Ультразвук обладает таким многофакторным влиянием, что применение ультразвуковых колебаний позволяет существенно ускорить любой из перечисленных способов очистки и повысить ее качество: переменное давление, колебания частиц жидкости и вторичные акустические явления – «звуковой ветер», ударные волны, кавитация и ультразвуковой капиллярный эффект.

Первостепенную энергетическую роль при этом играет кавитация . При захлопывании кавитационных пузырьков образуются кумулятивные микроструйки жидкости, скорость которых достигает сотен метров в секунду, направленные к очищаемой поверхности. Под действием ударных волн и высокоскоростных микроструек происходит интенсивное разрушение пленки загрязнений (твердой или жидкой) и ее отделение от поверхности. Кавитация обеспечивает интенсивное ультразвуковое эмульгирование жидких и ультразвуковое диспергирование отделившихся твердых частиц загрязнений.

За счет акустических течений обеспечивается удаление из пограничного слоя растворившихся или разрушенных под действием кавитации загрязнений в объем жидкости. Особенно большую роль играют акустические течения при удалении растворимых загрязнений.

Эффективность очистки увеличивается по мере приближения обрабатываемой поверхности к излучателю. Однако приближать изделия к излучателю на расстояние менее 1–2 мм нецелесообразно, так как при малых зазорах между излучателем и обрабатываемой поверхностью ухудшаются условия удаления загрязнений из пограничного слоя и уменьшается активность кавитации вследствие изменения схемы захлопывания кавитационных пузырьков. При малых зазорах кумулятивная струйка действует параллельно очищаемой поверхности и не производит необходимого очищающего действия.

Преимуществом ультразвуковой очистки является не только возможность достичь качественной очистки контролируемой поверхности от самых разнообразных загрязнений, но и удалить загрязнения из полости капиллярного дефекта. Наиболее эффективно применение ультразвука в режиме, обеспечивающем проявление ультразвукового капиллярного эффекта . При этом тупиковые капилляры заполняются реагентом на большую глубину и с большей скоростью. Существенно ускоряется диффузионное перемещение растворенного газа к устью дефекта; растворение загрязнений, имеющихся в полости дефекта; диффузионное перемещение загрязнений к его устью. В результате ускоряется процесс заполнения полостей дефектов в целом и увеличивается глубина проникновения рабочих жидкостей в тупиковые капиллярные каналы.

Применение ультразвука при очистке позволяет значительно повысить качество контроля. При этом несплошности очищаются на достаточную глубину не только от жидкостей, но и таких труднорастворимых загрязнений, как полировальные пасты. В результате число выявленных следов приближается к общему числу принятых во внимание дефектов. Использование в качестве моющих жидкостей воды и водных растворов глицерина и диспергирующего вещества при очистке в ультразвуковом поле дает больший эффект, чем применение таких растворителей, как ацетон и бензин. Это обусловлено большей активностью акустической кавитации в воде и водных растворах, чем в ацетоне и бензине. Применение ультразвука позволяет решить проблемы замены пожаро-, взрыво-, экологически опасных для человека и окружающей среды дефектоскопических материалов на воду и водные растворы.

Анодно-ультразвуковая очистка является наиболее эффективным способом подготовки изделий к контролю. Она обеспечивает удаление с поверхности изделий и из полостей дефектов твердых и высоковязких загрязнений, а также оксидных пленок без применения травильных составов. После очистки нейтрализуют следы очищающих жидкостей, изделия промывают водой и сушат. Скорость такой обработки в 2,5–4 раза выше, чем электролитической.

Анодно-ультразвуковую очистку осуществляют в ультразвуковых ваннах. Составы электролитов и режимы обработки выбирают в зависимости от плотности и толщины слоя загрязнений. Промывку изделий после обработки выполняют путем их многократного погружения в ванны с горячей, а затем с холодной проточной водой. Продолжительность промывки в каждой ванне 0,5–1 мин.

Составы электролитов и режимы анодно-ультразвуковой очистки изделий из хромоникелевых сталей и сплавов:

Увеличение частоты ультразвуковых колебаний приводит к сокращению времени роста и уменьшению максимального радиуса кавитационной полости, что способствует повышению давления парогазовой смеси в пузырьке к началу захлопывания и уменьшает интенсивность ударных микроволн. Кроме того, с ростом частоты колебаний возрастает поглощение акустической энергии. Снижение частоты колебаний приводит к резкому возрастанию шума установок, а также к увеличению резонансных размеров излучателя. Большинство установок для ультразвуковой очистки работает в диапазоне частот 18...44 кГц.

Существует предельное значение интенсивности колебаний, превышение которого приводит к увеличению амплитудного значения давления, и кавитационный пузырек вырождается в пульсирующий. Кроме того, при большой интенсивности происходит экранирование ультразвукового поля кавитационным облаком вблизи излучателя, что увеличивает расход энергии. Интервал интенсивностей колебаний при ультразвуковой очистке составляет 0,5... 10 Вт/см 2 .

Технология ультразвуковой очистки

Весь технологический процесс ультразвуковой очистки включает операции, предшествующие звуковой очистке, непосредственно ультразвуковую очистку и операции, следующие за очисткой.

Подготовку загрязненной поверхности к ультразвуковой очистке осуществляют путем замачивания деталей в воде, моющем растворе или органических растворителях. Это позволяет сиять с деталей основное количество загрязнений и сократить время их последующей ультразвуковой очистки в 2...4 раза. Для замачивания деталей, загрязненных доводочными пастами, рекомендуется применять ацетон, фреон, бензин, керосин. Однако при наличии в составе загрязнений жирных кислот и парафинов замачивание деталей в лсгколстучих растворителях нецелесообразно. Эти растворители, вымывая лсгкорастворимыс жидкие компоненты пасты, засушивают и уплотняют загрязнения, что значительно затрудняет процесс их последующей ультразвуковой очистки. Для мелких деталей со слабосвязанными загрязнениями замочку перед их ультразвуковой очисткой вообще нс рекомендуется проводить.

Оптимальный режим очистки зависит от характера загрязнений, состава и температуры моющего раствора, материала и состояния поверхности деталей, метода очистки и интенсивности ультразвука. Выбор метода очистки определяется конструкцией детали или сборочной единицы, а также требованиями к состоянию их поверхностей. К числу наиболее распространенных методов ультразвуковой очистки относится метод погружения, введением излучателя в полость очистки, контактный и непрерывно-последовательный. Очистка может выполняться как при нормальном, так и при повышенном статическом давлении. Для очистки прецизионных деталей, имеющих высокоточные поверхности с малой шероховатостью, применение повышенного статического давления не рекомендуется, так как может происходить кавитационная эрозия доведенных поверхностей.

При очистке методом погружения мелкие детали помещают в сетчатые корзины или барабаны и погружают в ультразвуковую ванну, располагая их как можно ближе к поверхности излучателей, т.е. в зоне наибольшей активности ультразвука. С целью обеспечения высококачественной очистки всей поверхности деталей барабаны непрерывно вращаются либо совершают качательные движения в ванне относительно излучателей. В результате детали в процессе очистки непрерывно поворачиваются и все их участки оказываются в зоне ультразвукового воздействия.

Рис. 3.29. Схема механизированной ультразвуковой ванны:

• 1 - преобразователи; 2 - корпус ванны; 3 - загрузочные сетчатые барабаны;
• 4 - привод; 5 - пульт управления

На рис. 3.29 приведена схема механизированной ультразвуковой ванны для очистки мелких деталей с их принудительным перемещением в ультразвуковом поле. В дно ванны встроены преобразователи. Очищаемые детали помещаются в загрузочные сетчатые барабаны, которым от привода сообщается равномерное вращательное движение. Кроме того, в конструкции ванны предусмотрены системы циркуляции и фильтрации моющего раствора, а также пульт управления.

При выборе условий ультразвуковой очистки необходимо иметь в виду, что при кавитационном воздействии на деталь может возникнуть нежелательное явление - эрозия прецизионных поверхностей. Следует подчеркнуть, что процесс эрозии деталей в ультразвуковом поле наступает через определенный промежуток времени. Дело в том, что в начальный период при захлопывании кавитационных пузырьков происходит пластическое деформирование поверхности детали, что даже улучшает ее эксплуатационные показатели. Однако в дальнейшем при многократном воздействии кавитационных пузырьков появляются усталостные микротрещины, приводящие к отрыву части металла. Отсюда следует, что при ультразвуковой очистке прецизионных деталей сложной конфигу-

Рис. 3.30. Устройство для очистки глубоких отверстий:

1 - волновод; 2 - диафрагма; 3 - магнитострикционный преобразователь; 4 - корпус; 5 - штуцер для подачи моющего раствора; 6 - рукоятка; 7 - курок-выключатель

рации необходимо реализовать условия, при которых время очистки всех поверхностей детали было бы значительно меньше времени начала кавитационной эрозии поверхностей деталей, расположенных у излучателя.

Метод очистки детали введением излучателей в зону обработки применяется для деталей, имеющих глубокие отверстия, канавки, карманы и другие полости. В этом случае очистка производится специальными волноводами, работающими как с продольными, так и с изгибными колебаниями. Колебательные системы с продольными колебаниями целесообразно применять в тех случаях, когда глубина отверстия или полости не превышает четверти длины волны в излучателе. В случаях очистки более глубоких отверстий используются излучатели с изгибно-колеблющейся трубкой, длина которой может достигать 10...20 длин волн изгибных колебаний. Для очистки внутренних поверхностей цилиндров большого диаметра могут применяться погружные устройства, в которых используются радиальные колебания полых излучателей. Применение излучателей указанных типов позволяет значительно ускорять процесс очистки деталей сложной конфигурации, а в ряде случаев является единственным методом высококачественной очистки.

Например, для очистки глубоких отверстий малого диаметра (от 4 до 8 мм), а также локальной очистки отдельных деталей применяются специальные ручные ультразвуковые головки (рис. 3.30). В очищаемое отверстие вводится трубчатый волновод, в котором возбуждаются изгибные колебания от магнитострикционного преобразователя. С помощью диафрагмы акустическая система прикрепляется к корпусу с рукояткой. В этом случае преобразователь охлаждается непосредственно моющим раствором, поступающим

Рис. 3.31. Схема установки для ультразвуковой очистки внутренних полостей труб:

1 - преобразователь; 2 - полуволновая опора; 3 - труба; 4 - инструмент; 5 - ультразвуковой концентратор

через штуцер и выходящим через трубчатый волновод в зону очистки. В рукоятке установлен курок-выключатель.

Контактный метод целесообразно применять для очистки внутренних полостей тонкостенных изделий, доступ к которым ограничен или затруднен. В этом случае ультразвуковые колебания передаются стейкам очищаемых изделий и уже они работают как излучатель ультразвука. Источником колебаний служит маг- иитострикциоппый преобразователь большой мощности (4 кВт). Труба с помощью пневматического привода зажимается между цилиндрическим волноводом и полуволновой опорой, образуя резонансную акустическую систему (рис. 3.31). Труба постепенно перемещается в осевом направлении, а во внутреннюю ее полость насосом подается моющий раствор. В тех случаях, когда необходимо очистить одновременно и наружную поверхность, трубу помещают в ванну с моющим раствором. Для очистки длинных труб применяются кольцевые излучатели, в которых заготовки соосно перемещаются.

При использовании контактного метода для очистки прецизионных деталей необходимо иметь в виду следующие обстоятельства:

П контакт с излучателем прецизионной поверхности детали может вызвать ее повреждение;

Возбуждение в детали знакопеременных напряжений может вызвать ухудшение ее геометрической формы.

Таким образом, применение контактного метода можно рекомендовать с учетом отмеченных выше положений.

Для ультразвуковой очистки крупногабаритных деталей, а также движущихся заготовок целесообразно применять непрерывно- последовательный метод, при котором очищаемое изделие перемещается над поверхностью излучателя. Следует подчеркнуть, что этот метод отличается высокой производительностью и степенью автоматизации. Именно поэтому он широко применяется па крупных металлургических предприятиях в условиях непрерывной работы производства.

На рис. 3.32 приведена схема ультразвуковой ванны для очистки стальной полосы при поточном производстве. В этом случае полоса стали шириной более 1 м, движущаяся в потоке со скоростью 100... 150 м/мин, проходит через ультразвуковую ванну, заполненную моющим щелочным раствором. При вертикальном движении полосы в ванне с двух сторон от нес на расстоянии

10... 15 мм установлены блоки с магпитострикционпыми преобразователями общей мощностью 300 кВт.

После выполнения операции ультразвуковой очистки необходимо удалить остатки моющего раствора и затем подготовить детали к межоперациоппому или складскому храпению. Требования к состоянию поверхности детали определяются особенностями операций, следующих за очисткой, а также условиями и длительностью хранения. Как правило, заключительные операции включают удаление остатков моющего раствора, пассивацию и сушку деталей.

Рис. 3.32. Схема ультразвуковой ванны для очистки стальной полосы: 1 - движущая полоса стали; 2 - блоки с преобразователями; 3 - ванна со щелочным раствором

Рис. 3.33. Ультразвуковая мойка тина U-1000: а - схема; б - общий вид; 1 - контроллер мойки; 2 - верхнее устройство для выделения осадка; 3 - отстойник; 4 - устройство выпуска осадка; 5 - ультразвуковые излучатели; 6 - устройство слива осадка; 7 - насос для ополаскивания; 8 - нагревательные элементы; 9 - корпус ванны; 10 - элементы, регулирующие смывание

На рис. 3.33 приведены схема и общий вид ультразвуковой мойки типа U-1000 фирмы Ultron (Республика Польша).

Мойка типа U-1000 включает: систему для смывания верхнего слоя; устройство для осадки жира; устройство для осадки ила; микропроцессорный контроллер; тепловую и акустическую изоляцию.

За счет этого обеспечивается:

• ? эффективное отделение загрязнений;
• ? эффективное использование моющих средств;
• ? возможность приспособления к технологической линии;
• ? фильтрование жидкости.

К особенностям конструкции мойки типа U-1000 относятся (рис. 3.33, б):

• ? специальная крышка емкости, обеспечивающая минимальную потерю тепла;
• ? пневматический привод для легкого открывания и закрывания крышки;
• ? насос закрытого цикла, размещенный снаружи для легкого доступа при чистке и деаэрировании;
• ? система для отвода сжиженной жидкости в моечную камеру, позволяющая сохранить чистоту на месте работы мойки;
• ? контроллер, позволяющий одновременно заменять таймер и термостат, а также плавно регулировать время работы мойки

и температуру нагрева. Контроллер дает возможность настройки пульсирующего режима работы. Пульсирующий режим работы (примерно 1,0 работы ультразвука и 0,2 перерыва) облегчает удаление газа из раствора и скорейшую осадку загрязнений. Во время перерыва газовые пузырьки могут свободно удалиться из раствора, поднимаясь вверх, а загрязнения свободно опускаются на дно;

Спускные клапаны в нижней части емкости для тщательного удаления ила и других загрязнений.

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.

— это способ очистки поверхности твердых тел в моечном растворе, в который вводятся ультразвуковые колебания.

Введение ультразвука позволяет не только ускорить процесс очистки, но и получить высокую степень очистки поверхности, а также уменьшить объем ручного труда и отказаться от пожароопасных или токсичных растворителей.

Принцип ультразвуковой очистки

Очистка происходит за счет совместного действия различных нелинейных эффектов, возникающих в жидкости под действием мощных ультразвуковых колебаний. Эти эффекты: кавитация, акустические течения, звуковое давление и звукокапиллярный эффект, среди которых кавитация играет решающую роль. Кавитационные пузырьки, пульсируя и захлопуючись вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как кавитационная эрозия.

Основные виды загрязнений, которые удаляются в процессе ультразвуковой очистки, можно объединить в четыре группы:

• твердые и жидкие пленки — разные масла, смазки, жиры, пасты и тому подобное;
• твердый осадок — частицы металла или абразива, пыль нагар, водорастворимые неорганические соединения (накипь, флюсы) и водорастворимые или частично растворимые органические соединения (соли, сахар, крахмал, белок и т.п.);
• продукты коррозии — ржавчина, окалина и тому подобное;
• защитные покрытия, покрытия для консервации и защиты — эмали, смолы и тому подобное.

Технология ультразвуковой очистки

С точки зрения ультразвуковой очистки загрязнения различаются по трем признакам:

• кавитационной стойкостью, то есть способностью выдерживать микроударни нагрузки;
• прочностью связи с очищаемой поверхностью, устойчивостью к отслоению;
• степенью взаимодействия с моечной жидкостью, то есть по степени способности этой жидкости растворять или эмульгировать загрязнения.

Ультразвуковая очистка не следует применять, когда кавитационная стойкость очищаемой поверхности меньше устойчивость загрязнения. Например, при удалении при хорошем пленок из алюминиевых деталей существует большая вероятность разрушения самих деталей.

Кавитационно стойкие загрязнения хорошо поддаются ультразвуковом очистке только если они слабо связаны с поверхностью или взаимодействуют с моющим раствором. Такие жировые загрязнения, хорошо отмываются в слабощелочных растворах. Покрытие из лака или краски, окалина, окислительные пленки обычно кавитационной устойчивые и хорошо связаны с поверхностью. Для ультразвуковой очистки от таких загрязнений нужны достаточно агрессивные растворы, так как здесь возможно воздействие только за три из перечисленных признаков.

Кавитационно неустойчивые загрязнения (пыль, пористая органика, продукты коррозии) относительно легко удаляются даже без применения специальных растворов.

В зависимости от вида загрязнений целесообразно использовать следующие значения интенсивности:

• до 1-3 Вт / см — для загрязнений, для загрязнений, легко удаляются (масляных и жировых при механической обработке изделий, растворимых в моечной жидкости осадков, флюсов и т.п.);
• от 3 до 10 Вт / см — для загрязнений типа полировальных и притирочных паст, завернутых при обработке давлением физических загрязнений и масел, полимерных масел и т.д.;
• более 10 Вт / см — для загрязнений, трудно удаляются (лаковых пленок, травильных шламов и т.д.).

Для очистки длинных каналов малого диаметра используется высоко-амплитудное очистки колебаниями с интенсивностью до 100 Вт / см.

Использование

Ультразвуковая очистка используется очень давно и хорошо зарекомендовало себя во многих отраслях промышленности, таких как:

• машиностроения — до и после обработки деталей и узлов, перед консервацией и после расконсервации деталей, после сварки, шлифовки, полировки, для устранения оксидных пленок, снятия заусенцев с деталей;
• приборостроение — мойка и полировка оптики, деталей точной механики, интегральных схем и печатных плат;
• медицина — мойка и полировка оптики, стерилизация и очистка хирургических инструментов, ампул, в стоматологии и фармацевтической промышленности;
• ювелирная промышленность — очистка ювелирных изделий после обработки;
• отрасль переработки и использования полимеров — очистка фильер и тому подобное.

Моющие жидкости

Для ультразвуковой очистки важен правильный подбор моющего раствора, с тем чтобы он эффективно растворял или емульгував загрязняющие вещества, при этом по возможности не влияя на саму очищаемую поверхность. Последнее обстоятельство особенно важно, так как ультразвук обычно значительно ускоряет физико-химические процессы в жидкостях, и агрессивная моечная вещество может быстро повредить поверхность.

При ультразвуковом очистке как моечную жидкость применяют простую воду, а также и водные растворы моющих средств и органические растворители. Выбор средства определяется видом загрязнений и свойствами очищаемой поверхности.

При использовании органических растворителей (бензин Б-70, фреон-113, четыреххлористый углерод, трихлорэтилен, ацетон, дихлорэтан и т.д.) эффективно очищают поверхности деталей от полировальных паст, масел (минеральных, растительных и животных), вазелина, парафина, гудрона. Они не вызывают коррозии металла. Имея малый поверхностное натяжение, легко проникают в отверстия и щели и растворяют в них загрязнения.

Широкое применение для ультразвуковой очистки нашли фреоны. Это обусловлено их высокой растворяющей способностью, незначительной токсичностью, негорючесть и возможностью легкой регенерации.

Широкое применение в ультразвуковых установках нашли также и различные щелочные растворы. Их используют для обезжиривания деталей, очистки от смазки, полировальных паст, металлической пыли, абразивов и тому подобное.

Оснащение для ультразвуковой очистки

Для ультразвуковой очистки необходима емкость с моющим раствором и источник механических колебаний ультразвуковой частоты, носит назу «ультразвуковой излучатель». Как излучатель может использоваться поверхность ультразвукового преобразователя, корпус емкости и даже сама деталь, очищается. В последних случаях ультразвуковой преобразователь крепится, соответственно, к корпусу или к детали.

Ультразвуковой преобразователь преобразует электрические колебания, которые подаются на него в механические такой же частоты. В большинстве установок используются частоты от 18 до 44 кГц с интенсивностью колебаний от 0,5 до 10 Вт / см. Верхняя граница частотного диапазона обусловлена ​​механизмом образования и разрушения кавитационных пузырьков: при очень большой частоте пузырьки не успевают захлопываться, что снижает микроударну действие кавитации.

Преобразователи могут быть магнитострикционные или пьезокерамические. Первые отличаются большими размерами и массой, значительно ниже КПД, однако позволяют достигать большой мощности до нескольких киловатт. Пьезокерамические преобразователи является компактными, легкими, экономичными, но мощность их, как правило, не так велика — до нескольких сотен ватт. Такая мощность, впрочем, достаточно для абсолютного большинства приложений, учитывая, что в крупных установках используются сразу несколько излучателей.

Самыми известными устройствами являются ультразвуковые ванны, установки, специально предназначенные для ультразвуковой очистки. Преобразователи в таких ваннах обычно или встраиваются в отверстия в корпусе, или крепятся к корпусу, делая его излучателем, или помещаются внутрь в виде отдельных модулей. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки.

Отдельные модули ультразвуковых преобразователей (излучателей) могут встраиваться в технологические линии, где требуется быстрое и качественное очищение. Так, например, поступают при непрерывном очистке металлического проката и проволоки на различных стадиях их производства и использования.