Curățarea suprafețelor joacă un rol important în producție - de la tehnologia electronică la cea de acoperire. În mod tradițional, părțile de curățare implică utilizarea de substanțe chimice - solvenți clorurați sau fluorurați, alcalii, acizi, degresanți, alcooli sau curățare mecanică cu abrazivi sau perii. Cu toate acestea, astfel de metode de curățare nu sunt întotdeauna eficiente, în special pentru părțile cu o formă complexă, în plus, aceste tehnologii sunt dăunătoare pentru mediu. Aceste dificultăți sunt depășite cu succes cu ajutorul tehnologiei de curățare cu ultrasunete.
Sunetul cu o frecvență de peste 18 kilohertzi este considerat ultrasonic, nu poate fi auzit de urechea umană. Cele mai utilizate frecvențe pentru curățarea industrială sunt între 20 kHz și 50 kHz. Frecvențele 40. 70 kHz sunt mai des folosite la curățarea cu ultrasunete de masă de mici dimensiuni pentru prelucrarea bijuteriilor și în cabinetele stomatologice, pentru curățarea părților mici, pentru optică. Curățarea produselor care funcționează în condiții severe (blocuri cilindrice, părți metalice grele), îndepărtarea contaminanților grei se efectuează la o frecvență ultrasonică de 20 kHz.
Ecografia poate curăța de contaminanți, cum ar fi uleiul, grăsimile, nămolul, lichidele de tăiere și materialele curățabile - metalele, sticla, ceramica, materialele plastice. Tratamentul cu ultrasunete poate fi folosit cu succes și pentru lustruirea suprafețelor.
Exemple de curățare cu ultrasunete
Orice punct în mediu conductor de sunet prin sonicare alternativ supus comprimării și apoi rarefiere. La punctul de compresiune, presiunea în mediu este pozitivă. La punctul de rărire, presiunea în mediu este negativă. La amplitudine suficient de mare sau „loudness“ sunet atunci când are loc o tranziție pozitivă din zona la zona fenomenului de cavitație presiune negativă - „explozie“ micronice vid bule de cavitație dimensiuni în cantități mari, provocând o undă de șoc a cărui viteză ajunge la 400 km / h.
În vezica urinară, chiar înainte de explozie (Figura 1), se acumulează o cantitate imensă de energie. Datorită unei combinații de presiune (până la 700 atmosfere), temperatură (aproximativ 5000 grade Celsius) și viteză de undă de șoc, jetul eliberează suprafața de contaminanți. Datorită dimensiunii reduse a jetului și a energiei relativ mari, curățarea cu ultrasunete poate fi efectuată chiar și în fante mici.
În cazul purificării chimice prin dizolvarea contaminanților, reactivul trebuie să intre în contact direct cu contaminantul. Când un detergent chimic dizolvă impuritățile, un strat saturat se dezvoltă la limită și acțiunea de curățare se oprește (figura 2).
Cavitația cu ultrasunete și exploziile cu microbule înlocuiesc efectiv stratul saturat, permițând porțiuni proaspete ale reactivului chimic să vină în contact cu contaminantul. Acest lucru este util în special atunci când este necesar să se curețe suprafețe inegale sau cavități interne (fig.3).
Unele tipuri de contaminanți constau din particule insolubile care sunt reținute la suprafață de forțele ionice. Pentru a îndepărta aceste particule, deplasările lor sunt suficiente pentru a rupe forțele de atracție cu suprafața. Aceasta este facilitată de bulele de cavitație (figura 4). Efectul cu ultrasunete creează în mod esențial o micro-amestecare mecanică, care îndepărtează mai eficient contaminanții solubili și insolubili.
Cel mai bine este să utilizați detergenți pe bază de apă. Apa este un solvent excelent, non-toxic, neinflamabil și sigur pentru mediu. Este mult mai dificil să reciclați apa uzată cu impurități. Procesarea unor părți de formă complexă cu apă curată poate fi complicată. În soluțiile fără detergenți există o tensiune superficială ridicată, ceea ce face dificilă curățarea în locuri greu accesibile.
Tabelul 1 oferă recomandări pentru selectarea detergenților adecvați pentru aplicațiile de curățare cu ultrasunete (faceți clic pe masă pentru a mări).
Temperatura este un parametru important pentru maximizarea intensității cavitației. În apă pură, cavitația atinge un maxim la aproximativ 71 de grade Celsius. Soluțiile apoase alcaline sunt cel mai eficient purificate la o temperatură de 82 de grade. Solvenții trebuie utilizați la o temperatură de cel puțin 6 grade sub punctul lor de fierbere.
Cavitația asemănătoare aburilor, în care bulele sunt umplute cu vapori de lichid de cavitație, este cea mai eficientă formă de cavitație. Fluidul de lucru trebuie să aibă cea mai mică vâscozitate și să conțină cea mai mică cantitate de gaz dizolvat pentru a obține efectul maxim de cavitație, pentru care este degazat prin ultrasunete și temperatură ridicată înainte de curățare.
Elementele principale ale echipamentului pentru curățarea cu ultrasunete sunt un traductor ultrasonic și un generator, precum și un container umplut cu o soluție apoasă.
Un generator ultrasonic convertește energia electrică dintr-o rețea de curent alternativ cu o frecvență de 50 sau 60 Hz în energie electrică la o frecvență ultrasonică (figura 5).
Mai recent, în producția generatoarelor cu ultrasunete au apărut noi tehnologii care pot îmbunătăți eficiența utilizării curățării cu ultrasunete. Acestea includ undele pătate de sunet, pulsarea energiei cu ultrasunete și o frecvență reglabilă la ieșirea generatorului. Cele mai avansate generatoare cu ultrasunete au dispozitive pentru ajustarea diferitelor parametri de ieșire pentru a regla puterea de ieșire a energiei cu ultrasunete.
Folosirea unui semnal dreptunghiular (valuri "pătrat") face posibilă obținerea în ieșirea acustică a unei armonice bogate. Rezultatul este un sistem de curățare cu ultrasunete cu mai multe frecvențe care vibrează simultan la mai multe frecvențe.
În modul pulsatoriu, energia cu ultrasunete este pornită și oprită la fiecare câteva secunde sau câteva sute de ori pe secundă. La rate rapide de impuls, fluidul de lucru este degazat mai rapid, bulele de aer sunt lăsate să se ridice la suprafața lichidului în timpul când ultrasunetele sunt oprite.
Frecvența reglabilă poate fi de asemenea modificată de la o dată la câteva secunde până la câteva sute de ori pe secundă. Controlul frecvenței poate fi necesar pentru a preveni deteriorarea pieselor sensibile.
Traductorul cu ultrasunete convertește energia generatorului în vibrații mecanice. Există două tipuri principale de traductoare ultrasonice utilizate astăzi: magnetostrictive și piezoelectrice.
Traductoarele magnetostrictive utilizează principiul magnetostricției, în care anumite materiale se extind și se contractă atunci când sunt plasate într-un câmp magnetic alternativ. Energia electrică variabilă a generatorului ultrasonic este mai întâi transformată într-o bobină într-un câmp magnetic alternativ. Câmpul magnetic alternativ este apoi utilizat pentru a provoca oscilații mecanice în domeniul de frecvență ultrasonic într-o bandă de nichel sau alt material magnetostrictiv.
Din cauza limitărilor mecanice inerente în mărimea componentelor hardware, precum și a complexității producerii unui câmp magnetic de mare putere, traductoarele magnetostrictive funcționează rareori la frecvențe mai mari de 20 kilohertzi. Traductoarele magnetostrictive sunt mai puțin eficiente decât traductoarele piezoelectrice și deoarece necesită o dublă conversie a energiei.
Traductoarele piezoelectrice pot funcționa cel mai bine în gama megahertz. Traductoarele piezoelectrice convertesc energia electrică de curent alternativ direct în energie mecanică printr-un efect piezoelectric în care anumite materiale își schimbă dimensiunea atunci când se aplică o încărcătură electrică. Majoritatea covârșitoare a convertoarelor utilizate astăzi pentru lucrările de curățare cu ultrasunete pe un efect piezoelectric. Ca material piezoelectric, un cristal zirconat de plumb este cel mai frecvent utilizat.
De asemenea, traductoarele piezoelectrice au un număr de dezavantaje. Cea mai obișnuită problemă este că performanța dispozitivului piezoelectric se deteriorează în timp. Acest lucru se poate întâmpla din mai multe motive. Cristalul tinde să se depolarizeze în timp și cu utilizare prelungită. În plus, astfel de convertoare sunt adesea fixați într-un container pe un adeziv epoxidic care prezintă insuficiență de oboseală la frecvențe ultrasunetice ridicate și la temperaturi ridicate.
Eroziunea prin cavitație a containerelor cu ultrasunete este, de asemenea, un fenomen comun, care poate duce la deteriorarea senzorilor și a firelor, ceea ce face dispozitivul inoperabil și duce la necesitatea unor reparații costisitoare.
Cel mai simplu aparat pentru curățarea cu ultrasunete este un recipient cu încălzire într-un recipient (figura 6).
Sistemele sofisticate de curățare ultrasonică includ unul sau mai multe rezervoare de clătire, rezervoare de curățare suplimentare, dezumidificatoare cu aer cald, un sistem de automatizare (figura 7).
Piesele mici în timpul prelucrării sunt așezate în coșuri, iar cele mari, de exemplu, blocurile de cilindri, sunt deplasate cu ajutorul troliilor și dispozitivelor de ridicare.
Cel mai mare număr de instalații au traductoare submersibile cu ultrasunete. care sunt instalate pe părțile inferioare sau laterale ale rezervoarelor. Traductoarele ultrasonice submersibile asigură o ușurință maximă de instalare și întreținere. Ele pot fi, de asemenea, folosite pentru a moderniza liniile galvanice existente în întreprindere.