Ultrazvukové čištění - Ultrasonic cleaning
Ultrazvukové čištění je proces, který využívá k míchání tekutiny ultrazvuk (obvykle od 20 do 40 kHz ). Ultrazvuk lze použít pouze s vodou, ale použití rozpouštědla vhodného pro předmět, který má být čištěn, a typ přítomného znečištění zvyšuje účinek. Čištění obvykle trvá tři až šest minut, ale může také přesáhnout 20 minut, v závislosti na tom, který předmět je třeba vyčistit.
Ultrazvukové čističe se používají k čištění mnoha různých typů předmětů, včetně šperků , vědeckých vzorků, čoček a dalších optických částí, hodinek , zubních a chirurgických nástrojů , nástrojů , mincí , plnicích per , golfových holí , rybářských navijáků , předokenních rolet , součástí střelných zbraní , vstřikovače paliva do auta , hudební nástroje, gramofonové desky , části průmyslových strojů a elektronická zařízení. Používají se v mnoha klenotnických dílnách, hodinářských provozovnách, dílnách elektronických oprav a vědeckých laboratořích.
Dějiny
Povrchové mechanismy čištění ultrazvukem jsou dobře známy, s mnoha pracemi věnovanými této vědě od doby, kdy se první komerční zařízení pro čištění ultrazvukem objevilo v padesátých letech minulého století, a začalo se používat jako relativně levné domácí spotřebiče asi v roce 1970. Ultrazvukové čištění se průmyslově používá již desítky let , zejména k čištění malých složitých částí a k urychlení procesů povrchové úpravy.
Charakteristiky procesu
Ultrazvukové čištění využívá k míchání kapaliny kavitační bubliny indukované vysokofrekvenčními tlakovými (zvukovými) vlnami. Míchání vytváří vysoké síly na nečistoty ulpívající na substrátech, jako jsou kovy, plasty, sklo, guma a keramika. Tato akce také proniká do slepých děr , trhlin a vybrání. Záměrem je důkladně odstranit všechny stopy znečištění těsně přiléhající nebo zapuštěné na pevné povrchy. V závislosti na druhu znečištění a obrobku lze použít vodu nebo rozpouštědla . Kontaminující látky mohou zahrnovat prach, špínu, olej, pigmenty, rez, mastnotu, řasy, houby, bakterie, vodní kámen, lešticí prostředky, tavidla, otisky prstů, sazí a činidla uvolňující plísně, biologickou krev jako krev atd. Ultrazvukové čištění lze použít pro širokou škálu tvarů, velikostí a materiálů obrobků a nemusí vyžadovat demontáž součásti před čištěním.
Předměty nesmí během procesu čištění spočívat na dně zařízení, protože to zabrání kavitaci na části předmětu, který není v kontaktu s rozpouštědlem.
Princip konstrukce a fungování
V ultrazvukové čističce je předmět, který má být čištěn, umístěn do komory obsahující vhodný roztok (ve vodném nebo organickém rozpouštědle, v závislosti na aplikaci). Do vodných čisticích prostředků se často přidávají povrchově aktivní látky (např. Prací prášek), aby se umožnilo rozpouštění nepolárních sloučenin, jako jsou oleje a tuky. Ultrazvuk generující měnič zabudovaný do komory nebo spuštěný do tekutiny vytváří ultrazvukové vlny v kapalině změnou velikosti v souladu s elektrickým signálem oscilujícím na ultrazvukové frekvenci. To vytváří kompresní vlny v kapalině nádrže, které kapalinu „roztrhají“ a zanechají za sebou mnoho milionů mikroskopických „dutin“/„částečných vakuových bublin“ (kavitace). Tyto bubliny se hroutí obrovskou energií; jsou dosahovány teploty a tlaky řádově 5 000 K a 135 MPa; jsou však tak malé, že nedokáží čistit a odstraňovat povrchové nečistoty a nečistoty. Čím vyšší je frekvence, tím menší jsou uzly mezi kavitačními body, což umožňuje čištění složitějších detailů.
Převodníky jsou obvykle piezoelektrické (např. Vyrobené z titaničitanu zirkoničitanu olovnatého (PZT), titaničitanu barnatého atd.), Ale někdy jsou magnetostrikční . Často drsné chemikálie používané jako čisticí prostředky v mnoha průmyslových odvětvích nejsou zapotřebí nebo se používají v mnohem nižších koncentracích s ultrazvukovým mícháním. Ultrazvuk se používá k průmyslovému čištění a používá se také v mnoha lékařských a zubních technikách a průmyslových procesech.
Čisticí roztok
Ultrazvuková aktivita (kavitace) pomáhá řešení dělat svou práci; obyčejná voda by obvykle nebyla účinná. Čisticí roztok obsahuje přísady určené k zefektivnění ultrazvukového čištění. Například snížení povrchového napětí zvyšuje úroveň kavitace, takže roztok obsahuje dobré smáčedlo ( povrchově aktivní látku ). Vodné čisticí roztoky obsahují detergenty, smáčedla a další složky a mají velký vliv na proces čištění. Správné složení roztoku velmi závisí na čištěném předmětu. Roztoky se většinou používají teplé, přibližně při teplotě 50–65 ° C (122–149 ° F), avšak v lékařských aplikacích se obecně uznává, že čištění by mělo probíhat při teplotách nižších než 45 ° C (113 ° F), aby se zabránilo koagulaci proteinů.
Roztoky na vodní bázi mají omezenější schopnost odstraňovat kontaminanty pouze chemickým působením než roztoky rozpouštědel; např. pro choulostivé části pokryté hustým tukem. Úsilí potřebné k návrhu účinného vodního čisticího systému pro konkrétní účel je mnohem větší než u rozpouštědlového systému.
Některé stroje (které nejsou příliš velké) jsou integrovány se stroji na odmašťování par pomocí čisticích kapalin na uhlovodíky: V kaskádě jsou použity tři nádrže. Spodní nádrž obsahující špinavou tekutinu se zahřeje, což způsobí odpaření tekutiny. V horní části stroje je chladicí spirála. Tekutina kondenzuje na cívce a padá do horní nádrže. Horní nádrž nakonec přetéká a čistá tekutina teče do pracovní nádrže, kde probíhá čištění. Pořizovací cena je vyšší než u jednodušších strojů, ale takové stroje jsou z dlouhodobého hlediska ekonomické. Stejnou tekutinu lze opakovaně použít opakovaně, čímž se minimalizuje plýtvání a znečištění.
Využití
Pro ultrazvukové čištění je vhodná většina tvrdých nesavých materiálů (kovy, plasty atd.), Které nejsou chemicky napadeny čisticí kapalinou. Mezi ideální materiály pro čištění ultrazvukem patří malé elektronické součástky, kabely, tyče, dráty a detailní předměty, stejně jako předměty ze skla, plastu, hliníku nebo keramiky.
Ultrazvukové čištění nesterilizuje čištěné předměty, protože po čištění zůstanou na předmětech spory a viry. V lékařských aplikacích sterilizace obvykle následuje po ultrazvukovém čištění jako samostatný krok.
Průmyslové ultrazvukové čističe se používají v automobilovém, sportovním, polygrafickém, námořním, lékařském, farmaceutickém, galvanickém pokovování, součástech diskových jednotek, strojírenství a zbrojním průmyslu.
Ultrazvukové čištění se používá k odstranění kontaminace ze zařízení průmyslových procesů, jako jsou potrubí a výměníky tepla.
Omezení
Ultrazvukové čištění se široce používá k odstranění zbytků tavidla z pájených obvodových desek. Některé elektronické součásti, zejména zařízení MEMS, jako jsou gyroskopy , akcelerometry a mikrofony, se však mohou poškodit nebo zničit vysokými intenzitními vibracemi, kterým jsou během čištění vystaveny. Piezoelektrické bzučáky mohou pracovat v opačném směru a vytvářet napětí, což může představovat nebezpečí pro jejich obvody.
Bezpečnost
Doporučuje se vyhnout se používání hořlavých čisticích roztoků, protože ultrazvukové čističe zvyšují teplotu, i když nejsou vybaveny ohřívačem. Když jednotka běží, vložení ruky do roztoku by mohlo způsobit popálení v důsledku teploty; může také dojít k nepohodlí a podráždění kůže.