Ультразвуковая очистка
Ультразвуковая очистка — это процесс, в котором используется ультразвук (обычно от 20 до 40 кГц ) для перемешивания жидкости с очищающим эффектом. Ультразвуковые очистители бывают разных размеров: от небольших настольных устройств с внутренним объемом менее 0,5 литра (0,13 галлона США) до крупных промышленных агрегатов с объемом около 1000 литров (260 галлонов США).
Принцип работы ультразвуковой чистящей машины заключается в преобразовании звуковой энергии источника ультразвуковой частоты в механическую вибрацию через преобразователь. Вибрация, создаваемая ультразвуковой волной, передается чистящей жидкости через стенку чистящего бака, так что микропузырьки в жидкости в баке могут продолжать вибрировать под действием звуковой волны, разрушая и отделяя грязную адсорбцию на поверхности. объекта.
В зависимости от очищаемого объекта процесс может быть очень быстрым: полная очистка загрязненного предмета займет несколько минут. В других случаях очистка может быть медленнее и превышать 30 минут. [1]
Ультразвуковые очистители используются для очистки множества различных типов объектов, включая промышленные детали, ювелирные изделия , научные образцы, линзы и другие оптические детали, часы , стоматологические и хирургические инструменты , инструменты , монеты , авторучки , клюшки для гольфа , рыболовные катушки , оконные жалюзи , огнестрельного оружия компоненты , автомобильные топливные форсунки , музыкальные инструменты, граммофонные пластинки , детали промышленного оборудования и электронного оборудования, оптические линзы и т. д. Они используются во многих ювелирных мастерских, часовых мастерских, мастерских по ремонту электроники, [2] и научные лаборатории.
История
[ редактировать ]Ультразвуковая очистка используется в промышленности уже несколько десятилетий. [ когда? ] особенно для очистки деталей сложной формы и/или имеющих небольшие замысловатые отверстия/галереи, а также для ускорения процессов обработки поверхности. [3]
Похоже, что ультразвуковые очистители возникли как естественная эволюция нескольких более ранних изобретений, в которых использовались вибрации для перемешивания и смешивания веществ, и поэтому не существует явного «изобретателя» ультразвуковой очистки. Патент США 2815193 , выданный в декабре 1954 года , является самым ранним зарегистрированным патентом, в котором конкретно используется термин «ультразвуковая очистка», хотя в более ранних патентах упоминается использование ультразвука для «интенсивного перемешивания», «обработки» и «полировки», например США 2651148 .
К середине 1950-х годов в США существовало как минимум три производителя ультразвуковых очистителей и два в Великобритании; а к 1970-м годам ультразвуковые очистители получили широкое распространение для промышленного и бытового использования. [4] [5]
Характеристики процесса
[ редактировать ]Ультразвуковая очистка использует кавитационные пузырьки, создаваемые высокочастотными волнами давления (звуковыми) для перемешивания жидкости. Перемешивание приводит к возникновению высоких сил, воздействующих на загрязнения, прилипающие к таким материалам, как металлы, пластмассы, стекло, резина и керамика. Это действие также проникает в глухие отверстия , трещины и углубления. Цель состоит в том, чтобы тщательно удалить все следы загрязнения, плотно приставшие или въевшиеся на твердые поверхности. воду или другие растворители В зависимости от типа загрязнения и обрабатываемой детали можно использовать . Загрязнения могут включать пыль, грязь, масло, пигменты, ржавчину, жир, водоросли, грибок, бактерии, известковый налет, полировочные составы, флюсы, отпечатки пальцев, сажный воск и антиадгезивы, биологические загрязнения, такие как кровь, и так далее. Ультразвуковая очистка может использоваться для широкого спектра форм, размеров и материалов заготовок и может не требовать разборки детали перед очисткой. [6]
Во время процесса очистки нельзя оставлять предметы на нижней части устройства, поскольку это предотвратит возникновение кавитации на части объекта, не контактирующей с растворителем. [2]
Конструкция и принцип работы
[ редактировать ]В ультразвуковом очистителе очищаемый объект помещается в камеру, содержащую подходящий раствор (водный или органический растворитель, в зависимости от применения). В водные чистящие средства часто добавляют поверхностно-активные вещества (например, стиральный порошок), чтобы растворить неполярные соединения, такие как масла и жиры. Генерирующий ультразвук преобразователь, встроенный в камеру или опущенный в жидкость, создает ультразвуковые волны в жидкости, изменяя размер вместе с электрическим сигналом, колеблющимся на ультразвуковой частоте. Это создает волны сжатия в жидкости резервуара, которые «разрывают» жидкость на части, оставляя после себя многие миллионы микроскопических «пустот»/»частичных вакуумных пузырьков» (кавитация). Эти пузыри схлопываются с огромной энергией; достигаются температуры и давления порядка 5000 К и 135 МПа; [7] [8] однако они настолько малы, что выполняют лишь очистку и удаление поверхностной грязи и загрязнений. Чем выше частота, тем меньше узлов между точками кавитации, что позволяет очистить более сложные детали.
Преобразователи обычно являются пьезоэлектрическими (например, изготовленными из цирконата-титаната свинца (ЦТС), титаната бария и т. д.), но иногда являются магнитострикционными . Часто агрессивные химикаты, используемые в качестве чистящих средств во многих отраслях промышленности, не нужны или используются в гораздо более низких концентрациях при ультразвуковом перемешивании. Ультразвук используется для промышленной очистки, а также во многих медицинских и стоматологических методах и промышленных процессах.
Чистящий раствор
[ редактировать ]В некоторых случаях ультразвуковые очистители можно использовать с простой водой, но в большинстве случаев чистящий раствор используется . Это решение предназначено для максимизации эффективности ультразвуковой очистки. Основным растворителем может быть вода или углеводород (исторически токсичные растворители, такие как четыреххлористый углерод и 1,1,1-трихлорэтан, использовались в промышленности, но постепенно были прекращены. [9] [10] ). Существует несколько рецептур, зависящих от очищаемого предмета и типа загрязнения (например, обезжиривание металла, очистка печатных плат , удаление биологического материала и т. д.).
Снижение поверхностного натяжения увеличивает кавитацию, поэтому раствор обычно содержит хороший смачиватель ( ПАВ ). Водные чистящие растворы содержат моющие средства , смачивающие вещества и другие компоненты, которые оказывают большое влияние на процесс очистки. Правильный состав раствора во многом зависит от очищаемого предмета. При работе с металлами, белками и жирами щелочной особенно рекомендуется использовать моющий раствор. Растворы обычно нагревают, часто около 50–65 °C (122–149 °F), однако в медицинских целях общепринято, что очистка должна проводиться при температуре ниже 45 °C (113 °F), чтобы предотвратить коагуляцию белка , которая может усложнить очистку.
Некоторые ультразвуковые очистители интегрированы с машинами парового обезжиривания , использующими углеводородные чистящие жидкости: три резервуара используются в каскаде. Нижний бак, содержащий грязную жидкость, нагревается, вызывая испарение жидкости. В верхней части машины находится охлаждающий змеевик. Жидкость конденсируется на змеевике и спускается в верхний резервуар. Верхний бак со временем переполняется, и относительно чистая жидкость попадает в рабочий бак, где и происходит очистка. Закупочная цена выше, чем у более простых машин, но в долгосрочной перспективе такие машины могут оказаться более экономичными. Одну и ту же жидкость можно использовать многократно, что сводит к минимуму потери и загрязнение.
Использование
[ редактировать ]Для ультразвуковой очистки подходят большинство твердых, невпитывающих материалов (металлов, пластмасс и т. д.), не подвергающихся химическому воздействию чистящей жидкости. Идеальные материалы для ультразвуковой очистки включают мелкие электронные детали, кабели, стержни, провода и детали, а также предметы из стекла, пластика, алюминия или керамики. [11]
Ультразвуковая чистка не стерилизует очищаемые предметы, поскольку после чистки на предметах остаются споры и вирусы. В медицинских целях стерилизация обычно следует за ультразвуковой очисткой в качестве отдельного этапа. [12]
Промышленные ультразвуковые очистители используются в автомобильной, спортивной, полиграфической, морской, медицинской, фармацевтической, гальванической промышленности, производстве компонентов жестких дисков, машиностроении и оружейной промышленности.
Ультразвуковая очистка используется для удаления загрязнений с промышленного технологического оборудования, такого как трубы и теплообменники.
Ограничения
[ редактировать ]Ультразвуковая очистка широко используется для удаления остатков флюса с паяных плат. Однако некоторые электронные компоненты, особенно устройства MEMS , такие как гироскопы , акселерометры и микрофоны, могут быть повреждены или разрушены из-за вибраций высокой интенсивности, которым они подвергаются во время очистки. Пьезоэлектрические зуммеры могут работать в обратном направлении и создавать напряжение, которое может представлять опасность для их цепей управления.
Безопасность
[ редактировать ]- Ультразвуковые очистители могут производить раздражающий высокочастотный шум, и защита органов слуха . в случае длительного воздействия может потребоваться
- Рекомендуется избегать использования легковоспламеняющихся чистящих растворов, поскольку ультразвуковые очистители повышают температуру, даже если они не оснащены нагревателем. (Некоторые промышленные установки специально сертифицированы как взрывозащищенные .)
- Во время работы устройства контакт с чистящим раствором может привести к термической или химической травме; Ультразвуковое воздействие относительно безвредно для живых тканей, но может вызвать дискомфорт и раздражение кожи. [13]
- Ультразвуковые очистители имеют электрический привод, а это означает, что в случае неисправности существует риск поражения электрическим током, особенно если чистящий раствор вступает в контакт с электрифицированными компонентами.
См. также
[ редактировать ]- Очистка деталей
- Акустическая очистка
- Стиральная машина
- Автоклав
- Макросоник
- обработка ультразвуком
- Галечная отделка
- Вибрационная отделка
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дитц, Эллен Роберта и Раула Бадавинац (2002). Нормы безопасности и инфекционный контроль для стоматологов-гигиенистов . Олбани, Нью-Йорк: Обучение Делмара Томсона. п. 129. ИСБН 0766826600 .
- ^ Перейти обратно: а б Энсмингер, Дейл (2009). Ультразвук: данные, уравнения и их практическое использование, Том 10 . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press (Taylor & Francisco Group). п. 328. ИСБН 978-0-8247-5830-1 .
- ^ Филлион, Р. (июнь 2011 г.). «Применение ультразвуковой очистки теплообменников в промышленном масштабе» (PDF) . Загрязнение и очистка теплообменника .
- ^ Мейсон, Тимоти (май 2015 г.). «Ультразвуковая чистка: историческая перспектива» . Ультразвуковая сонохимия . 29 : 519–523. дои : 10.1016/j.ultsonch.2015.05.004 . ПМИД 26054698 .
- ^ Валь, Пол (март 1970 г.). «Заставьте звуковые волны работать в вашем магазине» . Популярная наука . Проверено 20 декабря 2011 г.
- ^ Роберт Х. Тодд, Делл К. Аллен и Лео Альтинг; Справочное руководство по производственным процессам
- ^ Хенглейн, А.; Гутьеррес, М. (1993). «Сонохимия и сонолюминесценция: эффекты внешнего давления». Дж. Физ. Хим . 97 : 158–162. дои : 10.1021/j100103a027 .
- ^ Азар, Лоуренс (февраль 2009 г.). «Кавитация при ультразвуковой очистке и разрушении клеток» (PDF) . Контролируемая среда.
- ^ Уильям, Брук (февраль 2001 г.). «Уборка по окончании аренды — оптимизация ультразвуковой очистки с помощью растворов» . Проверено 18 ноября 2012 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Мейсон, Тимоти (май 2015 г.). «Ультразвуковая чистка: историческая перспектива» . Ультразвуковая сонохимия . 29 : 519–523. дои : 10.1016/j.ultsonch.2015.05.004 . ПМИД 26054698 .
- ^ Уильямс, Дуглас (1994). Руководство по более чистым технологиям: изменения в процессах очистки и обезжиривания . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США. п. 19. ISBN 9780788114519 .
- ^ Симмерс, Луиза и Карен Симмерс-Нарткер, Шэрон Симмерс-Кобелак (2009). Диверсифицированные медицинские профессии: седьмое издание . Клифтон-Парк, Нью-Йорк: Центр академических ресурсов обучения Делмара Сенгеджа. п. 381. ИСБН 978-1-4180-3021-6 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Руководство по эксплуатации ультразвукового очистителя» (PDF) . Брэнсон . Проверено 2 ноября 2018 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
