Добро
пожаловать на наш сайт!
Теория ультразвука,
ультразвуковые колебания
и практическое применение ультразвука в атомобильном транспорте,
электронике, ювелирном деле и т.д.
10.08.2014 23:52 дата обновления страницы
Применение ультразвука для очистки деталей и
изделий из различных материалов
Дата создания сайта: 15/01/2013
Дата создания
сайта: 15/01/2013 Дата обновления главной страницы:
10.08.2014 23:52
Подробное применение ультразвуковых колебаний в различных областях
рассказано в книге "Все о
звуке" на же интересует в первую очередь практическое
применение ультразвука для очистки различных изделий от различных
органических и неорганических загрязнений. В ходе прочтения различных
статей попадаются неизвестные слова, что такое процесс кавитации,
кавитационная область и так далее. Обратимся к первоисточникам. В руки
попалась книга "Основы физики и техники ультразвука"
автор: Б.А. Агранат. Издание "Высшая школа" 1987 год, 10 000
экземпляров. Нас интересует несколько глав из справочника:
Рис. 7.8. Изменение конфигурации кавитационной
области в воде над магнитострикционным преобразователем при различных
статических давлениях: а -0,9 МПа; 6 - 0,6 МПа; в - 0,2 МПа; г -0,1 МПа
При работе мощного ультразвукового излучателя в
технологическом объеме жидкости возникает навигационная область,
представляющая собой скопление кавитационных пузырьков. Форма
кавитационной области определяется характером звукового поля в объеме
среды, причем кавитация образуется как на границе раздела фаз, так и в
самой жидкости, принимая иногда вид кавитационных тяжей- цепочечного
типа скоплений кавитационных пузырьков (рис. 7.8).
В настоящее время отсутствует удовлетворительная модель кавитационной
области, поскольку распределение пузырьков по размерам и пространству
объема не имеет четко выраженного статистического характера. Сложная
многофакторная зависимость кавитационной области от частоты и
интенсивности первичного звукового поля, распределения зародышей
кавитации, газосодержания, межфазных границ, параметров среды и т. д. не
позволяет аналитически описать кавитационные эффекты. Например, не ясна
лрирода образования кавитационных тяжей, хотя сильная зависимость их
формы от частоты позволяет предположить влияние интерференционной
структуры ближнего поля излучателя, которая является единственным
фактором, резко реагирующим на небольшие изменения частоты. Поэтому
характеристика кавитационной области имеет преимущественно описательный
вид, основывающийся на экспериментальных данных.
Однако часть качественных результатов для кавитационной области можно
получить исходя из проведенного в предыдущих разделах анализа динамики
единичной кавитационной полости. Правомерность переноса закономерностей,
характерных для полости, на всю область можно оценить исходя из учета
взаимовлияния соседних полостей [10]. Поскольку пульсации пузырька
создают ра-диально расходящийся поток жидкости, скорость этого потока у
поверхности соседнего пузырька определяет степень воздействия одного
пузырька на другой. Считая, что два соседних пузырька одного радиуса R
колеблются синфазно на расстоянии а между их центрами, условием
отсутствия взаимодействия можно считать случай, когда скорость v потока,
создаваемого от движения первого пузырька у поверхности второго,
пренебрежимо мала по сравнению со скоростью R движения поверхности
второго пузырька:
Расстояние между пузырьками в кавитационной области
определяется количеством пузырьков в единичном объеме, составляющем
106-107 см-3 в области развитой кавитации, что примерно в 105 раз
превосходит количество зародышей кавитации в объеме 101-102 см-3, причем
установление кавитационного режима происходит почти мгновенно с
наложением звукового поля. Это возможно лишь в том случае, когда процесс
возникновения кавитационных пузырьков представляется в виде цепной
реакции. Известно, что при захлопывании кавитационная полость может
терять устойчивость и распадаться на части. Поскольку разрушение
происходит в стадии, когда давление и температура в полости максимальны,
очевидно, что и в образовавшихся осколках давление и температура также
повышены. В полупериод растяжения они легко расширяются и являются
новыми зародышами кавитации, а затем в свою очередь тоже порождают новые
зародыши кавитации.
Увеличение давления ведет к увеличению количества полостей и их радиусов
до тех пор, пока не изменится качественно захлопывание пузырьков. Если
захлопывание происходит не в каждый период, увеличение времени между
захлопываниями может вести к частичной коагуляции <осколков> (например,
под действием сил Бьеркнеса) и количество <осколков>, а следовательно,
кавитацион-ных пузырьков уменьшается.
Степень развитости кавитации принято характеризовать индексом кавитации,
предложенным Розенбергом:
-индекс кавитации является мерой пространственной
плотности потенциальной энергии, запасенной кавитационными пузырьками в
данном объеме. Измерения индекса кавитации в локальной зоне,
осуществляемые с помощью покадровой обработки результатов скоростной
киносъемки зоны кавитации, показывают, что при превышении амплитудой
звукового давления порогового значения он быстро достигает значений,
близких к единице. При этом в фазе максимального расширения практически
вся рассматриваемая зона занята кавитационными пузырьками, вытеснившими
капельную жидкость. Увеличение звукового давления ведет к уменьшению
количества пузырьков при возрастании их размеров, поэтому индекс
кавитации почти не меняется.
В стационарном режиме, соответствующем неизменным внешним условиям,
локальный индекс кавитации К представляет собой только функцию
координат. Рассматривая К в предельном случае как функцию точки, можно
ввести понятие среднего (по объему ка-витационной области) индекса
кавитации (К) в виде
Величину {К) достаточно просто определить
экспериментально дилатометрическим методом, используя герметичный,
полностью заполненный жидкостью объем, снабженный градуированным
капилляром. При наложении звукового поля образующиеся пузырьки вы-
С учетом несинфазности колебаний пузырьков и времени
их взаимодействия условие (7.63) можно смягчить, считая /Ск~0,3.
Полученная оценка достаточно хорошо согласуется с экспериментальными
данными.
На рис. 7.9 сопоставлены расчетные зависимости изменения радиуса
пузырька и экспериментальные измерения по результатам скоростной
киносъемки пузырька при различных значениях с расса кавитации.
Совпадение максимального радиуса пузырька с расчетным значением для всех
значений К показывает, что энергия, запасаемая пузырьком, в сравнительно
медленном процессе расширения не зависит от присутствия соседних
пузырьков. В то же время на стадии захлопывания при значении /(=0,85
(кривая 3) наблюдается расхождение экспериментальных и расчетных
значений радиуса почти на порядок. Это объясняется тем, что при больших
скоростях захлопывания и малых промежутках между пузырьками потоки
жидкости приобретают большую скорость, в результате чего падает
бернуллиевское давление вблизи пузырька и процесс захлопывания
замедляется.
Таким образом, при К<0,3, что имеет место в большинстве практических
случаев, можно с полным основанием использовать закономерности,
полученные для одиночной полости при рассмотрении кавитационной области.
Среди технологических процессов, протекающих в жидких
средах с воздействием ультразвука, очистка поверхности твердых тел в
ультразвуковом поле получила наибольшее применение. Ультразвук широко
используют для очистки поверхности точных приборов, ювелирных изделий,
интегральных схем, фильтров, труб, металлургического проката и др.
Введение ультразвуковых колебаний в моющие растворы позволяет не только
ускорить процесс очистки, но и получить высокую степень чистоты
поверхности, заменить ручной труд, исключить пожароопасные и токсичные
растворители.
Эффективность ультразвуковой очистки зависит от выбора многих
параметров. Прежде всего это выбор частоты и интенсивности ультразвука.
Существенное влияние на процесс очистки оказывают физико-химические
свойства жидкости: поверхностное натяжение, вязкость, упругость
насыщенного пара, плотность, газосодержание. Важное значение имеют
внешние факторы, такие, как температура и гидростатическое давление. Для
правильного выбора растворов и параметров звукового поля необходимо
также учитывать характер загрязнений: степень их адгезии к очищаемо>
Рис. 14.1. Факторы, влияющие на разрушение
поверхностных пленок в звуковом поле
поверхности, химическое взаимодействие с моющим
раствором, кавитационная стойкость.
Успешное проведение процесса ультразвуковой очистки возможно лишь при
использовании основных эффектов, возникающих в мощных ультразвуковых
полях: звукового давления, кавитации, акустических потоков,
звукокапиллярного эффекта, радиационного давления.
На рис. 14.1 приведена схема, на которой показано влияние различных
факторов на процесс ультразвуковой очистки и их взаимосвязь. Анализ этой
схемы, содержащей обширную информацию, приводится в следующих параграфах
данной главы.
В первом разделе настоящей книги рассмотрены теоретические основы физики
и техники ультразвука с достаточно строгой математической
интерпретацией. Для технологических целей воспользуемся окончательными
выражениями теоретических исследований, дополняя их по мере
необходимости более детальным рассмотрением физической сущности явлений.
Рассмотрим теперь основные закономерности ультразвуковой очистки.
Наибольшее влияние на процесс ультразвуковой очистки оказывает
ультразвуковая кавитация, возникающая в жидкостях при воздействии мощных
ультразвуковых полей.
В процессах ультразвуковой очистки, особенно в процессе травления,
микроударное действие захлопывающихся пузырьков
Способствует разрушению окалины и загрязнений, обладающих высокой
адгезией к поверхности, а пульсирующие пузырьки проникают под пленку
загрязнения (окалины), отслаивая их и ускоряя процесс очистки [2].
Исследования динамики одиночной полости численными методами позволяют
предсказать эффективность воздействия кавитации на технологические
процессы. Несмотря на существенные отличия между рассмотренными моделями
и реальной кавитацион-ной областью, заключающиеся во влиянии соседних
пузырьков наличии препятствий в звуковом поле, возможности
несферического захлопывания с образованием микроструй, несинфазности
пульсаций полостей и т. д., существует удовлетворительное качественное
соответствие между расчетами динамики полости и действием кавитации в
реальных процессах. Это позволяет, анализируя влияние всех параметров на
пульсацию полости, определить направления совершенствования процессов.
Так, например, для диспергирования материалов в ультразвуковом поле
важно добиться максимального ударного действия кавитации, тогда как при
очистке прецизионных деталей электроники нежелательна кавитационная
эрозия, а необходимо создать интенсивные микропотоки от пульсирующих
полостей.
Энергетическую оценку действия кавитационной полости и влияния различных
параметров среды и звукового поля удобно рассмотреть используя
безразмерный критерий эрозионной активности х (см. гл. 13),
представляющий собой фактически отношение энергии запасаемой пузырьком,
в единичном объеме жидкости за единичное время при расширении полости к
средней удельной мощности в фазе захлопывания. Следовательно, критерий х
показывает трансформацию мощности в пузырьке, причем чем больше значение
х, тем сильнее ударное действие кавитационной полости. Выразив значения
мощностей через параметры полости, можно показать, что
Из физико-химических параметров в уравнения динамики
полости входят поверхностное натяжение на границе жидкость - газ,
плотность и вязкость жидкости и упругость насыщенного пара.
Рис. 14.2. Зависимость критерия эрозионной
активности от упругости пара рабочей жидкости
Анализ численных решений уравнений динамики
показывает, что весьма сильное влияние на характер пульсаций полости
оказывает упругость пара. С увеличением ее значения на порядок значения
критерий х уменьшается примерно на пять порядков, как это видно из
зависимости x = f(Pn), приведенной на рис. 14.2. Это связано с тем, что
давление пара значительно превосходит давление газа при максимальном
расширении полости, т. е. РпЮ=Рпг при Rmax\ следовательно, давление пара
определяет значение силы, противодействующей захлопыванию полости. Таким
образом, повышение упругости пара внутри кавитационной полости резко
снижает интенсивность кавитации, а следовательно, и эффективность
ультразвуковой очистки. Поэтому применение водных растворов более
эффективно, чем органических растворителей, упругость пара в которых
значительно выше. Однако при очистке поверхности прецизионных деталей
полупроводниковой и электронной техники, где необходимо снизить
микроударные нагрузки, чтобы исключить повреждения ажурной конструкции,
используют органические растворители с достаточно высокой упругостью
пара.
Вследствие потерь акустической энергии, обусловленных вязкостью
жидкости, эрозионная активность жидкости в ультразвуковых полях малой
интенсивности снижается и процесс очистки замедляется. Однако при
большой интенсивности ультразвука в сильно вязких жидкостях (v^5-10-2
с/м2) создаются благоприятные условия для кавитационных процессов. Силы
вязкого трения, аналогично избыточному статическому давлению,
препятствуют расширению кавитационной полости, поэтому начало сжатия
полости совпадает с началом сжатия волны, что приводит к повышению
эффективности ультразвуковой очистки загрязнений, прочно связанных с
очищаемой поверхностью.
На процесс ультразвуковой очистки влияет также поверхностное натяжение а
жидкости. С ростом поверхностного натяжения ухудшается смачивание
поверхности очищаемых деталей, что препятствует проникновению моющего
раствора в узкие щели, отверстия и зазоры.
Для уменьшения поверхностного натяжения в жидкостях, применяемых для
ультразвуковой очистки, пользуются добавками поверхностно-активных
веществ, которые улучшают смачивание поверхности. При этом создаются
тончайшие адсорбционные слои на частицах загрязнений, способствующие их
более легкому отрыву.
Изменение плотности р в пределах, характерных для реальных жидкостей,
мало сказывается на эрозионной активности кавитации. Однако в жидкостях
с большой плотностью эрозионная активность падает в связи с уменьшением
Rmax полости и увеличением давления парогазовой смеси в момент
захлопывания. Кавитационный пузырек может вырождаться в пульсирующий.
Все три параметра р, а и v незначительно влияют на динамику полости.
Так, при увеличении поверхностного натяжения, плотности и вязкости на
порядок ведет к изменению х примерно на 10% .
Из параметров, характеризующих звуковое поле, в уравнения динамики
полости входят звуковое давление и частота. В предыдущем параграфе уже
отмечалось, что для различных частот наблюдается подобие решений
уравнений, а значит, критерий х остается величиной постоянной. Однако
принцип подобия решений по частоте является ограниченным и сверху, и
снизу, поскольку при очень низких или очень высоких частотах пузырек
превращается в пульсирующий и значение х резко падает. При высоких
частотах уменьшение /?тах в результате сокращения времени действия
растягивающих напряжений ведет к повышению давления парогазовой смеси к
началу фазы захлопывания, и при Rmax/Ro-2 пузырек вырождается в
пульсирующий, что. ведет к резкому снижению х. На низких частотах при
относительно медленном увеличении стенок полости условия захлопывания
полости уже нельзя считать адиабатными, и пузырек также превращается в
пульсирующий. Анализ зависимости изменения х от частоты показывает, что,
например, для pm = 106 Н/м2 критическими значениями частоты,
соответствующими вырождению кавитационного пузырька в пульсирующий,
являются 103 и 106 Гц, а в интервале 2-Ю3-105 Гц значение критерия х
постоянно.
Понижение частоты в область слышимых звуков также нежелательно еще по
двум причинам. Во-первых, сильно возрастает слышимый звук при работе на
ультразвуковых установках, что неблагоприятно сказывается на
обслуживающем персонале. Во-вторых, при понижении частоты увеличиваются
размеры и масса активных элементов преобразователей, что тоже
нецелесообразно.
Следует, однако, отметить, что указанный интервал частот не является
обязательным и зависит от характера поверхностных загрязнений. Так,
удаление легких жировых загрязнений, при котором не требуется высокой
эрозионной активности кавитации, успешно происходит в ультразвуковых
полях мегагерцевого диапазона частот. В высокочастотном поле под
действием интенсивных акустических потоков происходит сильное
перемешивание жировых загрязнений и их отрыв от очищаемой поверхности.
Амплитуда звукового давления рт оказывает неоднозначное влияние на
величину х. Сначала с увеличением рт происходит рост х за счет изменения
Rmax, #min и At. Одновременно происходит не только качественное
изменение динамики полости, но и увеличивается число пузырьков,
превращающихся в нестабильную кавитационную полость за счет зародышей
малых размеров. Дальнейшее увеличение рт ведет к тому, что сначала более
крупные пузырьки начинают совершать несколько периодов пульсаций до
захлопывания, как это показано на рис. 7.4, и происходит уменьшение х.
Кроме того, наличие большого количества пузырьков ведет к экранированию
излучателя и уменьшению звукового давления в жидкости, что будет
рассмотрено позднее. Таким образом, существует оптимальное значение
амплитуды звукового давления, соответствующее максимуму эффективности
кавитационного действия полостей.
Как правило, энергетические параметры технологического процесса
оценивают по интенсивности ультразвука, передаваемой от излучателя в
обрабатываемый объем. Выражение для интенсивности ультразвука имеет вид
При значениях интенсивности, меньших указанного
интервала, кавитация выражена слабо, все вторичные эффекты, возникающие
в жидкости при введении ультразвуковых колебаний, и эффективность
очистки снижаются.
Для очистки изделий от загрязнений, обладающих высокой адгезией с
очищаемой поверхностью, желательно увеличить интенсивность ультразвука.
Однако при чрезмерном повышении интенсивности время захлопывания
кавитационного пузырька может стать больше полупериода сжатия волны.
Кавитационный пузырек при этом вырождается в пульсирующий и его
эрозионная активность снижается.
Все выводы о влиянии параметров среды и звукового поля на кавитацию,
полученные из теоретического исследования динамики кавитационной
полости, нашли полное подтверждение в экспериментальных исследованиях
кавитационных процессов. Изменяя эти параметры, можно целенаправленно
менять условия образования кавитации, добиваясь требуемого
технологического эффекта.
К числу распространенных методов ультразвуковой
очистки относятся метод погружения, непрерывно-последовательный и
контактный. При очистке методом погружения мелкие детали загружают в
ванну в сетчатых корзинах или барабанах, располагая их возможно ближе к
поверхности излучателей.
Для очистки всей поверхности Деталей барабаны с деталями непрерывно
вращают либо качают в ванне относительно блока с преобразователями.
Детали при этом непрерывно переворачиваются и практически все участки
поверхности деталей оказываются в зоне ультразвукового воздействия
[14.1].
Очистка крупногабаритных деталей, а также движущихся заготовок
производится непрерывно-последовательным методом, при котором очищаемое
изделие перемещается над поверхностью излучателей.
Контактный метод применяют для очистки внутренних полостей тонкостенных
изделий, доступ к которым затруднен. В этих случаях ультразвуковые
колебания передаются стенкам очищаемых изделий и последние работают как
излучатели.
Наибольшее распространение получил непрерывно-последовательный метод,
отличающийся высокой производительностью и автоматизацией процесса. Его
успешно применяют, в частности, на крупных металлургических предприятиях
при непрерывной работе производства.
Выбор растворов для ультразвуковой очистки определяется характером
загрязнений.
Поверхностные загрязнения характеризуют следующими основными признаками:
1. По способности противостоять микроударному действию кавитации, т. е.
по тому, является ли поверхностная пленка загрязнений кавитационно
стойкой или кавитационно нестойкой. В тех случаях, когда кавитационная
стойкость загрязнений выше кавитационной стойкости материала, во
избежание повреждения очищаемых деталей ультразвуковую очистку применять
не рекомендуется.
2. По прочности связи пленки загрязнения с очищаемой поверхностью. По
этому признаку подбирают необходимую интенсивность ультразвука и
продолжительность его воздействия. 3. По химическому взаимодействию
загрязнения с моющей жидкостью, что позволяет определить возможность
растворения загрязнений в моющих растворах.
В качестве примера можно привести загрязнения типа полировочной пасты -
кавитационно нестойкой и химически взаимодействующей с водными
растворами. Для ультразвуковой очистки такого типа загрязнений успешно
применяют водные щелочные растворы с добавкой поверхностно-активных
веществ. Использование водных растворов позволяет формировать
кавитационную область с более высокой эрозионной активностью, чем в
органических растворителях.
Для удаления жировых загрязнений, шлифовальных суспензий, содержащих
масла, используют органические растворители (бензол, трихлорэтилен и
др.). Наибольший интерес представляют фреоновые композиции на основе
фреона-112 и фреона-114В-2, обладающие высокой растворяющей
способностью, низкой токсичностью, взрывобезопасностью и возможностью
регенерации.
Для удаления поверхностных пленок, прочно связанных с деталью,
используют повышенное гидростатическое давление, создаваемое на
установке типа УЗВД-6, схема и принцип работы которой изложены в
следующей главе.
Важное значение имеет выбор оптимального температурного режима. Для
водных растворов оптимальной является температура 40-50°С. При более
низкой температуре снижается химическая активность раствора, а при более
высокой - повышается упругость пара внутри кавитационной полости, что
приводит к снижению интенсивности кавитационного воздействия. Если
характер загрязнений требует использования органических растворителей,
то для снижения упругости пара растворители рекомендуется охладить до
15-20°С.
В связи с высокой эффективностью процесса
ультразвуковой очистки на многих предприятиях в нашей стране и за
рубежом созданы специальные участки ультразвуковой очистки. Результаты
многочисленных экспериментов широко представлены в отечественной и
зарубежной литературе.
Основным элементом конструкции ультразвуковых технологических устройств
для очистки изделий является ванна. В зависимости от назначения объем
ванн составляет от 0,2 л до сотен литров с потребляемой мощностью от 50
Вт до десятков киловатт. Расположение преобразователей, встроенных в
объем ванны, может быть различным: в дно ванны, в боковые стенки либо
сверху и снизу относительно очищаемого объекта.
Для обеспечения оптимальных режимов очистки используют фильтрацию и
регенерацию моющего раствора.
Рис. 14.3. Схема механизированной установки для
ультразвуковой очисткидеталей: 1 - корпус ванны; 2 - загрузочные барабаны; 3
- термодатчикн; 4 - преобразователи ПМС-6; 5 - насос для перекачки
раствора; 6 - электродвигатель для вращения барабанов
В ультразвуковых малогабаритных ваннах настольного
типа УЗВ-0,1; УЗВ-0,25; УЗУ-0,4 источником колебаний служат
пьезоэлектрические преобразователи типа ЦТС. В установках УЗВ-15М; 16М;
17М; 18М, применяемых для производственных целей серии, источником
колебаний являются магнитострикционные преобразователи ПМС-бМ.
На рис. 14.3 показаны схемы механизированной ультразвуковой ванны УЗВМ-З.
В дно ванны встроен преобразователь ПМС-38 с равномерно распределенным
полем. В конструкции ванны предусмотрены фильтрация и циркуляция
раствора, а также привод для вращения сетчатых барабанов, в которые
помещаются детали, подлежащие очистке.
Рассмотрим результаты экспериментальных исследований по. ультразвуковой
очистке образцов стали от жировых и механических загрязнений. Кинетика
удаления поверхностных пленок загрязнений производилась на образцах
толщиной 0,35 мм и диаметром 85 мм. В качестве моющей жидкости
использовали водный раствор, состоящий из 20-30 г/л тринатрийфосфата, 10
г/л углекислого натрия и 3 г/л поверхностно-активного вещества [17].
В процессе проведения экспериментов применяли различные способы очистки
(рис. 14.4): в указанном растворе без ультразвука и без дополнительного
введения воздуха (кривая /); в том же растворе, но с введением воздуха
(кривая 2); в таком же растворе с введением воздуха и с введением
ультразвуковых колебаний (кривая <?); очистка при избыточном
гидростатическом давлении в 3- 4 ат (кривая 4).
Рис. 14.4. Очистка образцов стали от жировых и
механических загрязнений
Анализ полученных данных показывает, что введение в
раствор газа повышает скорость очистки за счет лучшего обмена раствора
на очищаемой поверхности и механического разрушения пленки газовыми
пузырьками. Однако следует отметить, что при чрезмерном повышении
содержания газа эрозионная активность жидкости снижается, несмотря на
происходящий в жидкости процесс дегазации. Поэтому расход газа
необходимо строго регулировать. При проведении данного эксперимента
расход воздуха составлял 1,5 л/мин.
Как видно по ходу кривых, введение ультразвуковых колебаний при всех
вариантах значительно повышает эффективность очистки.Характерно, что наибольшая скорость очистки приходится на первые
5-10 с. Прежде всего очищается участок образца, находящийся над
центральной частью излучателя, где амплитуда колебаний наибольшая. Затем
постепенно происходит очистка остальной поверхности образца.
Первыми в отечественной и зарубежной практике в
промышленных условиях были внедрены мощные ультразвуковые линии очистки
полосы трансформаторной стали в потоке при скорости движения 100-150
м/мин.
В процессе прокатки из-за высокого давления на поверхности стали
образуется тончайшая пленка, состоящая из остатков шлама после
травления, технологических смазок и других загрязнений. Удаление жировых
и механических загрязнений перед нанесением термостойких и
электроизоляционных покрытий является весьма актуальной задачей. Высокие
требования к чистоте поверхности трансформаторной стали предъявляются
при изготовлении силовых трансформаторов, генераторов, радиоприборов и
др.
Применение химического обезжиривания и механических методов очистки в
щеточно-моющих машинах не обеспечивает полной очистки поверхности. К
тому же оставшаяся смазка выгорает в печах высокотемпературного отжига и
образующийся углерод диффундирует в сталь, снижая ее электротехнические
свойства.
Ультразвуковые линии внедрены на четырех агрегатах: агрегате
термостойких покрытий, агрегате непрерывного отжига с башенными печами и
на двух агрегатах с горизонтальными печами.
Учитывая, что ультразвуковой очистке предшествует механическая очистка
щеточно-моющими машинами, на агрегате термостойких покрытий было
установлено всего 60 преобразователей ПМС-6 с питанием от 15 генераторов
УЭГ-10 общей мощностью 300 кВт, что оказалось достаточным для полной
очистки поверхности полосы. На других трех агрегатах непрерывного
отжига, где скорость движения полосы выше, установлено по 20
генераторов.
Таким образом, на четырех линиях используют 300 магнито-стрикционных
преобразователей с питанием от 75 ультразвуковых генераторов с общей
потребляемой мощностью 1 500 кВт.
Для бесперебойной работы ультразвуковых линий с высокой концентрацией
акустической энергии и большой потребляемой мощностью построены
специальные генераторные помещения. Предусмотрены системы электропитания
и водоснабжения.
На рис. 14.5 показаны схема расположения преобразователей с двух сторон
полосы при ее вертикальном движении и общий вид агрегата очистки.
Преобразователи собраны в блоки и закреплены на расстоянии 10-15 мм от
поверхности движущейся полосы.
В качестве моющей жидкости использован принятый в технологии завода
водный щелочной раствор, содержащий 20-30 г/л тринатрийфосфата, 10-20
г/л углекислого натрия и 3 г/л поверхностно-активного вещества при
температуре 50-60°С.
Эффективность очистки определялась массовым методом по количеству
остаточных загрязнений на единичной поверхности полосы. Для этой цели
проведены промышленные испытания на 200 рулонах массой 600 т из десяти
плавок стали. Половина рулонов очищалась в водном щелочном растворе без
ультразвука, а вторая половина - при введении в этот раствор
ультразвуковых колебаний.
От середины двух рулонов одной и той же плавки при очистке как обычным
путем без ультразвука, так и с воздействием ультразвука брали образцы до
и после очистки, взвешивали на аналитических весах с точностью до 0,0002
г, что позволило определить количество снятых загрязнений. Затем после
тщательной очистки образцов в лабораторных условиях определяли
количество остаточных загрязнений.
Анализ результатов многократных исследований показал, что средняя масса
остаточных загрязнений при химической очистке без ультразвука составляет
209 мг/м2, а при воздействии ультразвука в том же растворе снижается до
102 мг/м2.
Такое снижение поверхностных загрязнений существенно сказывается на
электромагнитных свойствах трансформаторной стали, которые оценивались
по магнитной индукции и по удельным потерям мощности при перемагничении.
Наиболее важным показателем является технологический эффект. Выход
высшей марки Э-ЗЗОА при обычной технологии составил 52,2%
Рис. 14.5. Расположение блоков преобразователей
относительно движущейся полосы стали (а) и вид сверху ультразвуковой
линии очистки на НЛМЗ {б) : 1 - блок преобразователей; 2 - полоса стали
от объема выпускаемой трансформаторной стали, а
с воздействием ультразвука выход повышается до 72,3%. Экономический
эффект превысил миллион рублей в год.
На машиностроительных предприятиях высокие требования предъявляется и к
чистоте поверхности крупногабаритных деталей. Появилась необходимость в
разработке ультразвуковых методов, обеспечивающих высокое качество
очистки от жировых и механических загрязнений. Существующие способы
очистки механическими щетками с пневматическим трубопроводом не
обеспечивают требуемого качества и являются весьма трудоемкими.
Очистку крупногабаритных деталей производят в ванне соответствующего
размера в моющем растворе, состоящем из 30 г/л три-натрийфосфата, 3 г/л
ОП-7 при температуре 40-60°С с последующей промывкой в горячей воде и
сушкой. Нагревание растворов и промывочной воды осуществляют паром в
баках емкостью от 4 до 20 м3. Раствор и моющую воду из баков в ванну
подают насосами. Для отсоса паров, образующихся в процессе работы, вдоль
ванны устанавливают раструбы вытяжной вентиляции.
На дне ванны устанавливают направляющие, по которым движется траверса с
ультразвуковыми преобразователями, двигателем и редуктором. Скорость
движения траверсы в зависимости от степени загрязненности деталей может
регулироваться в пределах от 0,1 до 7 м/мин с помощью
автотрансформатора, установленного на пульте управления.
На данной установке используют ультразвуковой блок, состоящий из десяти
преобразователей специальной конструкции, установленных на подвижной
траверсе. Питание всех преобразователей осуществляют от двух генераторов
типа УЗГ-10М. Зазор между поверхностью обрабатываемых деталей и
поверхностью преобразователей может колебаться в пределах 10-50 мм. Для
обеспечения равномерного распределения интенсивностей на больших
площадях во всей зоне обработки используют преобразователи с низкой
добротностью и высоким электроакустическим к. п. д. При разработке
конструкции преобразователей применена согласующая осесимметричная
оболочка.
Рис. 14.6. Отслоение оксидной пленки
кавитанионными и водородными пузырьками (кинограмма)
которые предлагает
к использованию ООО "Матрица-продакшин Плюс" собственного производства
г. Саратов с доставкой в регионы по всей РФ и СНГ, купить можете
здесь...
Наша фирма предлагает к рассмотрению несколько
сертифицированных
составов моющих жидкостей и моющих и чистящих средств, условно
поделенных на группы по показателю pH:
кислотные, нейтральные, щелочные, серии "Фаворит"
различных по свойствам и области применения. Купить данные средства Вы
можете на нашем сайте: www.matrixplus.ru
1. Кислотные средства
1.1.
"Фаворит К Ультра Green",
представляет собой суперконцентрированную пасту зеленого цвета с
приятным запахом. При работе с концентратами не требуется защита
персонала. pH- 1,0-2,0, расход 50-200
грамм на 10 литров воды. Многократность применяемых растворов.
Область применения: очистка благородных металлов, черных
металлов, очистка от ржавчины, карбоновых, оксидных, солевых,
минеральных отложений и загрязнений.
1.2.
"Фаворит К Ультра White"
представляет собой суперконцентрированную пасту белого цвета с
приятным запахом. При работе с концентратами не требуется защита
персонала. pH- 1,0-2,0, расход 50-200
грамм на 10 литров воды. Многократность применяемых растворов.
Область применения: очистка благородных металлов, черных
металлов, цветных серебра, металлов таких как меди, бронзы,
латуни, а так же для очистки деталей от карбоновых,
оксидных, солевых, минеральных отложений и загрязнений. Очистка
ювелирных изделий.
1.3.
"Фаворит К Ультра
Yellow" представляет собой суперконцентрированную
пасту желтого цвета с приятным запахом. При работе с
концентратами не требуется защита персонала.
pH- 1,0-2,0, расход 50-200 грамм на 10 литров воды.
Многократность применяемых растворов. Область применения:
очистка благородных металлов, черных металлов, цветных металлов
таких как меди, бронзы, латуни, а так же для очистки деталей от
карбоновых, оксидных, солевых, минеральных отложений и
загрязнений. Очистка ювелирных изделий.
2. Слабощелочные средства:
2.1.
"Фаворит Ультра" представляет
собой суперконцентрированную гелеобразную прозрачную жидкость с
приятным запахом. Не требуется защита рук. pH
9.0-10.0. Расход средства 50-300 грамм на 10 литров воды.
Область применения: очистка, смоляных, карбоновых, мазутных,
эксплуатационных, оксидных и других загрязнений как
исскуственного, так и природного происхождения. Очистка форсунок
инжекторов, карбюраторов, поршней, деталей автомобилей,
картриджей струйных принтеров, печатных плат, электрических
контактов, радиоэлементов и компонентов, ювелирных изделий.
3. Щелочные средства:
3.1.
"Фаворит Ультра Red"
представляет собой суперконцентрированную гелеобразную розовую
жидкость с приятным запахом. Требуется защита рук!
pH-12.0-14.0.
Расход средства 50-300 грамм на 10 литров воды. Область
применения: очистка, смоляных, карбоновых, мазутных,
эксплуатационных, оксидных и других загрязнений как
исскуственного, так и природного происхождения. Очистка форсунок
инжекторов, карбюраторов, поршней, деталей автомобилей,
картриджей струйных принтеров, печатных плат, электрических
контактов, радиоэлементов и компонентов, ювелирных изделий.
Обладает более сильным очищающим эффектом чем "Фаворит Ультра",
применяется для очистки алюминиевых изделий и сплавов.
4. Тестовые жидкости:
4.1.
"Фаворит Тест", представляет собой
смесь органических растворителей, ПАВ, и полезных добавок,
предназначена для тестирования форсунок инжекторов на
производительность до и после промывки форсунок на стендах.
Применяется для окончательной промывки форсунок инжекторов после
очистки форсунок в ультразвуковой ванне. Обладает дополнительным
очищающим эффектом.
Более подробную информацию по применению данных
моющих средств смотри в меню слева по рекомендуемым рубрикам, или по
следующим ссылкам: