Оборудване и препарати за ултразвуково почистване на детайли

Начало > Инструменти, материали > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 7/2024 > 23.10.2024

  • Методът, основаващ се на ефекта на кавитация, генериран от ултразвукови вълни, позволява премахване на замърсявания, греси и др. от повърхността и вътрешната структура на почиствания обект, без това да доведе до увреждането му

  • Машините за ултразвуково почистване са подходящи за употреба с широка гама от материали, включително метали, стъкло, каучук, керамика и някои твърди пластмаси

  • Макар ултразвуковата честота от 40 kHz да е най-разпространена за почистване на детайли, в някои приложения за постигането на оптимални резултати е необходима по-ниска или по-висока честота

 

Tехнологията за ултразвуково почистване намира широко приложение в индустрията, живота и научноизследователската дейност благодарение на възможностите за ефективно, дълбоко и същевременно щадящо отстраняване на замърсявания. Методът, основаващ се на ефекта на кавитация, генериран от ултразвукови вълни, позволява премахване на замърсявания, греси и др. от повърхността и вътрешната структура на почиствания обект, без това да доведе до увреждането му.
В промишлеността използването на машина за ултразвуково почистване подобрява производствената ефективност и качеството на продукцията, намалява използването на химични агенти и редуцира въздействията върху околната среда.

 

Работен принцип

Ултразвуковото почистване е базирано на високочестотни звукови вълни, предавани през течност, които отстраняват замърсяванията от повърхностите на потопените детайли. Високочестотните звукови вълни (обикновено 40 kHz) възбуждат молекулите на използваната за почистване течност и водят до кавитация. Образуващите се микроскопични мехурчета имплодират с такава сила, че отложените по повърхностите на детайлите замърсявания се премахват.
Машините за ултразвуково почистване са подходящи за употреба с широка гама от материали, включително метали, стъкло, каучук, керамика и някои твърди пластмаси. Тези машини са особено ефективни за отстраняване на плътно прилепнали замърсявания от детайли с глухи отвори, пукнатини и вдлъбнатини. Примери за замърсители, които могат да бъдат отстранени чрез ултразвуковата технология, са прах, масло, грес, пигменти, пръстови отпечатъци, полиращи агенти и др.

Детайлите обикновено се поставят в кошница или тава, след което се потапят в резервоара за ултразвуково почистване. В някои случаи детайлите могат да бъдат окачени на решетка, а при частите с глухи отвори може да е от полза употребата на въртяща се кошница в машината за ултразвуково почистване.

Машините за ултразвуково почистване се използват широко в редица индустрии, включително в производството на медицински устройства, автомобилостроенето, авиокосмическия сектор, електронната индустрия, изработката на дентални компоненти и на бижута. Времето, необходимо за ултразвуково почистване, зависи от материала, от който са изработени детайлите, и от замърсяванията, но обикновено процесът продължава от 3 до 6 минути. За някои по-фини компоненти, например електронни, може да е нужна по-голяма продължителност на почистване. По-високите температури спомагат за по-бързото разрушаване на химичните връзки, поради което повечето машини за ултразвуково почистване работят при 60 – 65°C. Трябва да се отбележи, че почистването в ултразвукова вана не стерилизира детайлите. В медицински приложения стерилизацията е следващият етап след ултразвуковото почистване.

 

Компоненти на оборудването

Машините за ултразвуково почистване се състоят от резервоар (вана), генератор и преобразувател. Ваната съдържа почистващия разтвор, в който се потапят замърсените детайли.

Преобразувателят е ключов компонент от оборудването за ултразвуково почистване. Той е устройство, което генерира звук с начална честота от 20 kHz.
Ултразвуковият преобразувател се състои от активен елемент, гръб и излъчваща пластина. Повечето машини за ултразвуково почистване използват за активен елемент пиезокристали, които преобразуват електрическата енергия в ултразвукова енергия. Това се осъществява благодарение на пиезоелектричния ефект, при който кристалите променят формата и размерите си при подаването на електроенергия към тях.

Гърбът на ултразвуковия преобразувател представлява слой плътен материал, който поглъща енергията, излъчваща се от задната страна на пиезокристала.
Излъчващата пластина на ултразвуковия преобразувател функционира като диафрагма, превръщаща ултразвуковата енергия в механични вълни в течността. По този начин, когато пиезокристалът приема импулси електрическа енергия, излъчващата пластина отговаря с ултразвукови вибрации в почистващия разтвор.

Електронният ултразвуков генератор представлява захранване. Той преобразува променливотоковата електрическа енергия от източника, например контакт, до електроенергия, подходяща за енергизиране на преобразувателя при ултразвукова честота. С други думи, ултразвуковият преобразувател изпраща високонапреженови електрически импулси към преобразувателя.

Макар ултразвуковата честота от 40 kHz да е най-разпространена за почистване на детайли, в някои приложения за постигането на оптимални резултати е необходима по-ниска или по-висока честота. Например за по-големи и по-замърсени детайли може да се използва честота от 20 kHz, тъй като при нея се формират по-малко на брой, но по-големи мехурчета. За много малки и фини детайли може да е необходима по-висока честота на ултразвуково почистване до 200 kHz. Като цяло, по-високата честота позволява почистване на по-високо ниво на сложни и деликатни детайли.

 

Видове оборудване

На пазара се предлагат различни видове машини за ултразвуково почистване, всеки от тях предназначен за специфични приложения.
Индустриалните машини за ултразвуково почистване са проектирани за тежки задачи по отстраняване за замърсявания и често се използват в производствена среда.

Те намират приложения и за почистване на медицински инструменти и електронни компоненти. Тези машини обикновено са много по-големи в сравнение с другите модели, което дава възможност за почистване на детайли с големи размери или в големи количества.

Автоматизираните машини са предназначени за експлоатация в индустрии, в които детайлите трябва да бъдат почистени бързо и ефективно. Те могат да бъдат програмирани за почистване на разнообразие от предмети и често се използват в производството на продукти за медицината и стоматологията, както и в хранително-вкусовата промишленост за почистване на прибори и стъклени изделия. Тези машини са оборудвани със станции за автоматично зареждане/разтоварване и дават възможност за непрекъснатост на процеса, което намалява разходите за труд и повишава нивата на производителност.

Настолните машини за ултразвуково почистване са малки и компактни, което ги прави идеално решение за приложения с ограничено пространство. Те са предназначени за отстраняване на замърсявания от по-малки предмети, например хирургични инструменти, оптично лабораторно оборудване, месингови части на часовници, бижута, монети и др. Настолните модели генерират честота между 28 и 40 kHz. Обикновено те са оборудвани с тристепенен превключвател, даващ възможност на операторите да избират между 50, 75 или 100% мощност.

Многостепенните машини за ултразвуково почистване са предназначени за употреба в индустриална среда, в която трябва да бъдат почистени различни видове детайли. Тези машини разполагат с няколко резервоара, всеки с различна функция. Един от тях може да се използва например за изплакване, друг – за почистване, а трети – за сушене. Това позволява подобряване на ефективността, защото детайлите могат безпроблемно да бъдат премествани от един резервоар в друг.

 

Избор на машина

Най-добрата индустриална машина за ултразвуково почистване е тази, способна да премахва лепкави замърсители и да работи продължително независимо от размера на детайлите. Частите могат да бъдат големи, например автомобилни трансмисии, или малки. Поради това първият фактор, който трябва да се отчете при избора на машина, трябва да бъде размерът на резервоара й или капацитетът за почистващ разтвор.

За да бъдат почистени оптимално, детайлите трябва да могат да бъдат напълно потопени в разтвора. В това отношение важен параметър на машините за ултразвуково почистване е тяхната работна дълбочина, която се дефинира като разстоянието между дъното на кошницата, в която се поставят детайлите и повърхността на почистващия разтвор. Трябва да се има предвид също, че кошниците са малко по-малки от вътрешните размери на резервоара.

От теглото на детайлите зависи това дали те ще бъдат почиствани в кошници, ще се потапят от горната страна или ще се разполагат на решетки, вградени в дъното на резервоара. Важно е да се отбележи също, че ваните не бива да бъдат претоварвани, тъй като ефективността спада. Резултатите ще бъдат по-добри, ако се почистват няколко малки партиди вместо една голяма.

Друг фактор с критично значение за ефективността на почистващите машини е качеството на пиезокристалния преобразувател. Поради естеството на формирането на кристалите с времето (обикновено 3 – 6 месеца) ефективността на преобразувателя спада. Това води до съществена промяна в качеството на почистване на ултразвуковата машина. По-нискокачествените машини, които могат да работят добре отначало, демонстрират понижена ефективност на почистване само след 3 – 6 месеца.

Дебелината на стените на резервоара също е индикатор за качеството на машината. Честата експозиция на ултразвукова енергия води до ерозиране на резервоара с времето, като не е изключено и пробиването на дъното му. Признаци за ерозията за сивкав оттенък на неръждаемата стомана и вдлъбнатини по дъното на резервоара. При машините с по-ниско качество се използва неръждаема стомана с по-малка дебелина, която може да се износи само за няколко месеца.

 

Избор на препарат

Изборът на течност за ултразвуково почистване е изключително важен за крайните резултати и безопасността на детайлите.
Съвместимостта на почистващия разтвор както с детайлите, така и с материала, от който е изработен резервоарът, е от критично значение. Някои почистващи разтвори могат да причинят обезцветяване, корозия или други увреждания при контакт с определени материали. Затова е необходимо да се гарантира, че течността за почистване е подходяща за конкретните детайли.

При избора на препарат трябва да се определят специфичните цели, които да се постигнат с почистването. Разтворите варират в зависимост от приложението – ако се почистват медицински устройства например, ще бъде необходим разтвор, който ефективно премахва биологични замърсявания, а при почистването на автомобилни части – препарат, който може да се справи с грес и масло.

Видът на замърсителите също играе съществена роля в определянето на подходящата почистваща течност. За отстраняването на греси, масла, ръжда, биологична материя и други замърсители може да е нужно използването на различни видове почистващи течности. Поради това трябва да се избере разтвор, специално формулиран за конкретния замърсител, който трябва да бъде премахнат.

Важен фактор е и екологичното въздействие на почистващия разтвор. Някои почистващи агенти може да съдържат химикали, които да навредят на околната среда или които изискват прилагането на специални методи за обезвреждане. Когато е възможно, следва да се заложи на екологосъобразни и биоразградими почистващи разтвори.

 

Видове почистващи разтвори

Водата е универсален разтворител, който служи като основа за редица почистващи разтвори. Когато се използва самостоятелно, тя е подходяща за отстраняване на общи замърсявания. От друга страна, базираните на вода разтвори често се смесват с детергенти, сапуни или специализирани почистващи агенти с цел да се подобри ефективността. Почистващите разтвори на водна основа са подходящи за широка гама от материали и детайли, които не са прекомерно замърсени.

Разтворителите са добри в премахването на масло, грес и други неводоразтворими замърсители. Препаратите, базирани на разтворители, се използват широко в индустриална среда и са особено ефективни за почистване на детайли, силно замърсени с масло, смазочни течности и други подобни вещества.
Алкалните почистващи разтвори са предназначени за отстраняване на масла, греси и въглеродни отлагания. Те действат чрез разтваряне и емулгиране на тези химикали, което ги прави по-лесни за елиминиране. Алкалните разтвори се използват широко в автомобилостроенето, производството, когато е необходимо високоефективно почистване.

Минерални отлагания, котлен камък, ръжда и други неорганични замърсявания се разтварят с киселинни почистващи разтвори. Те често се използват за приложения, в които повърхностите са корозирали или са се обезцветили силно. Прилагането им изисква внимание, тъй като може да е необходим специален метод на обезвреждане.

Ензимните разтвори са разпространени в болници и лаборатории. Те могат да разградят биологични замърсители, като белтъчини, кръв и органични отпадъци.
В някои индустриални сектори се използват специализирани почистващи разтвори, подходящи за съответните специфични изисквания. За почистване на електронни компоненти например често се ползва изопропилов алкохол, който се изпарява бързо и не оставя следи. За почистване на бижута, изработени от благородни метали и скъпоценни камъни, също се използват специални разтвори, гарантиращи ефективно, но и безопасно отстраняване на замърсяванията. Биологичните замърсители от хирургични инструменти и медицинско оборудване се премахват с почистващи разтвори от медицински клас.

Предлагат се и специални детергенти за ултразвуково почистване, чиято цел е да подобрят ефекта на кавитация, което улеснява премахването на замърсявания по повърхностите от ултразвуковите вълни. Тези препарати са налични с различни състави, подходящи за разнообразие от замърсители и материали.


Вижте още от Инструменти, материали


Ключови думи: ултразвуково почистване, почистване на детайли, машини за ултразвуково почистване, препарати за ултразвуково почистване



Редактор на статията:

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

Отговорен редактор

• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;


• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;

• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.

Контакт в LinkedIn


Top