Независимо от това как суровият метал е направен в тръба или тръба, производственият процес оставя значително количество остатъчен материал на повърхността.Формоването и заваряването на валцова мелница, тегленето върху чертожна маса или използването на копче или екструдер, последвано от процес на рязане по дължина, може да доведе до покриване на тръбата или повърхността на тръбата с грес и може да се запуши с отломки.Обичайните замърсители, които трябва да бъдат отстранени от вътрешни и външни повърхности, включват лубриканти на маслена и водна основа от изтегляне и рязане, метални остатъци от операции по рязане и фабричен прах и отломки.
Типичните методи за почистване на вътрешна водопроводна инсталация и въздуховоди, независимо дали с водни разтвори или разтворители, са подобни на тези, използвани за почистване на външни повърхности.Те включват промиване, запушване и ултразвукова кавитация.Всички тези методи са ефективни и се използват от десетилетия.
Разбира се, всеки процес има ограничения и тези методи за почистване не са изключение.Промиването обикновено изисква ръчен колектор и губи своята ефективност, тъй като скоростта на промивния флуид намалява, докато флуидът се доближава до повърхността на тръбата (ефект на граничния слой) (вижте Фигура 1).Опаковката работи добре, но е много трудоемка и непрактична за много малки диаметри, като тези, използвани в медицински приложения (подкожни или луминални тръби).Ултразвуковата енергия е ефективна при почистване на външни повърхности, но не може да проникне през твърди повърхности и трудно достига до вътрешността на тръбата, особено когато продуктът е свързан.Друг недостатък е, че ултразвуковата енергия може да причини повреда на повърхността.Звуковите мехурчета се изчистват чрез кавитация, освобождавайки голямо количество енергия близо до повърхността.
Алтернатива на тези процеси е вакуумно циклично ядрено образуване (VCN), което кара газовите мехурчета да растат и да се свиват, за да движат течността.По принцип, за разлика от ултразвуковия процес, той не рискува да повреди металните повърхности.
VCN използва въздушни мехурчета, за да разбърква и премахва течността от вътрешността на тръбата.Това е процес на потапяне, който работи във вакуум и може да се използва както с течности на водна основа, така и с течности на основата на разтворители.
Работи на същия принцип, на който се образуват мехурчета, когато водата започне да кипи в тенджера.Първите мехурчета се образуват на определени места, особено в добре използвани саксии.Внимателната проверка на тези зони често разкрива грапавини или други повърхностни несъвършенства в тези зони.Именно в тези области повърхността на тигана е в по-голям контакт с даден обем течност.Освен това, тъй като тези зони не са обект на естествено конвективно охлаждане, лесно могат да се образуват въздушни мехурчета.
При пренос на топлина при кипене топлината се прехвърля към течност, за да се повиши температурата й до точката на кипене.Когато се достигне точката на кипене, температурата спира да се повишава;добавянето на повече топлина води до пара, първоначално под формата на парни мехурчета.При бързо нагряване цялата течност на повърхността се превръща в пара, което е известно като филмово кипене.
Ето какво се случва, когато заври тенджера с вода: първо се образуват въздушни мехурчета в определени точки на повърхността на тенджерата, а след това, когато водата се разбърква и разбърква, водата бързо се изпарява от повърхността.Близо до повърхността е невидима пара;когато парата се охлади от контакт с околния въздух, тя кондензира във водна пара, която се вижда ясно, когато се образува над съда.
Всеки знае, че това ще се случи при 212 градуса по Фаренхайт (100 градуса по Целзий), но това не е всичко.Това се случва при тази температура и стандартно атмосферно налягане, което е 14,7 фунта на квадратен инч (PSI [1 бар]).С други думи, в ден, когато налягането на въздуха на морското равнище е 14,7 psi, точката на кипене на водата на морското равнище е 212 градуса по Фаренхайт;в същия ден в планините на 5000 фута в този регион атмосферното налягане е 12,2 паунда на квадратен инч, където водата ще има точка на кипене от 203 градуса по Фаренхайт.
Вместо да повишава температурата на течността до нейната точка на кипене, VCN процесът понижава налягането в камерата до точката на кипене на течността при температура на околната среда.Подобно на преноса на топлина при кипене, когато налягането достигне точката на кипене, температурата и налягането остават постоянни.Това налягане се нарича парно налягане.Когато вътрешната повърхност на тръбата или тръбата е пълна с пара, външната повърхност попълва парата, необходима за поддържане на налягането на парите в камерата.
Въпреки че преносът на топлина при кипене е пример за принципа на VCN, процесът VCN работи обратно пропорционално на кипенето.
Селективен процес на почистване.Генерирането на мехурчета е селективен процес, насочен към изчистване на определени области.Отстраняването на целия въздух намалява атмосферното налягане до 0 psi, което е налягане на парите, което води до образуване на пара на повърхността.Нарастващите въздушни мехурчета изместват течността от повърхността на тръбата или дюзата.Когато вакуумът се освободи, камерата се връща към атмосферно налягане и се продухва, като свежа течност изпълва тръбата за следващия вакуумен цикъл.Циклите вакуум/налягане обикновено се настройват на 1 до 3 секунди и могат да бъдат зададени на произволен брой цикли в зависимост от размера и замърсяването на детайла.
Предимството на този процес е, че почиства повърхността на тръбата, като се започне от замърсената зона.С нарастването на парата течността се изтласква към повърхността на тръбата и се ускорява, създавайки силни вълни по стените на тръбата.Най-голямо вълнение настъпва по стените, където расте пара.По същество този процес разрушава граничния слой, поддържайки течността близо до повърхността с висок химичен потенциал.На фиг.2 показва два етапа на процеса с използване на 0,1% воден разтвор на повърхностно активно вещество.
За да се образува пара, трябва да се образуват мехурчета върху твърда повърхност.Това означава, че процесът на почистване преминава от повърхността към течността.Също толкова важно, нуклеацията на мехурчета започва с малки мехурчета, които се сливат на повърхността, като в крайна сметка образуват стабилни мехурчета.Следователно нуклеацията благоприятства региони с голяма повърхностна площ спрямо обема на течността, като тръби и вътрешни диаметри на тръбите.
Поради вдлъбнатата кривина на тръбата е по-вероятно парата да се образува вътре в тръбата.Тъй като въздушните мехурчета лесно се образуват във вътрешния диаметър, парата се образува първо там и достатъчно бързо, за да измести обикновено 70% до 80% от течността.Течността на повърхността в пика на вакуумната фаза е почти 100% пара, което имитира филмово кипене при пренос на топлина при кипене.
Процесът на нуклеация е приложим за прави, извити или усукани продукти с почти всякаква дължина или конфигурация.
Намерете скрити спестявания.Водните системи, използващи VCN, могат значително да намалят разходите.Тъй като процесът поддържа високи концентрации на химикали поради по-силно смесване близо до повърхността на тръбата (вижте Фигура 1), не са необходими високи концентрации на химикали за улесняване на химическата дифузия.По-бързата обработка и почистване също води до по-висока производителност за дадена машина, като по този начин увеличава цената на оборудването.
И накрая, VCN процесите на водна основа и на основата на разтворители могат да увеличат производителността чрез вакуумно сушене.Това не изисква допълнително оборудване, това е просто част от процеса.
Благодарение на дизайна със затворена камера и термичната гъвкавост, системата VCN може да бъде конфигурирана по различни начини.
Процесът на нуклеация на вакуумен цикъл се използва за почистване на тръбни компоненти с различни размери и приложения, като медицински устройства с малък диаметър (вляво) и радиовълноводи с голям диаметър (вдясно).
За системи, базирани на разтворители, могат да се използват други методи за почистване като пара и спрей в допълнение към VCN.В някои уникални приложения може да се добави ултразвукова система за подобряване на VCN.Когато се използват разтворители, процесът VCN се поддържа от процес от вакуум към вакуум (или безвъздушен), патентован за първи път през 1991 г. Процесът ограничава емисиите и използването на разтворители до 97% или повече.Процесът е признат от Агенцията за опазване на околната среда и Калифорнийския окръг на Южното крайбрежие за управление на качеството на въздуха за неговата ефективност при ограничаване на експозицията и употребата.
Системите с разтворители, използващи VCN, са рентабилни, тъй като всяка система е способна на вакуумна дестилация, което увеличава максимално възстановяването на разтворителя.Това намалява покупките на разтворители и изхвърлянето на отпадъци.Самият процес удължава живота на разтворителя;скоростта на разлагане на разтворителя намалява с понижаване на работната температура.
Тези системи са подходящи за последваща обработка като пасивиране с киселинни разтвори или стерилизация с водороден пероксид или други химикали, ако е необходимо.Повърхностната активност на процеса VCN прави тези обработки бързи и икономически ефективни и те могат да бъдат комбинирани в един и същ дизайн на оборудването.
Към днешна дата машините VCN обработват тръби с диаметър от 0,25 mm и тръби със съотношение на диаметъра към дебелината на стената над 1000:1 в полеви условия.В лабораторни изследвания VCN е ефективен при отстраняване на вътрешни замърсители с дължина до 1 метър и диаметър 0,08 mm;на практика той успя да почисти отвори с диаметър до 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 стартира през 1990 г. като първото списание, посветено на производството на метални тръби.Днес той остава единствената публикация в индустрията в Северна Америка и се превърна в най-доверения източник на информация за професионалистите в тръбите.
Вече е наличен пълен цифров достъп до FABRICATOR, осигуряващ лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Вече е наличен пълен цифров достъп до The Tube & Pipe Journal, осигуряващ лесен достъп до ценни ресурси за индустрията.
Насладете се на пълен цифров достъп до STAMPING Journal, списанието за пазара на метални щампования с най-новите технологични постижения, най-добри практики и новини от индустрията.
Вече е наличен пълен достъп до дигиталното издание на The Fabricator en Español, което осигурява лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Инструкторът по заваряване и художник Шон Флотман се присъедини към подкаста The Fabricator на FABTECH 2022 в Атланта за чат на живо...
Време на публикуване: 13 януари 2023 г