea directă, ar trebui să alegeți un lichid care nu va deteriora rezervorul de curățare cu ultrasunete. În caz contrar, poți folosi o tavă neperforată sau un recipient de sticlă, să-l umpli cu lichidul de curățare de care ai nevoie și să așezi articolele înăuntru. Această metodă se numește curățare indirectă. Rețineți că nivelul apei din interiorul rezervorului trebuie să ajungă la linia de umplere în timpul curățării, adică la aproximativ 3 centimetri de sus.

9. De ce este nevoie de o soluție specială de curățare?

Puteți folosi o varietate de lichide de curățare, chiar și apă curățată. Cu toate acestea, apa în sine nu are proprietăți de curățare, așa că va trebui să utilizați o soluție specială de curățare pentru a obține efectul dorit. Puneți obiectele de curățat în soluție pentru a începe acest proces, iar cavitația ajută soluția să rupă legăturile dintre părți și contaminanți. Soluțiile speciale de curățare conțin anumite ingrediente pentru a îmbunătăți efectul de curățare cu ultrasunete. De exemplu, o scădere a tensiunii superficiale a unui lichid duce la o creștere a nivelului de cavitație. Lichidul conține un agent de umectare sau surfactant eficient.

10. Ce soluție de curățare ar trebui să folosesc?

Puteți găsi o mare varietate de curățători cu ultrasunete concepute pentru aplicații specifice. Soluțiile moderne conțin diverși detergenți, agenți de umectare și alte componente reactive. Alegerea corectă a soluției de curățare determină succesul procesului de curățare și ajută la evitarea reacțiilor nedorite cu obiectul de curățat. Vă rugăm să consultați experții tehnici înainte de a alege un produs pentru nevoile dumneavoastră.

11. Ce soluție de curățare nu trebuie folosită?

Nu utilizați niciodată soluții sau lichide inflamabile cu punct de aprindere scăzut (benzină, benzen, acetonă etc.). Energia cauzată de cavitație generează căldură, iar temperaturile ridicate pot crea un mediu periculos în soluțiile inflamabile. Evitați utilizarea înălbitorilor și acizilor. Acestea pot deteriora cada din oțel inoxidabil. În caz contrar, folosiți-le cu grijă dacă este necesar, dar numai pentru curățarea indirectă. Ar trebui să fie disponibil un recipient adecvat pentru curățarea indirectă, pot fi utilizate recipiente de sticlă.

12. Când trebuie înlocuită soluția de curățare?

13. De ce este necesar să se mențină nivelul soluției la indicatorul de nivel?

Înainte de curățare, asigurați-vă că nivelul soluției este în conformitate cu indicatorul de nivel al băii. Ar trebui să se potrivească cu indicatorul de nivel cu tăvi și coș în interior. În caz contrar, caracteristicile procesului de curățare pot fi afectate, frecvența curățării se poate modifica, eficiența curățării poate scădea și baia ta cu ultrasunete poate fi chiar deteriorată. Respectarea acestei cerințe permite o circulație mai mare a soluției în jurul obiectelor de curățat și pentru a proteja încălzitoarele și traductoarele dispozitivului de supraîncălzire și șocuri.

14. Cât durează procesul de curățare?

Timpul de curățare depinde de o serie de condiții, dintre care cele mai importante sunt: ​​soluția de curățare, cantitatea și tipul de contaminare la fața locului, temperatura de curățare și nivelul necesar de curățenie. Puteți observa eliminarea contaminanților imediat după începerea ciclului de curățare. Puteți ajusta durata procesului de curățare în funcție de condițiile dvs. De obicei, va trebui să setați timpul aproximativ necesar, apoi să verificați rezultatul curățării și să repetați ciclul de curățare dacă este necesar. Utilizarea efectivă și rezultatul curățării ajută operatorul să determine momentul optim pentru anumite tipuri de obiecte, precum și pentru anumite tipuri de contaminare.

Încălzirea ajută baia să facă procesul de curățare mai rapid și mai eficient. Soluțiile de curățare sunt de obicei formulate pentru a oferi rezultate mai bune și temperaturi mai ridicate. Puteți determina temperatura optimă care se potrivește nevoilor dvs. pentru a oferi cele mai rapide și mai eficiente rezultate experimentând diferite tipuri de murdărire și articole de curățare. De obicei, puteți obține cele mai bune rezultate în intervalul 50 ° C ~ 65 ° C.

16. Ar trebui să clătesc piesele după curățare?

Pentru a îndepărta orice reziduuri chimice dăunătoare sau nedorite din agentul de curățare, se recomandă clătirea obiectelor după curățare. Puteți clăti în baia cu ultrasunete umplută cu apă simplă de la robinet sau puteți utiliza apă de la robinet, distilată sau deionizată și un recipient separat, dacă este necesar.

17. De ce ar trebui să opriți baia cu ultrasunete dacă nu este în uz?

Funcționarea continuă a băii crește evaporarea soluției de curățare. Acest lucru poate duce la scăderea nivelului lichidului din rezervor, ceea ce poate duce la deteriorarea gravă a băii. Opriți baia cu ultrasunete după finalizarea ciclului de curățare și verificați nivelul soluției înainte de fiecare operațiune pentru a asigura o durată lungă de viață a dispozitivului.

18. Curățarea cu ultrasunete îmi poate deteriora piesele?

Această metodă de curățare, cu unele avertismente, este considerată sigură pentru majoritatea obiectelor. Deși în timpul procesului de cavitație are loc o eliberare puternică de energie, aceasta este sigură, deoarece energia este localizată la nivel microscopic. Primul lucru la care ar trebui să acordați atenție este să alegeți soluția de curățare potrivită. Puterea ultrasunetelor poate intensifica efectul detergentului asupra articolelor de curățat. Nu se recomanda folosirea ultrasunetelor pentru curatarea urmatoarelor pietre: smarald, malachit, perla, tanzanit, turcoaz, opal, coral si lapis.

19. Care sunt aplicațiile curățării cu ultrasunete?

De obicei, această metodă de curățare este utilizată pentru a curăța articole, piese și alte obiecte cu structuri de suprafață complexe și articole care necesită îngrijire specială. Curățarea cu ultrasunete se va dovedi a fi utilă în chimie, auto, inginerie mecanică, fabricarea polimerilor, cercetare științifică, asistență medicală, medicină, arme, bijuterii și alte aplicații industriale.

20. Ce este interzis atunci când utilizați un aparat de curățat cu ultrasunete?

• Nu așezați niciodată obiecte pe fundul rezervorului pentru curățare. Acest lucru poate deteriora baia, deoarece energia ultrasonică va fi reflectată de articolele de curățat înapoi la traductoare. Utilizați întotdeauna o tavă sau un coș de curățare cu o distanță de 30 mm între fundul rezervorului și obiectele de curățat.
• Nu scăpați baia cu ultrasunete și evitați alte șocuri. Acest lucru poate deteriora transmițătorul cu ultrasunete.
• Nu rulați niciodată baia fără lichid în interiorul rezervorului.
• Nu utilizați niciodată lichide inflamabile, cum ar fi benzină, benzen, acetonă, din motive de pericol de incendiu.
• Nu utilizați niciodată baia cu ultrasunete în locuri foarte praf.
• Nu utilizați niciodată baia cu ultrasunete la temperaturi foarte ridicate pentru perioade lungi de timp.
• Nu încercați niciodată să curățați obiecte explozive, muniție, grenade de mână, mine etc.
• Nu puneți niciodată animale sau alte viețuitoare în interiorul căzii și nu folosiți cada pentru a vă curăța animalele de companie.

Experiență unică în dezvoltare și implementare

tehnologii de curatare pentru piese la cele mai mari intreprinderi