Bez obzira na to kako se sirovi metal pretvara u cijev ili cijev, proizvodni proces ostavlja značajnu količinu zaostalog materijala na površini.Formiranje i zavarivanje u valjaonici, crtanje na stolu za crtanje ili korištenje šipalice ili ekstrudera praćeno procesom rezanja po dužini može uzrokovati da se cijev ili površina cijevi premazuju mašću i mogu se začepiti krhotinama.Uobičajeni zagađivači koje je potrebno ukloniti sa unutrašnjih i vanjskih površina uključuju maziva na bazi ulja i vode od izvlačenja i rezanja, metalne ostatke od operacija rezanja i fabričku prašinu i ostatke.
Tipične metode čišćenja unutarnjih vodovodnih i zračnih kanala, bilo s vodenim otopinama ili otapalima, slične su onima koje se koriste za čišćenje vanjskih površina.To uključuje ispiranje, začepljenje i ultrazvučnu kavitaciju.Sve ove metode su efikasne i koriste se decenijama.
Naravno, svaki proces ima ograničenja, a ove metode čišćenja nisu izuzetak.Za ispiranje obično je potreban ručni razdjelnik i gubi svoju učinkovitost kako se brzina tekućine za ispiranje smanjuje kako se tekućina približava površini cijevi (efekat graničnog sloja) (vidi sliku 1).Pakovanje radi dobro, ali je vrlo naporno i nepraktično za vrlo male prečnike kao što su oni koji se koriste u medicinskim aplikacijama (potkožne ili luminalne cijevi).Ultrazvučna energija je efikasna u čišćenju vanjskih površina, ali ne može prodrijeti u tvrde površine i teško dolazi do unutrašnjosti cijevi, posebno kada je proizvod u paketu.Još jedan nedostatak je što ultrazvučna energija može oštetiti površinu.Zvučni mjehurići se čiste kavitacijom, oslobađajući veliku količinu energije blizu površine.
Alternativa ovim procesima je vakuumska ciklička nukleacija (VCN), koja uzrokuje da mjehurići plina rastu i kolabiraju kako bi pomaknuli tekućinu.U osnovi, za razliku od ultrazvučnog procesa, ne rizikuje oštećenje metalnih površina.
VCN koristi mjehuriće zraka za miješanje i uklanjanje tekućine iz unutrašnjosti cijevi.Ovo je proces uranjanja koji radi u vakuumu i može se koristiti sa tekućinama na bazi vode i rastvarača.
Radi na istom principu po kojem se stvaraju mjehurići kada voda počne ključati u loncu.Prvi mjehurići se formiraju na određenim mjestima, posebno u dobro korištenim loncima.Pažljiva inspekcija ovih područja često otkriva hrapavost ili druge površinske nesavršenosti u tim područjima.Upravo u tim područjima površina posude je u većem kontaktu sa datom zapreminom tečnosti.Osim toga, budući da ova područja nisu podložna prirodnom konvektivnom hlađenju, lako se mogu formirati mjehurići zraka.
U prenosu toplote ključanja, toplota se prenosi na tečnost kako bi se njena temperatura podigla do tačke ključanja.Kada se dostigne tačka ključanja, temperatura prestaje da raste;dodavanje više topline rezultira parom, u početku u obliku parnih mjehurića.Kada se brzo zagrije, sva tekućina na površini pretvara se u paru, što je poznato kao filmsko ključanje.
Evo šta se dešava kada lonac vode proključa: prvo se na određenim mestima na površini lonca stvaraju mjehurići zraka, a zatim dok se voda miješa i miješa, voda brzo ispari s površine.Blizu površine to je nevidljiva para;kada se para ohladi od kontakta sa okolnim vazduhom, kondenzuje se u vodenu paru, koja je jasno vidljiva dok se formira iznad lonca.
Svi znaju da će se to dogoditi na 212 stepeni Farenhajta (100 stepeni Celzijusa), ali to nije sve.To se dešava na ovoj temperaturi i standardnom atmosferskom pritisku, koji iznosi 14,7 funti po kvadratnom inču (PSI [1 bar]).Drugim rečima, na dan kada je vazdušni pritisak na nivou mora 14,7 psi, tačka ključanja vode na nivou mora je 212 stepeni Farenhajta;istog dana u planinama na 5.000 stopa u ovom regionu, atmosferski pritisak je 12,2 funte po kvadratnom inču, gde bi voda imala tačku ključanja od 203 stepena Farenhajta.
Umjesto podizanja temperature tečnosti do tačke ključanja, VCN proces snižava pritisak u komori do tačke ključanja tečnosti na temperaturi okoline.Slično prenosu toplote ključanja, kada pritisak dostigne tačku ključanja, temperatura i pritisak ostaju konstantni.Ovaj pritisak se zove pritisak pare.Kada se unutrašnja površina cijevi ili cijevi napuni parom, vanjska površina nadopunjuje paru potrebnu za održavanje tlaka pare u komori.
Iako prijenos topline ključanja predstavlja primjer principa VCN, VCN proces funkcionira obrnuto od ključanja.
Proces selektivnog čišćenja.Generisanje mjehurića je selektivan proces čiji je cilj čišćenje određenih područja.Uklanjanje cijelog zraka smanjuje atmosferski tlak na 0 psi, što je tlak pare, uzrokujući stvaranje pare na površini.Rastući mjehurići zraka istiskuju tekućinu s površine cijevi ili mlaznice.Kada se vakuum oslobodi, komora se vraća na atmosferski pritisak i pročišćava se, a svježa tečnost ispunjava cijev za sljedeći ciklus vakuuma.Ciklusi vakuuma/pritiska se obično postavljaju na 1 do 3 sekunde i mogu se podesiti na bilo koji broj ciklusa ovisno o veličini i kontaminaciji radnog komada.
Prednost ovog postupka je što čisti površinu cijevi počevši od kontaminiranog područja.Kako para raste, tečnost se gura na površinu cijevi i ubrzava, stvarajući snažno mreškanje na zidovima cijevi.Najveće uzbuđenje javlja se na zidovima, gdje raste para.U suštini, ovaj proces razbija granični sloj, držeći tečnost blizu površine visokog hemijskog potencijala.Na sl.2 prikazana su dva koraka procesa koji koriste 0,1% vodeni rastvor surfaktanta.
Da bi se stvorila para, mjehurići se moraju stvoriti na čvrstoj površini.To znači da proces čišćenja ide od površine do tečnosti.Jednako važno, nukleacija mjehurića počinje sa sitnim mjehurićima koji se spajaju na površini, na kraju formirajući stabilne mjehuriće.Stoga, nukleacija favorizuje regione sa velikom površinom u odnosu na zapreminu tečnosti, kao što su cevi i unutrašnji prečnici cevi.
Zbog konkavne zakrivljenosti cijevi, veća je vjerovatnoća da će se para formirati unutar cijevi.Budući da se mjehurići zraka lako formiraju na unutrašnjem prečniku, para se prvo formira tamo i dovoljno brzo da tipično istisne 70% do 80% tečnosti.Tečnost na površini na vrhuncu vakuumske faze je skoro 100% para, što oponaša filmsko ključanje u prenosu toplote ključanja.
Proces nukleacije je primjenjiv na ravne, zakrivljene ili uvrnute proizvode gotovo bilo koje dužine ili konfiguracije.
Pronađite skrivenu ušteđevinu.Sistemi za vodu koji koriste VCN mogu značajno smanjiti troškove.Budući da proces održava visoke koncentracije hemikalija zbog jačeg miješanja blizu površine cijevi (vidi sliku 1), visoke koncentracije hemikalija nisu potrebne da bi se olakšala hemijska difuzija.Brža obrada i čišćenje također rezultiraju većom produktivnošću za datu mašinu, a samim tim povećavaju cijenu opreme.
Konačno, i VCN procesi na bazi vode i na bazi rastvarača mogu povećati produktivnost kroz sušenje u vakuumu.Ovo ne zahtijeva nikakvu dodatnu opremu, to je samo dio procesa.
Zbog dizajna zatvorene komore i termičke fleksibilnosti, VCN sistem se može konfigurisati na različite načine.
Proces nukleacije u vakuumskom ciklusu koristi se za čišćenje cevastih komponenti različitih veličina i aplikacija, kao što su medicinski uređaji malog prečnika (levo) i radio talasovodi velikog prečnika (desno).
Za sisteme na bazi rastvarača, osim VCN-a, mogu se koristiti i druge metode čišćenja kao što su para i sprej.U nekim jedinstvenim aplikacijama može se dodati ultrazvučni sistem za poboljšanje VCN.Kada se koriste rastvarači, VCN proces je podržan postupkom vakuum-vakum (ili bezvazdušnim), prvi put patentiranim 1991. Proces ograničava emisije i upotrebu rastvarača na 97% ili više.Proces je prepoznat od strane Agencije za zaštitu životne sredine i kalifornijskog okruga za upravljanje kvalitetom vazduha na južnoj obali zbog njegove efikasnosti u ograničavanju izloženosti i upotrebe.
Sistemi rastvarača koji koriste VCN su isplativi jer je svaki sistem sposoban za vakuumsku destilaciju, maksimizirajući oporavak rastvarača.Ovo smanjuje kupovinu rastvarača i odlaganje otpada.Ovaj proces sam po sebi produžava život rastvarača;brzina raspadanja rastvarača opada kako se radna temperatura smanjuje.
Ovi sistemi su pogodni za naknadnu obradu kao što je pasivizacija kiselinskim rastvorima ili sterilizacija vodonik peroksidom ili drugim hemikalijama ako je potrebno.Površinska aktivnost VCN procesa čini ove tretmane brzim i isplativim, a mogu se kombinovati u istom dizajnu opreme.
Do danas su VCN mašine prerađivale cevi prečnika od čak 0,25 mm i cevi sa odnosom prečnika i debljine zida većim od 1000:1 na terenu.U laboratorijskim studijama, VCN je bio efikasan u uklanjanju unutrašnjeg zagađivača do 1 metar dužine i 0,08 mm u prečniku;u praksi je bio u stanju da očisti rupe prečnika 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 je pokrenut 1990. godine kao prvi časopis posvećen industriji metalnih cijevi.Danas ostaje jedina publikacija u industriji u Sjevernoj Americi i postala je izvor informacija od najvećeg povjerenja za profesionalce u cijevima.
Potpun digitalni pristup FABRICATOR-u je sada dostupan, pružajući lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
Potpun digitalni pristup časopisu The Tube & Pipe Journal je sada dostupan, pružajući lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
Uživajte u potpunom digitalnom pristupu STAMPING Journalu, časopisu o tržištu metalnih štancanja s najnovijim tehnološkim dostignućima, najboljim praksama i vijestima iz industrije.
Potpuni pristup digitalnom izdanju The Fabricator en Español sada je dostupan, pružajući lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
Instruktor zavarivanja i umjetnik Sean Flottmann pridružio se podcastu The Fabricator na FABTECH 2022 u Atlanti za razgovor uživo…
Vrijeme objave: Jan-13-2023