Ультразвуковая очистка

Очистку деталей и различных поверхностей от загрязнителей необходимо проводить регулярно, причем делать это следует с использованием специальных моющих средств и/или оборудования.

Масло, мазут, накипь, пыль и застарелую грязь невозможно убрать обычной горячей и, тем более холодной водой.

Чистка узлов и агрегатов конвейеров, насосов, автомобилей, требуется во многих случаях, в том числе для сохранения производительности механизмов и двигателей, для осмотра поверхностей с целью определения степени их износа и ремонтопригодности, для выявления иных изъянов. Но, несмотря на то, что сегодня существует достаточное количество простых, эффективных и экономичных технологий, многие владельцы предприятий и транспортных компаний отдают предпочтение ультразвуковой очистке деталей. Насколько это оправдано и зачем платить больше?

Особенности ультразвуковой очистки

Прежде всего, разберемся, что такое – ультразвуковая очистка деталей. Данная технология заключается в использовании ультразвуковых колебаний для повышения эффективности моющих средств. Ультразвук значительно ускоряет процесс, при этом повышается и качество работы. Более того, данная методика дает возможность отказаться от токсичных традиционных веществ, таких как керосин и бензин. При этом существенно снижается вероятность возникновения пожаров и взрывоопасных ситуаций на производстве, а также снижается степень воздействия на здоровье людей.

Ультразвук действует путем образования нелинейных эффектов, которые появляются в жидкостях при прохождении сквозь них мощных импульсов. Основным таким эффектом является кавитация, которая подразумевает появление пузырьков воздуха, схлопывающихся возле загрязнителя и разрушающих их. Это – кавитационная эрозия, или искусственно вызванное воздействие на поверхности узлов и агрегатов.

То есть, высокие технологии дают возможность без особых проблем использовать специальные ванны и составы с целью аккуратной ультразвуковой очистки деталей. В то же время существует достаточное количество негативных факторов, которые заставляют задуматься, действительно ли оправдано применение ультразвука в современных автомастерских и прочих сервисных центрах.

Среди основных недостатков кавитационной эрозии следует особо отметить, что:

• При наличии сильных загрязнений потребуется поэтапная ультразвуковая очистка деталей. В этом случае работник будет вынужден постоянно отвлекаться на перенос очищаемых предметов в корзинах из одной ванны в другую. Конечно, существует возможность оборудования системы специальными механизированными линиями, но это приведет к удорожанию процесса и появлению дополнительных расходов на техническое обслуживание.
• Несмотря на то, что очистка ультразвуком не требует применения высокотоксичных моющих средств, в ней все равно используют агрессивные вещества, которые под воздействием ультразвука начинают интенсивно испаряться в атмосферу. То есть, оказывается негативное воздействие на окружающую среду и здоровье всех работников в помещении. Чтобы избежать воздействия данного фактора на людей, необходимо оснащать цеха и мастерские специальными вентиляционными системами. А это – еще одна статья расходов на приобретение, содержание и обслуживание.
• Чтобы ультразвуковое воздействие было эффективным, для каждого типа загрязнителей необходимо подбирать состав в индивидуальном порядке. При неправильном подборе такого состава существует серьезная опасность повреждения поверхностей деталей, так как ультразвук максимально повышает физико-химические процессы в агрессивных моющих средствах.
• Консультация специалистов необходима и для того, чтобы определить степень эффективности очистки тех или иных узлов и агрегатов. Если в загрязнителях уровень кавитационной стойкости выше, чем у самих поверхностей, то применение ультразвука однозначно испортит эти поверхности. В качестве примера можно привести пригарные пленки на алюминиевых сплавах – если удалять их при помощи ультразвуковой ванны, вероятность разрушения сплава выше, чем вероятность разрушения загрязнителя. Кроме того, специалист должен не только определить стойкость детали, выбрать моющее средство, но и указать, какой необходимо использовать режим работы.
• Так же не следует забывать про сравнительную сложность устройств для ультразвуковой очистки. Как известно, чем сложнее устройство – тем больше средств и времени необходимо затрачивать на техническое обслуживание и ремонт, а вероятность поломок вырастает многократно по сравнению с простыми и действенными технологиями.

В данный перечень необходимо внести еще один негативный фактор. Очитку конкретной детали или узла ультразвуком нельзя производить прямо на двигателе, поскольку технология подразумевает применение ванны. В то же время существуют современные немецкие технологии компании IBS Scherer GmbH, которые работают намного проще, эффективнее, экономичнее и безопаснее.

Конечно, ультразвуковую чистку нельзя полностью сбрасывать со счетов. Но применять ее лучше в узкоспециализированном смысле – например, в ювелирном деле и медицине.

Эффективная очистка: просто, недорого и эффективно

Немецкий производитель IBS Scherer уже полвека работает на рынке и за это время создал уникальную технологию и деталей узлов и агрегатов. Суть технологии заключается в использовании тандема из простейшего оборудования и безопасных для здоровья и окружающей среды моющих веществ. Суть технологии заключается в том, что моющий состав после нажатия на ножной переключатель и начала работы портативного насоса подается на щетку через шланг.

Совмещение механического воздействия и воздействия химических препаратов ускоряет работу, причем данные препараты настолько эффективны, что не требуют предварительного нагрева. Отработанная жидкость возвращается в резервуар, где тяжелые частицы загрязнителя оседают на дно. Таким образом, один и тот же состав можно использовать до года! Причем одна из моделей моющей машины дает возможность очищать детали, не снимая их с двигателя, что значительно повышает скорость очистки.

Более подробно о технологии, оборудовании и специальных моющих средствах IBS можно прочитать в соответствующих разделах. Так же можно узнать о наличии актуальных предложений для недорогой и эффективной чистки у наших консультантов.

Ультразвуковая пайка лужение
Ультразвуковой контроль
Ультразвуковой экспресс анализ
Ускорение производственных процессов
Ультразвуковая пропитка
Ультразвук в металлургии
Ультразвук в горном деле
Ультразвук в электронике
Ультразвук в сельском хозяйстве
Ультразвук в пищевой промышленности
Ультразвук в биологии
Ультразвуковая диагностика заболеваний
Ультразвуковое лечение заболеваний
На суше и на море

Люди придумали множество способов очистки поверхностей от различных загрязнений. Теперь к ним добавился ультразвуковой.
Ультразвуковая очистка либо заменяет, либо дополняет традиционные очистные способы и методы - от ручных операций с применением различных растворов до струйных моечных автоматов.
Одним из основных преимуществ ультразвуковой очистки перед другими способами является ее высокое качество, кроме того, стало гораздо легче очищать детали, имеющие сложную форму, труднодоступные места, узкие щели, маленькие отверстия и полости. Ультразвуковая очистка высокопроизводительна и допускает замену огнеопасных или дорогостоящих органических растворителей водными растворами щелочных солей, жидким фреоном и другими менее опасными и более дешевыми веществами.
Чем объяснить высокую эффективность ультразвуковой очистки? Ответ на этот вопрос связан с очень интересным физическим явлением, называемым кавитацией (латинское cavitas - <пустота>).
Теоретически о существовании этого явления знали с тех пор, как петербургский академик Леонард Эйлер обосновал возможность образования в жидкости разрывов (пустот) вследствие локального понижения давления с последующим захлопыванием возникших полостей. Эйлер предсказал кавитацию, ни разу не наблюдая ее.
Практически с кавитацией столкнулись много позже, в прошлом веке, когда на кораблях вместо боковых гребных колес появились винты, вращающиеся с большой скоростью. Капитаны стали замечать, что скорость их судов с течением времени постепенно падает без видимых на то причин. Но причина была, и достаточно видимая. Когда осмотрели винт одного из кораблей, поставленных в док на ремонт, увидели, что его лопасти похожи на лепестки, изъеденные гусеницами. Этим явлением, естественно, заинтересовались и стали его изучать. Судостроителей, а также создателей гидротурбин беспокоила прежде всего одна мысль: как бороться с этим грозным и неумолимым врагом, как уберечь лопасти винтов и турбин от разрушающего воздействия облака кавитационных пузырьков, которое, как было установлено, образуется на границе <жидкость - твердое тело> при определенных условиях и определенном режиме работы.
Ну а нас кавитация в данном случае интересует с другой стороны - не как враг, а как... друг. Этот парадокс возник сравнительно недавно - с того времени, когда стали изучать ультразвук и разрабатывать технологию ультразвуковой очистки.
Кавитационные пузырьки возникают не только при вращении винтов и турбин. Они появляются, если в жидкость излучать ультразвуковые колебания. Кавитацию, возникающую под воздействием ультразвуковых колебаний, иногда называют ультразвуковой кавитацией. Ультразвуковые колебания образуют в жидкости чередующиеся в соответствии с частотой области высоких и низких давлений. В разреженной зоне гидростатическое давление понижается до такой степени, что силы, действующие на молекулы жидкости, становятся больше сил межмолекулярного сцепления. В результате резкого изменения гидростатического равновесия жидкость как бы разрывается, порождая многочисленные мельчайшие пузырьки газов и паров, находящиеся до этого в жидкости в растворенном состоянии. В следующий момент, когда в жидкости наступает период высокого давления, образовавшиеся ранее пузырьки <захлопываются>. Возникают ударные волны с очень большим местным мгновенным давлением, достигающим нескольких сотен атмосфер. Вот эти бесчисленные микровзрывы кавитационных пузырьков и отдирают с поверхности обрабатываемой детали грязь, жиры, окалину и нередко даже ржавчину.
Возникновение кавитации легко обнаружить по туманному облачку в ультразвуковом поле. При больших интенсивностях кавитации возникает шум, напоминающий шипение закипающего чайника.
Ультразвуковая кавитация уже давно стала основным фактором, способствующим ускорению многих технологических процессов, особенно в процессах очистки, а также в химической и металлургической промышленности. Но очень важно уметь управлять кавитационным процессом. Ультразвуковая кавитация в жидкости зависит от ее плотности, вязкости, температуры, молекулярной массы, сжимаемости, содержания газов, наличия микроскопических включений, частоты и интенсивности ультразвуковых колебаний, статического давления и других факторов. Так, например, в воде кавитация сильнее, чем в других жидкостях. Газ в жидкости повышает эффективность кавитациоиных явлений. С увеличением температуры жидкости интенсивность кавитации растет до определенного максимума, пройдя который она начинает падать. Эффективность кавитации повышается при увеличении мощности, но понижается с ростом частоты ультразвуковых колебаний. При очень высоких ультразвуковых частотах кавитацию вообще невозможно получить.
Ученые довольно детально разработали технологию ультразвуковой очистки, которая стала очень распространенной и незаменимой в различных отраслях промышленности. В последние годы возникло направление, получившее название высокоамплитудной ультразвуковой очистки. Характерной особенностью ее является существенное увеличение амплитуды колебаний излучателя и как следствие изменение энергетических характеристик излучения - изменение акустических и кавитационных параметров технологической жидкости.
Ультразвук очищает самые разнообразные металлические, стеклянные, керамические и другие детали. Так, например, кольца подшипников легко очищаются от полировочной пасты, печатные платы - от флюса, детали и прокат жести - от термической окалины, оптические детали и драгоценные камни - от полировочных веществ, мелкие детали - от заусениц, медицинский инструмент, стеклянную тару - от различных загрязнений и т. д.
Особенно тщательная очистка нужна для деталей быстровращающихся устройств, подшипников, электрических контактов, реле, топливной аппаратуры, а также деталей электронной, вычислительной техники, часовых механизмов, оптических приборов и т. д. Высококачественная очистка деталей от загрязнений занимает важное место в современной технологии массового производства.
Вот некоторые примеры ультразвуковой очистки. На Челябинском и других тракторных заводах применялась ультразвуковая очистка деталей топливного насоса. Ультразвуковая установка показала хорошие результаты, позволила заменить трудоемкую ручную промывку, повысить качество очистки и улучшить условия труда.
Чтобы очистить офсетную печатную форму, ее погружали в щелочь, потом мыли волосяной щеткой под струей воды. На это уходило много времени. Кроме того, рабочий дышал вредными парами. Когда применили ультразвук, форму стали очищать за несколько минут. Устройство, которое придумали конструкторы, состоит из двух ванн. В одной из них с помощью ультразвука с фольги удаляют старое изображение, в другой смывают с нее оставшиеся щелочь и грязь.
В тростильно-крутильных цехах чистильщиц машин не так давно узнавали по рукам - вечно распаренные, в морщинах. И все оттого, что работницы ежедневно промывали в горячей воде кольцевые и нитеразделительные планки машин мокрого кручения. А когда вступила в строй ультразвуковая установка для очистки пленок, эту операцию стали выполнять всего три человека вместо 16. И труд стал иным. Не моют, как прежде, а лишь навешивают грязные и снимают чистые пленки.
На Одесском заводе бактериальных препаратов совместно с кафедрой физики Одесского политехнического института разработан и внедрен ультразвуковой метод мойки ампул. Раньше почти 80 процентов их при очистке шло в брак. Теперь ультразвуковые колебания ускоряют процесс мойки, резко улучшают качество очистки. Быстро разрушаются все загрязнения, легко отделяются осколки стекла. Ультразвук отмывает ампулы до блеска. Значительно сокращен процент брака.
На Горьковском автозаводе тоже внедрили ультразвуковую установку. Она предназначена для очистки картеров автомобилей от графитовой смазки и масла. Установка состоит из шести ультразвуковых генераторов и двух ванн, в каждую из которых вмонтировано восемь магнитострикционных преобразователей. Применение установки позволило в несколько раз повысить производительность труда и сэкономить около девяти тысяч рублей п год.
Замечательного помощника получили металлурги. Всего пять минут требуется ультразвуку для очистки после проката одного километра стальной ленты. Несмотря на огромную скорость, процесс выполняется бесшумно. Качество очистки высокое, а расход химических материалов уменьшился вчетверо.
Очистка от загрязнений труб и трубопроводов - извечная и большая проблема. Трудность состоит в том, что трубы имеют большие размеры и сложные переплетения. В Советском Союзе разработан и запатентован в ряде стран способ ультразвуковой очистки труб любой конфигурации и любой загрязненности. Этим способом можно очищать наружную и внутреннюю поверхности трубопроводов различной длины и диаметра с нёограниценным количеством изгибов.
На механических, оптических, часовых и других заводах начали успешно применять метод ультразвуковой очистки для снятия заусениц. Мелкие детали загружают в ванну с водным раствором абразива. При включении установки жидкость в ванне <вскипает>, а под воздействием зерен абразива острые кромки деталей закругляются. Радиус закругления не превышает 3-5 микрон. При ультразвуковом методе обработки деталей производительность стала намного выше, чем раньше.
Хлопкоуборочный агрегат имеет более ста шпинделей. От состояния этих деталей во многом зависит производительность машины и качество собранного хлопка. При работе на шпинделях образуется вредоносный налет.! Очищать их очень трудно и долго. Эту работу сейчас выполняет полуавтоматическая ультразвуковая установка, созданная Всесоюзным научно-исследовательским институтом технологии машиностроения.
В настоящее время, в век радиоэлектроники и ракетной техники, надежность радиоаппаратуры имеет огромное значение. Замена электровакуумных приборов полупроводниковыми значительно повышает их надежность. Но это длительный процесс, и <старушкам>-радиолампам еще придется изрядно потрудиться, несмотря на то что | они часто <подводят> нас. Ученые установили, что радиолампа будет служить в полтора раза дольше, если в процессе производства ее детали очистить с помощью ультразвука.
Промышленные установки для очистки радиодеталей впервые в нашей стране созданы Всесоюзным научно-исследовательским институтом токов высокой частоты имени В. П. Вологдина. Процесс очистки ускоряется в отдельных случаях в сотни раз, при этом достигается такая чистота поверхности, о которой можно лишь мечтать при всех других способах. Специалисты Рижского центрального проектно-конструкторского бюро механизации и автоматизации заменили ручную очистку ячеек памяти ЭВМ от загрязнений ультразвуковой. Детали, установленные в специальных кассетах (по 120-150 штук), погружаются в ультразвуковую ванну, где и очищаются. Трудоемкость снижается почти в шесть раз.
Прекрасные статуи Венеции изъедены <черной оспой> - так называют жители этого города страшные следы, которые оставляют на мраморе дым и копоть - бич большого современного города. Главный хранитель венецианских памятников, посоветовавшись с учеными и инженерами, организовал работы по очистке мрамора с помощью ультразвука. В отличие от пескоструйного способа ультразвуковой не причиняет никакого вреда мрамору, а скорость и качество очистки высокие. Ученые считают, что ультразвук поможет сохранить уникальные памятники истории.
При частой демонстрации фильмов киноленты изнашиваются, загрязняются и в конце концов приходят в негодность. Специалисты научились реставрировать ленты, возвращая им прежнюю <молодость>. Но прежде чем начинать реставрацию, киноленту нужно хорошо промыть, а это не так просто. Недавно некоторые конторы кинопроката получили совершенные ультразвуковые машины для очистки различных типов кинолент. Они применяются у нас впервые.
Ультразвуковой метод можно применить для стирки тканей, особенно шерсти. Обычно шерсть сильно загрязнена жиром и другими органическими веществами. Мыльные и щелочные растворы ухудшают качество волокна. При ультразвуковой стирке применяются нейтральные растворы, сохраняющие качество волокна. Кроме того, ультразвуковая мойка способствует уничтожению различных микроорганизмов, находящихся в немытой шерсти. Применение ультразвуковых машин особенно эффективно для стирки грубых, сильно загрязненных вещей, когда обычная стирка малопригодна.
Одна из японских фирм разработала ультразвуковую стиральную машину, которую можно использовать как домашнюю ванну. Человеку, сидящему в ней, не нужно делать никаких движений: машина сама вымоет его, притом за очень короткое время. Неизвестно, правда, насколько такая мойка полезна для здоровья,- реклама об этом умалчивает.
Там же, в Японии, по сообщению еженедельника <За рубежом>, изобретена стиральная машина, которая не требует мыла и других моющих средств. Вода в бачке машины с помощью специального насоса насыщается воздушными пузырьками, они и удаляют с ткани грязь. Использованную один раз воду можно применять вторично, пропустив ее через фильтр. В машине нет отжимной центрифуги, поэтому белье при стирке в ней меньше изнашивается.
Судя по всему, процесс стирки в этой машине основанна явлении ультразвуковой кавитации.
При движении жидкости по трубопроводу в нее довольно часто попадают пузырьки воздуха или какого-либо газа. Это увеличивает сопротивление движению жидкости и уменьшает скорость подачи продукта. В Физикотехническом институте Академии наук Белоруссии под руководством академика АН БССР Е. Коновалова разработан метод очистки жидкости от газов в трубопроводах. Он основан на создании интенсивного ультразвукового поля на одном из участков потока. Под воздействием ультразвука пузырьки сталкиваются, сливаются, укрупняются и всплывают.
Перечисленные примеры - далеко не полный перечень технологических возможностей ультразвука, уже, кстати, в большинстве своем реализованных в многочисленных установках, агрегатах и устройствах. Это ванны типа УЗВ и др. Многие ультразвуковые ванны, агрегаты, установки внедрены в производство и дали значительный экономический эффект.
Ультразвук применяют и для других видов очистки, основанных на иных физических принципах действия. Од- \ на из серьезных сегодняшних технических проблем -| очищение загрязненного воздуха от пыли, дыма, копоти, тумана, окислов металлов и т. п. Мельчайшие частицы этих веществ из заводских фабричных труб устремляются вверх, а потом разносятся ветром на большие расстояния. Например, по серому налету на листьях деревьев и на окружающих предметах нетрудно догадаться, что в данном районе находится цементный завод. Тысячи тонн цемента теряют заводы в виде распыленных мельчайших частиц при обжиге. То же самое происходит и на химических, алебастровых, сажегазовых и других предприятиях.
Разрешима ли вообще эта проблема? С давних пор уже пользуются пылеулавливающими устройствами, действие которых основано на различных принципах. Это пылеосадочные камеры, ротационные пылеулавливатели, центробежные уловители, электрофильтры и т. д. Однако все эти устройства громоздки и не всегда достаточно эффективны. Поэтому ученые продолжают искать новые пути ускорения и повышения качества очистки воздуха от газа и загрязнения. В Польше в 1967 году состоялся международный симпозиум по проблеме уменьшения загрязненности воздушной среды. Некоторые ученые в своих докладах отмечали перспективность ультразвукового метода очистки воздуха, так как он обладает многими положительными качествами. Он не зависит от температуры и влажности среды, легко поддается автоматизации, ультразвуковые устройства просты в эксплуатации.
Для борьбы с загрязнениями изобретено оригинальное приспособление, осаждающее пыль. Действие его основано на способности звуковых и, в частности, ультразвуковых волн влиять на мельчайшие частицы пыли. Поэтому если оборудовать заводские трубы ультразвуковыми сиренами, то они будут воздействовать на твердые частицы дыма, осаждать в определенных местах и препятствовать их распространению.
В чем сущность ультразвуковой очистки воздуха? Пылинки, которые беспорядочно летают в воздухе, под действием ультразвуковых колебаний чаще и сильнее ударяются друг о друга. В результате они слипаются и увеличиваются в размере. Процесс укрупнения частиц называется коагуляцией. Укрупненные частицы быстрее оседают, легче улавливаются обычными фильтрами и, стало быть, полнее очищается воздух.
Ультразвуковые методы очистки воздуха от загрязнения внедряются сейчас во многие отрасли промышленности и постоянно совершенствуются. Специалисты считают, что необходимо создание многоступенчатых ультразвуковых осадителей пыли, а также мощных, но экономичных источников питания. Дело в том, что у имеющихся сейчас акустических пылеуловителей есть серьезный недостаток - относительно большой расход электроэнергии. Поэтому акустические пылеуловители применяют пока в основном для улавливания очень ценной и тонкой пыли, например, на свинцовых и бронзоплавильных заводах.
Явление коагуляции с успехом может быть использовано в борьбе с туманами, доставляющими немало забот и неприятностей аэродромной службе, летчикам и морякам. Сколько раз туман был виновником аварий и катастроф! Десятилетиями ученые искали эффективные средства для рассеивания тумана. Некоторые из них уже применяются в районах аэродромов. А как быть на море или в океане, где судно может попасть в зону тумана на несколько дней? Опыты показали, что в данном случае может эффективно помочь ультразвуковая сирена, она в со< стоянии рассеять туман на расстояние 300-400 метров Такую сирену, но меньших размеров, можно установить и на автомобиле.
Известно, какую большую трудность представляе очистка паровых котлов и теплообменных аппаратов от накипи, ухудшающей их теплопроводность. В теплообменных аппаратах слой накипи достигает 12-15 миллиметров, что приводит к перерасходу топлива до 10 процентов. Наилучшее решение проблемы в том, чтобы не допускать образования накипи. Эту роль и выполнил ультразвуковой излучатель, вмонтированный в корпус парового котла. Настроенный на определенный режим paботы, он либо непрерывно, либо через некоторые промежутки времени как бы встряхивает <содержимое> котла, не давая твердым частицам откладываться на его стенках.
Для той же цели ультразвуковой излучатель применяют в сахарной промышленности, где серьезную проблему представляет предотвращение образования накипи в теплообменных аппаратах. К особенно тяжелым последствиям приводит накипеобразование на выпарной станции - одном из важнейших участков сахарного за-> вода. Расчеты показали, что от накипеобразования потери в сахарной промышленности страны равны продукции десятков заводов средней мощности, работающих в течение трех месяцев. Введение ультразвуковых колебаний в тепловые аппараты предупреждает образование накипи.
Для предотвращения накипеобразования создано несколько промышленных приборов (УЗГИ-12, ИГ-67, АУР, УЗТИ-2, ИГУР-6). Принцип действия их одинаков. Генераторы собраны на полупроводниках. Приборы просты по устройству, надежны в эксплуатации, не имеют органов регулировки и настройки, рассчитаны на непрерывную круглосуточную работу. Приборы применяются в теплообменной аппаратуре: паровых котлах, бойлерах, решоферах и корпусах выпарки сахарных заводов, холодильниках и т. д.
При правильной эксплуатации импульсных ультразвуковых генераторов и при поддержании нормальных водно-химического режима и щелочности воды новой накипи в котлах не образуется. Старая накипь в течение двух-трех месяцев отслаивается и выпадает в осадок, теплопередаюших поверхностях наблюдаются лишь ламовые отложения, легко смываемые струей воды во, время профилактических осмотров.
А вот еще один оригинальный пример. Ученые Одессы испытали ультразвуковой метод очистки судов от ра-; ушек и водорослей. Эти на первый взгляд безобидные сушества, облюбовавшие днища кораблей для своих поселений, на самом деле не так уж безобидны: они <крадут> у судна изрядную долю его скорости. Механическая очистка - чрезвычайно трудоемкая операция, а главное, для того судно надо ставить в док, то есть на какое-то время выводить его из эксплуатации. В свое время в печати появилось сообщение о том, что днище судна Черноморского пароходства <Хирург Вишневский>, обработанное ультразвуком, и через 15 месяцев плавания было чистым от непрошенных <гостей>.

"Звук, ультразвук, инфразвук"

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

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

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

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

Рис. 1.11. Ультразвуковая очистка

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

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

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

 . C - волновое сопротивление,

 - амплитуда колебаний,

 - частота.

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

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

1,5÷3 Вт/см 2 - водные растворы,

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

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

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

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

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

Очистка осуществляется гидропотоками при значительно меньшей вибрации детали;

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

С увеличением частоты увеличивается величина поглощаемой энергии ультразвука.

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

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

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

Значительно уменьшаются габариты и масса ультразвуковых генераторов и преобразователей;

Уменьшается опасность эрозионного разрушения поверхности очищаемой детали.

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

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

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

Щелочные растворы 40÷60ºС,

Трихлорэтан 38÷40ºС,

Водные эмульсии 21÷37ºС.

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

Среды ультразвуковой очистки

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 1.6.

Состав растворов (массовые доли) и режимы ультразвукового травления

Материал детали							Уротропин	Температура ºС	Длительность, мин
Конструкционные стали (Ст 3, 45)
Цементируе мые стали (16ХГТ)
Хромистые стали (2Х13, 4Х13 и др.)
Электротехнические стали
Нержав. стали
Медные сплавы (Л90, ЛА85, Л68 и др.)
Углеродистые стали

Способы управления процессом ультразвуковой очистки .

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

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

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

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

Уникальный опыт разработки и внедрения

технологии очистки деталей на крупнейших предприятиях

Ультразвуковая очистка представляет собой очистку поверхности твердых тел практически любой сложности и материала изготовления посредством возбуждения в моющем растворе колебаний ультразвуковой частоты. Для осуществления данного процесса применяется специализированная ванна. Такая очистка имеет множество преимуществ по сравнению с прочими способами очистки.
Самым главным плюсом является то, что ультразвуковая очистка не требует применения ручного труда. рассчитана на то, чтобы детали подвергались очищению посредством кавитационных пузырьков, которые проникают под пленку загрязнений, тем самым разрушая ее и отслаивая загрязнения от поверхности очищаемой детали или предмета.

Кроме этого, в таких ваннах осуществима очистка труднодоступных участков изделий без применения органических растворителей, что невозможно при других способах очистки.

Какие еще есть преимущества очистки деталей в ультразвуке?

Кроме указанных преимуществ, ультразвуковая очистка обладает и таким, как экологичность и безопасность осуществляемого процесса. Ванны не производят никаких вредных или неблагоприятных воздействий ни на окружающую среду, ни на здоровье человека; такая очистка не является токсичным или вредным процессом.

Наряду с этим, специфика ультразвуковой очистки позволяет максимально сократить время очищения деталей или любых приспособлений. Это обуславливается возможностью регулировать интенсивность воздействия ультразвуковых волн, приводящих в движение мельчайшие пузырьки. Так, для слабых загрязнений можно использовать воздействие ультразвукового излучения такой силы, при которой приводятся в действие незахлопывающиеся кавитационнаые пузырьки, воздействующие на загрязнения пульсирующими движениями. А вот для более стойких загрязнений требуется более высокая интенсивность ультразвукового поля, в котором присутствуют захлопывающиеся кавитационные пузырьки, создающие микроударное воздействие на загрязнения. Кроме этого, такие ванны используются для обезжиривания разного рода деталей и предметов.

Известно, что обезжирить мелкие детали должным образом, применяя при этом другие методы очистки довольно сложно, а также очень долго. А применив для обезжиривания ультразвуковую ванну, можно добиться отличного результата с минимизацией потраченного времени и сил.

Какие детали можно очистить ультразвуком?

Такой способ промывки позволяет очистить детали и предметы любых размеров с любыми загрязнениями. Сюда входят такие загрязнения, как твердые или жидкие пленки, масла и жиры, предохраняющие и защитные покрытия, ржавчина и другие коррозийные покрытия, загрязнения биологического, органического и неорганического происхождения, механические загрязнения (стружка, пыль, частички абразивных средств и прочие), а также многие другие.

Ультразвуковая ванна позволяет очищать и обезжиривать детали машиностроения, детали двигателей, газовых турбин и прочие детали разнообразного назначения. Кроме этого, при помощи такого способа очистки можно очищать такие мельчайшие детали, как элементы авторучек, ювелирные изделия, кристаллы кремния и прочие. Также ультразвуковая очистка позволяет справиться с достаточно сложными загрязнениями, практически неподвластными другим способам очистки – это засохшие головки принтеров, детали точных приборов, плат, шестеренок и подшипников и прочих.

Одним словом, ультразвуковая очистка – это, безусловно, универсальный способ очистки любых деталей любой степени и вида загрязнения. Это выдвигает ее на передний план по сравнению с другими методами очистки деталей. Ведь она позволяет добиться отличного результата в максимально сжатые сроки и без применения ручного труда, а это является огромным преимуществом перед другими способами чистки.

Ультразвуковая мойка - это прибор, предназначенный для очистки различных предметов, выполненных из металлов и пластмасс, как от жировых, так и от прочих загрязнений. Работа такого устройства основана на применении эффекта кавитации. Что представляет собой этот очистительный прибор? Каков принцип его действия? В чём заключаются преимущества очистки ультразвуком? В каких сферах применяется ультразвуковая мойка? Ответы на эти и другие вопросы даны в статье ниже.

Принцип действия ультразвуковой мойки

Для того чтобы очистить предметы в ультразвуковой мойке, нужно просто погрузить их в чашу с водой, в которую уже добавлено специальное моющее средство, и включить прибор.

В основе работы очистительного устройства лежит эффект кавитации, когда в жидкости за короткий промежуток времени образуются и тут же разрушаются миллионы мелких пузырьков воздуха. Этот процесс происходит вследствие чередования волн низкого и высокого давления под воздействием ультразвука. Воздушные пузырьки, соприкасаясь с поверхностью обрабатываемых предметов, разрываются, создавая множество маленьких ударных волн. Благодаря этому происходит глубокая очистка инструментов, которую может обеспечить только ультразвуковая мойка.

Инструкция по использованию прибора говорит, что объём погружённых в чашу предметов должен составлять от 30 до 70 процентов её ёмкости. Это обеспечит наибольшую эффективность работы устройства.

Что представляет собой ультразвуковая мойка? Из каких частей она состоит? Об этом ниже.

Устройство ультразвуковой мойки

Чаша мойки чаще всего выполнена из такого материала, как нержавеющая сталь.

На стенках и дне устройства размещены (излучатели). С установленного подаётся переменный ток необходимой частоты. Он улавливается излучателями и преобразовывается в механические колебания. От способа их расположения зависят размеры, которыми будет обладать ультразвуковая мойка.

Схема размещения таких преобразователей внутри конструкции мойки может быть различной. Существуют два варианта расположения:

• В специальных отверстиях в корпусе. Такое размещение преобразователей возможно только в ультразвуковых приборах небольших размеров.
• Обособленными модулями. При таком варианте расположения становится возможным производство моек больших размеров.

Чистка ультразвуком выгодно отличается от процесса обычного мытья. Подробнее об этом - в разделе ниже.

Преимущества ультразвуковой мойки

Удаление загрязнений с изделий с использованием ультразвука обладает рядом достоинств.

Главное преимущество - это возможность очищать предметы сложных форм. Удалить грязь из полостей, отверстий и прочих труднодоступных мест можно как раз с помощью такого прибора, как ультразвуковая мойка.

Для маникюрных инструментов и других заточенных изделий рекомендуется использование этого устройства. Благодаря эффекту кавитации после удаления грязи они не затупятся, ведь при таком способе очистки исключено появление механических повреждений. Кроме этого, ультразвуковая мойка для инструментов обеспечит их дезинфекцию.

Ещё одним достоинством такого способа очистки является быстрота процесса при его высокой эффективности. Удалить загрязнения с предметов можно всего за несколько минут. При этом итоговый результат будет более качественным в сравнении с обычным мытьём.

Сфер применения ультразвуковых моек достаточно много. Подробнее об этом - в следующем разделе.

Где применяют ультразвуковые мойки?

Широко распространено использование ультразвуковых моек в медицине. Они эффективно очищают от различного вида загрязнений инструменты и инвентарь. С их дезинфекцией и предстерилизационной обработкой также отлично справится ультразвуковая мойка.

Для маникюрных инструментов такое очистительное устройство просто незаменимо. Ведь оно эффективно удаляет загрязнения. При этом инструменты остаются острыми. Также осуществляет их дезинфекцию.

Ещё одна область применения таких моек - это станции технического обслуживания. С помощью ультразвукового устройства можно удалять загрязнения с форсунок, деталей карбюраторов и прочих автомобильных запчастей.

Также ультразвуковая мойка может быть использована для очистки ювелирных изделий или часовых механизмов. Ещё одной сферой применения такого устройства является пищевая промышленность, когда необходимо содержать в чистоте и дезинфицировать пластиковые контейнеры и ящики.

Как выбрать ультразвуковую мойку?

При выборе такого устройства следует учесть габариты предметов, которые будут подвергаться чистке. Рекомендуется приобретать мойку большего размера, чтобы избежать её перегрузки.

Обязательно нужно обратить внимание на наличие модуля подогрева. Если основной задачей ультразвуковой мойки будет являться просто избавление от грязи, рекомендуется приобрести устройство, которое использует в процессе работы тёплую жидкость. А если необходима ещё и дополнительная дезинфекция инструментов - тогда стоит остановить свой выбор на мойке без функции нагрева. Ведь средства для обеззараживания становятся неэффективными при температуре выше сорока градусов.

Заключение

Ультразвуковая мойка - это устройство для эффективной очистки различных изделий из металлов и пластмасс. Работа этого прибора основана на эффекте кавитации, который достигается путём использования ультразвука. Такая очистка предметов обладает рядом преимуществ: возможность качественного мытья изделий сложных форм, быстрота процесса при его высокой эффективности, исключено появление механических повреждений инструментов. Ультразвуковые мойки применяют в медицине, пищевой промышленности, на станциях технического обслуживания и в других областях.