Niezależnie od tego, w jaki sposób surowiec jest przetwarzany na rurę lub rurkę, proces produkcyjny pozostawia znaczną ilość pozostałości materiału na powierzchni.Formowanie i spawanie na walcarce, rysowanie na stole kreślarskim lub przy użyciu pilarki lub wytłaczarki, po której następuje proces cięcia na wymiar, może spowodować pokrycie rury lub powierzchni rury smarem i zatkanie gruzem.Typowe zanieczyszczenia, które należy usunąć z powierzchni wewnętrznych i zewnętrznych, obejmują smary na bazie oleju i wody pochodzące z ciągnienia i cięcia, resztki metalu z operacji cięcia oraz pył i gruz fabryczny.
Typowe metody czyszczenia wewnętrznych instalacji wodno-kanalizacyjnych i kanałów wentylacyjnych, zarówno przy użyciu roztworów wodnych, jak i rozpuszczalników, są podobne do metod stosowanych do czyszczenia powierzchni zewnętrznych.Należą do nich płukanie, zatykanie i kawitacja ultradźwiękowa.Wszystkie te metody są skuteczne i stosowane od dziesięcioleci.
Oczywiście każdy proces ma ograniczenia i te metody czyszczenia nie są wyjątkiem.Płukanie zazwyczaj wymaga ręcznego rozdzielacza i traci swoją skuteczność, gdy prędkość płynu płuczącego maleje w miarę zbliżania się płynu do powierzchni rury (efekt warstwy granicznej) (patrz rysunek 1).Uszczelnienie działa dobrze, ale jest bardzo pracochłonne i niepraktyczne w przypadku bardzo małych średnic, takich jak te stosowane w zastosowaniach medycznych (rurki podskórne lub prześwitowe).Energia ultradźwiękowa skutecznie oczyszcza powierzchnie zewnętrzne, nie może jednak penetrować powierzchni twardych i ma trudności z dotarciem do wnętrza rury, szczególnie gdy produkt jest wiązany.Kolejną wadą jest to, że energia ultradźwiękowa może spowodować uszkodzenie powierzchni.Pęcherzyki dźwiękowe są usuwane poprzez kawitację, uwalniając dużą ilość energii w pobliżu powierzchni.
Alternatywą dla tych procesów jest cykliczne zarodkowanie próżniowe (VCN), które powoduje wzrost i zapadanie się pęcherzyków gazu, przemieszczając ciecz.Zasadniczo, w przeciwieństwie do procesu ultradźwiękowego, nie powoduje on ryzyka uszkodzenia powierzchni metalowych.
VCN wykorzystuje pęcherzyki powietrza do mieszania i usuwania cieczy z wnętrza rury.Jest to proces zanurzeniowy, który działa w próżni i może być stosowany zarówno z płynami na bazie wody, jak i rozpuszczalników.
Działa na tej samej zasadzie, na której tworzą się bąbelki, gdy woda w garnku zaczyna wrzeć.W niektórych miejscach, szczególnie w dobrze używanych doniczkach, tworzą się pierwsze bąbelki.Dokładna inspekcja tych obszarów często ujawnia chropowatość lub inne niedoskonałości powierzchni w tych obszarach.To właśnie w tych obszarach powierzchnia patelni ma większy kontakt z daną objętością cieczy.Ponadto, ponieważ obszary te nie podlegają naturalnemu chłodzeniu konwekcyjnemu, łatwo mogą tworzyć się pęcherzyki powietrza.
Podczas przenoszenia ciepła we wrzeniu ciepło jest przekazywane do cieczy w celu podniesienia jej temperatury do temperatury wrzenia.Po osiągnięciu punktu wrzenia temperatura przestaje rosnąć;dodanie większej ilości ciepła powoduje powstanie pary, początkowo w postaci pęcherzyków pary.Po szybkim podgrzaniu cała ciecz na powierzchni zamienia się w parę, co nazywa się wrzeniem filmowym.
Oto, co się dzieje, gdy zagotujesz wodę w garnku: najpierw w pewnych miejscach na powierzchni garnka tworzą się pęcherzyki powietrza, a następnie, gdy woda jest mieszana i mieszana, woda szybko odparowuje z powierzchni.Przy powierzchni jest to niewidzialna para;gdy para ochładza się w wyniku kontaktu z otaczającym powietrzem, skrapla się w parę wodną, która jest wyraźnie widoczna, gdy tworzy się nad garnkiem.
Wszyscy wiedzą, że stanie się to w temperaturze 212 stopni Fahrenheita (100 stopni Celsjusza), ale to nie wszystko.Dzieje się tak w tej temperaturze i standardowym ciśnieniu atmosferycznym, które wynosi 14,7 funta na cal kwadratowy (PSI [1 bar]).Innymi słowy, w dzień, w którym ciśnienie powietrza na poziomie morza wynosi 14,7 psi, temperatura wrzenia wody na poziomie morza wynosi 212 stopni Fahrenheita;tego samego dnia w górach na wysokości 1500 metrów w tym regionie ciśnienie atmosferyczne wynosi 12,2 funta na cal kwadratowy, przy czym woda miałaby temperaturę wrzenia 203 stopni Fahrenheita.
Zamiast podnosić temperaturę cieczy do temperatury wrzenia, proces VCN obniża ciśnienie w komorze do temperatury wrzenia cieczy w temperaturze otoczenia.Podobnie jak w przypadku przenoszenia ciepła wrzenia, gdy ciśnienie osiąga punkt wrzenia, temperatura i ciśnienie pozostają stałe.Ciśnienie to nazywa się ciśnieniem pary.Kiedy wewnętrzna powierzchnia rury lub rury jest wypełniona parą, zewnętrzna powierzchnia uzupełnia parę niezbędną do utrzymania ciśnienia pary w komorze.
Chociaż przenoszenie ciepła wrzenia jest przykładem zasady VCN, proces VCN działa odwrotnie niż wrzenie.
Selektywny proces czyszczenia.Generowanie bąbelków to selektywny proces mający na celu oczyszczenie określonych obszarów.Usunięcie całego powietrza zmniejsza ciśnienie atmosferyczne do 0 psi, czyli prężność pary, powodując tworzenie się pary na powierzchni.Rosnące pęcherzyki powietrza wypierają ciecz z powierzchni rurki lub dyszy.Po uwolnieniu próżni komora powraca do ciśnienia atmosferycznego i zostaje oczyszczona, a rurka zostaje wypełniona świeżą cieczą do następnego cyklu próżniowego.Cykle próżniowo-ciśnieniowe są zwykle ustawiane na 1–3 sekundy i można je ustawić na dowolną liczbę cykli, w zależności od wielkości i stopnia zabrudzenia przedmiotu obrabianego.
Zaletą tego procesu jest oczyszczenie powierzchni rury począwszy od zanieczyszczonego obszaru.W miarę wzrostu pary ciecz jest wypychana na powierzchnię rurki i przyspiesza, tworząc silne zmarszczki na ściankach rurki.Największe emocje pojawiają się przy ścianach, gdzie unosi się para.Zasadniczo proces ten powoduje rozbicie warstwy granicznej, utrzymując ciecz blisko powierzchni o wysokim potencjale chemicznym.Na ryc.2 przedstawia dwa etapy procesu z użyciem 0,1% wodnego roztworu środka powierzchniowo czynnego.
Aby powstała para, na twardej powierzchni muszą utworzyć się pęcherzyki.Oznacza to, że proces czyszczenia przebiega od powierzchni do cieczy.Co równie ważne, zarodkowanie pęcherzyków rozpoczyna się od drobnych pęcherzyków, które łączą się na powierzchni, tworząc ostatecznie stabilne pęcherzyki.Dlatego zarodkowanie faworyzuje obszary o dużej powierzchni w stosunku do objętości cieczy, takie jak rury i średnice wewnętrzne rur.
Ze względu na wklęsłą krzywiznę rury, w rurze częściej tworzy się para.Ponieważ na średnicy wewnętrznej łatwo tworzą się pęcherzyki powietrza, tam najpierw tworzy się para i wystarczająco szybko, aby zazwyczaj wyprzeć 70% do 80% cieczy.Ciecz na powierzchni w szczycie fazy próżniowej składa się prawie w 100% z pary, co naśladuje wrzenie filmowe podczas przenoszenia ciepła we wrzeniu.
Proces zarodkowania ma zastosowanie do produktów prostych, zakrzywionych lub skręconych o niemal dowolnej długości i konfiguracji.
Znajdź ukryte oszczędności.Systemy wodne wykorzystujące sieci VCN mogą znacznie obniżyć koszty.Ponieważ w procesie utrzymuje się wysokie stężenie substancji chemicznych ze względu na silniejsze mieszanie w pobliżu powierzchni rury (patrz rysunek 1), nie są wymagane wysokie stężenia substancji chemicznych, aby ułatwić dyfuzję substancji chemicznych.Szybsza obróbka i czyszczenie skutkuje także wyższą wydajnością danej maszyny, a co za tym idzie zwiększeniem kosztu wyposażenia.
Wreszcie, zarówno procesy VCN na bazie wody, jak i rozpuszczalnika mogą zwiększyć produktywność poprzez suszenie próżniowe.Nie wymaga to żadnego dodatkowego sprzętu, jest to tylko część procesu.
Ze względu na zamkniętą konstrukcję komory i elastyczność termiczną, system VCN można konfigurować na różne sposoby.
Proces zarodkowania w cyklu próżniowym służy do czyszczenia elementów rurowych o różnych rozmiarach i zastosowaniach, takich jak urządzenia medyczne o małej średnicy (po lewej) i falowody radiowe o dużej średnicy (po prawej).
W przypadku systemów na bazie rozpuszczalników oprócz VCN można zastosować inne metody czyszczenia, takie jak para i spray.W niektórych unikalnych zastosowaniach można dodać system ultradźwiękowy w celu poprawy VCN.W przypadku stosowania rozpuszczalników proces VCN jest wspomagany procesem próżniowym (lub bezpowietrznym), opatentowanym po raz pierwszy w 1991 r. Proces ten ogranicza emisję i zużycie rozpuszczalnika do 97% lub więcej.Proces ten został doceniony przez Agencję Ochrony Środowiska i Kalifornijski Okręg Zarządzania Jakością Powietrza Południowego Wybrzeża za skuteczność w ograniczaniu narażenia i stosowania.
Systemy rozpuszczalników wykorzystujące VCN są opłacalne, ponieważ każdy system umożliwia destylację próżniową, maksymalizując odzysk rozpuszczalnika.Zmniejsza to zakup rozpuszczalników i usuwanie odpadów.Sam ten proces przedłuża żywotność rozpuszczalnika;szybkość rozkładu rozpuszczalnika maleje wraz ze spadkiem temperatury roboczej.
Systemy te nadają się do obróbki końcowej, takiej jak pasywacja roztworami kwasów lub sterylizacja nadtlenkiem wodoru lub innymi chemikaliami, jeśli jest to wymagane.Aktywność powierzchniowa procesu VCN sprawia, że obróbka ta jest szybka i opłacalna, a ponadto można ją łączyć w ramach tego samego projektu sprzętu.
Do tej pory maszyny VCN obrabiały w terenie rury o średnicy zaledwie 0,25 mm i rury o stosunku średnicy do grubości ścianki większym niż 1000:1.W badaniach laboratoryjnych VCN skutecznie usuwał wewnętrzne zwoje zanieczyszczeń o długości do 1 metra i średnicy 0,08 mm;w praktyce był w stanie oczyścić otwory przelotowe o średnicy do 0,15 mm.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
Tube & Pipe Journal powstał w 1990 roku jako pierwszy magazyn poświęcony branży rur metalowych.Dziś pozostaje jedyną publikacją branżową w Ameryce Północnej i stała się najbardziej zaufanym źródłem informacji dla profesjonalistów zajmujących się rurami.
Dostępny jest teraz pełny cyfrowy dostęp do FABRICATOR, zapewniający łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Dostępny jest teraz pełny cyfrowy dostęp do The Tube & Pipe Journal, zapewniający łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Ciesz się pełnym cyfrowym dostępem do STAMPING Journal, czasopisma poświęconego rynkowi tłoczenia metali, zawierającego najnowsze osiągnięcia technologiczne, najlepsze praktyki i nowości branżowe.
Dostępny jest teraz pełny dostęp do cyfrowej edycji The Fabricator en Español, zapewniającej łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Instruktor spawania i artysta Sean Flottmann dołączył do podcastu The Fabricator na targach FABTECH 2022 w Atlancie, aby porozmawiać na czacie na żywo…
Czas publikacji: 13 stycznia 2023 r