Введение

Ультразвуковая очистка - это процесс, в котором используется ультразвук (обычно от 20 до 40 кГц) для возбуждения жидкости с очищающим эффектом. Ультразвуковые чистящие устройства бывают разных размеров, от небольших настольных устройств с внутренним объемом менее 1 кв.м. до больших промышленных устройств с объемом около 1 000 литров (260 га). Принцип ультразвуковой очистительной машины заключается в преобразовании звуковой энергии источника ультразвуковой частоты в механическую вибрацию через преобразователь. Вибрация, генерируемая ультразвуковой волной, передается в чистящую жидкость через стенку чистящего резервуара, так что микропузырьки в жидкости в резервуаре могут продолжать вибрировать под действием звуковой волны, разрушая и отделяя грязную адсорбцию на поверхности объекта. В зависимости от очищаемого предмета процесс может быть очень быстрым, полностью очищая грязный предмет за несколько минут. В других случаях очистка может быть медленнее и занимать более 30 минут. Ультразвуковые чистящие средства используются для очистки многих различных типов объектов, включая промышленные детали, ювелирные изделия, научные образцы, линзы и другие оптические детали, часы, стоматологические и хирургические инструменты, инструменты, монеты, перовые ручки, гольф-клубы, рыболовные катушки, шторы, компоненты огнестрельного оружия, автомобильные топливные инжекторы, музыкальные инструменты, граммофонные пластинки, промышленные механизированные детали, электронное оборудование, оптические линзы и т. Д. Их используют во многих ювелирных мастерских, часовых мастерских, мастерских по ремонту электроники и научных лабораториях.

История

Ультразвуковая очистка используется в промышленности в течение десятилетий, особенно для очистки деталей сложной формы и/или имеющих небольшие сложные отверстия/галереи, а также для ускорения процессов обработки поверхности. Похоже, что ультразвуковые чистящие средства развились как естественная эволюция нескольких более ранних изобретений, которые использовали вибрации для перемешивания и смешивания веществ, и поэтому нет четкого "изобретателя" ультразвуковой очистки. , является самым ранним зарегистрированным патентом, в котором конкретно используется термин "ультразвуковая очистка", хотя более ранние патенты относятся к использованию ультразвука для "интенсивного возбуждения", "обработки" и "полирования", например. К середине 1950-х годов в Соединенных Штатах было по крайней мере три производителя ультразвуковых чистящих средств и два в Соединенном Королевстве; а к 1970-м годам ультразвуковые чистящие средства широко применялись для промышленного и бытового использования.

Характеристики процесса

Ультразвуковая очистка использует кавитационные пузырьки, индуцированные высокочастотными давлением (звуковыми) волнами для перемешивания жидкости. Размешивание производит высокие силы на загрязнители, придерживающиеся субстратов, таких как металлы, пластмассы, стекло, резина и керамика. Это действие также проникает в слепые отверстия, трещины и углубления. Цель состоит в том, чтобы тщательно удалить все следы загрязнения, плотно прикрепленные или встроенные на твердых поверхностях. Вода или другие растворители могут быть использованы в зависимости от типа загрязнения и заготовки. Загрязнители могут включать пыль, грязь, масло, пигменты, ржавчину, жир, водоросли, грибки, бактерии, известковые чешуи, полирующие соединения, агенты потока, отпечатки пальцев, воск сажи и агенты отпуска плесени, биологическую почву, такую как кровь, и так далее. Ультразвуковая очистка может использоваться для широкого спектра форм, размеров и материалов заготовки и может не требовать демонтажа части перед очисткой. Во время процесса очистки предметы не должны оставаться на дне устройства, так как это предотвращает кавитацию в той части предмета, которая не контактирует с растворителем. Но они настолько малы, что могут только очищать и удалять грязь и загрязнители. Чем выше частота, тем меньше узлов между точками кавитации, что позволяет очищать более сложные детали. Передатчики обычно пьезоэлектрические (например, изготовленные из цирконата-титаната свинца (PZT), титаната бария и т. д.). ), но иногда магнитостриктивны. Часто жесткие химические вещества, используемые в качестве чистящих средств во многих отраслях промышленности, не нужны или используются в гораздо более низких концентрациях при ультразвуковом возбуждении. Ультразвук используется для промышленной очистки, а также используется во многих медицинских и стоматологических методах и промышленных процессах.

Раствор для чистки

В некоторых случаях ультразвуковые чистящие средства можно использовать с обычной водой, но в большинстве случаев используется чистящий раствор. Этот раствор предназначен для максимальной эффективности ультразвуковой очистки. Основным растворителем может быть вода или углеводород (исторически токсичные растворители, такие как тетрахлорид углерода и 1,1,1 трихлороэтан, использовались в промышленности, но были постепенно отменены). Существует несколько вариантов, в зависимости от очищаемого предмета и типа загрязнения (например, обезжиривание металла, очистка печатных платок, удаление биологического материала и т. д.). Снижение поверхностного напряжения увеличивает кавитацию, поэтому раствор обычно содержит хороший мокрый агент (поверхностно-активный агент). Водные растворы для чистки содержат моющие средства, моющие средства и другие компоненты, которые оказывают большое влияние на процесс чистки. Правильный состав раствора сильно зависит от очищаемого продукта. При работе с металлами, белками и жирами может быть специально рекомендовано использовать щелочный раствор моющего средства. Растворы обычно нагреваются, часто около 0,6 °C. Однако в медицинских приложениях, как правило, принято, что очистка должна быть при температуре ниже, чтобы предотвратить свертывание белка, которое может усложнить очистку. Некоторые ультразвуковые чистящие устройства интегрированы с паровыми обезжиривающими машинами, использующими углеводородные чистящие жидкости: в каскаде используются три резервуара. Нижний резервуар, содержащий грязную жидкость, нагревается, вызывая испарение жидкости. В верхней части машины есть охлаждающая катушка. Жидкость конденсируется на катушке и опускается в верхний резервуар. Верхний резервуар в конечном итоге переполняется, и относительно чистая жидкость попадает в рабочий резервуар, где происходит очистка. Цена покупки выше, чем у простых машин, но такие машины могут быть более экономичными в долгосрочной перспективе. Одинаковую жидкость можно использовать много раз, что позволяет свести к минимуму потерю и загрязнение окружающей среды.

Применение

Наиболее твердые, не впитывающие материалы (металы, пластмассы и т.д.) не подвергаются химическому воздействию моющей жидкости, подходят для ультразвуковой чистки. Идеальными материалами для ультразвуковой чистки являются мелкие электронные детали, кабели, стержни, провода и детальные предметы, а также предметы из стекла, пластика, алюминия или керамики. Ультразвуковая очистка не стерилизует очищаемые предметы, потому что споры и вирусы останутся на предметах после очистки. В медицинских целях стерилизация обычно следует за ультразвуковой очисткой как отдельный этап. Промышленные ультразвуковые чистящие средства используются в автомобильной, спортивной, печатной, морской, медицинской, фармацевтической, электропластировой, компонентах дисковых приводов, машиностроительной и оружейной промышленности. Ультразвуковая очистка используется для удаления загрязнения промышленного оборудования, такого как трубы и теплообменники.

Ограничения

Ультразвуковая очистка широко используется для удаления остатков потока из сварных платок. Однако некоторые электронные компоненты, в частности, устройства MEMS, такие как гироскопы, акселерометры и микрофоны, могут быть повреждены или уничтожены высокоинтенсивными вибрациями, которым они подвергаются во время очистки. Пьезоэлектрические бузеры могут работать в обратном направлении и создавать напряжение, которое может представлять опасность для их приводной цепи.

Безопасность

Ультразвуковые чистящие средства могут вызывать раздражающий, высокочастотный шум, и в случае непрерывного воздействия может потребоваться защита слуха. Рекомендуется избегать использования легковоспламеняющихся растворов для чистки, поскольку ультразвуковые чистящие средства повышают температуру даже без обогревателя. (Некоторые промышленные установки специально сертифицированы как взрывозащищенные.) При работе устройства контакт с чистящим раствором может вызвать термические или химические повреждения; ультразвуковое действие относительно благоприятно для живой ткани, но может вызвать дискомфорт и раздражение кожи. Ультразвуковые чистящие устройства работают на электрическом питании, что означает, что существует риск электрического удара в случае неисправности, особенно если чистящий раствор вступает в контакт с электрифицированными компонентами.