آماده سازی شیمیایی سطحی از نگاه متال فینیشینگ 2011

التراسونیک یک روش کاربردی

تمیز کاری التراسونیک، اعمال امواج صوتی با فرکانس بالا( 80-20 کیلو هرتز) به مایع می باشد. که عمل انجام شده حفره زایی نامیده میشود. تخلخل توسط مناطق فشار بالا و پایین تولید شده در محلول در هنگام عبور امواج صوتی ایجاد می شود. در مناطق کم فشار بخارهای میکروسکوپی حبابی شکل می گیرند. در این مناطق هنگام عبور موج صوتی بعدی فشار سریعا بالا می رود و انفجار شدید حباب های ریز انرژی را آزاد می کند که باعث تمیز شدن سطح می شود.
مبدل
این دستگاه انرژی امواج امواج الکتریکی فرکانس بالا را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. مبدل جسمی است که در فرکانس تشدید خود در نوسان است. دو نوع کلی مغناطیسی و پیزو الکتریک در آنها وجود دارد، مبدل های مغناطیسی فلزی اند و معمولا از صفحه های ورقی نیکل و نوعی آلیاژ نقره لحیم شده تشکیل شده اند. مبدل های پیزو الکتریک متشکل از کریستال هایی انسان ساز هستند و به روش های مختلفی نصب شده اند که اغلب به اتصال های اپوکسی مرسوم اند.
ژنراتور
ژنراتور خطوط قدرت فرکانس پایین 50 تا 60 سیکل بر ثانیه را به فرکانس بالا 20 تا 80 khz تبدیل می کند تا با فرکانس تشدید شده تطبیق پیدا کند. ژنراتور ها برای تحریک کردن مبدل هایی که اغلب دارای تنظیم خودکار یا کنترل فرکانس برای جبران نوسانات در فرکانس تشدید شده در مبدل های کریستال ها طراحی شده است. معمولا ژنراتورهای مغناطیسی تنظیم کننده خودکار ندارند زیرا فرکانس تشدید شده ی مبدل های مغناطیسی پایدارتر است.
کاربرد های امواج التراسونیک برای تمیز کردن
به طور عمومی این امواج وقتی که تمیز کاری دقیق در قطعات پیچیده استفاده می شود. این روش این توانایی را برای تمیز کردن شکاف های باریک و سوراخ های ریزی که به آسانی توسط ماشین اسپری و روش های دیگر تمیز کردن در دسترس نمی باشد را دارد. امواج فراصوت کاندیدای خوبی برای خاک های سخت مانند ترکیبات سنبه و پخته در کربن برای همین می باشد. به عبارت دیگر در قطعه های پیچیده تر و آلودگی های سرسخت تر تمایل به استفاده از امواج التراسونیک بیشتر میشود.
فاکتور های زیاد دیگری وجود دارد که در معادله فرآیند تمیز کردن شرکت می کند مثل نوع خاک،محدودیت های شیمیایی،دما،زمان سیکل و ... .که تلاش ما برای نشان دادن تاثیر این پارامترها در فرآیند تمیز کردن التراسونیک می باشد.
در عملکرد تمیز کردن سه نوع انرژی وجود دارد :
1-انرژی حرارتی 2- انرژی شیمیایی 3- انرژی مکانیکی
که نتیچه عملکرد تمیز کردن به تعادل و ارتباط این سه انرژی بستگی دارد. پارامتر چهارم زمان می باشد که افزایش آن بر سه نوع انرژی تاثیر گذار می باشد.
التراسونیک فقط نوعی از انرژی مکانیکی می باشد که فقط یکی از عوامل موفقیت معادله حالت در فرآیند تمیز کردن می باشد. شکلهای دیگری از انرژی مکانیکی که در تمیز کردن استفاده می شود مانند غوطه وری ساده،اسپری، توربولیشن، همزدن و چرخش یک بخش می باشد. انتخاب نوع انرژی مکانیکی تا حد زیادی به ارتیاط گرمای آزاد شده و ترکیبات شیمیایی استفاده شده در فرآیند بستگی دارد. چندین بار شرکتها فقط جنبه های شیمیایی را هنگام کاهش بخار با محلول های شیمیایی تجاری دیگر بررسی کردند.یک روش موفقیت آمیز تمام پارامترها را بررسی می کند که بیشترین سرمایه گذاری را می خواهد.
التراسونیک نه یک نیروی جادویی است و نه آن که برای هر کاربردی مناسب باشد،بلکه فقط شکل دیگری از انرژی مکانیکی است که برای تقویت فرآیند های شیمیایی می باشد.
انرژی حرارتی:
1- به عنوان یک کاتالیست برای تقویت انرژی شیمیایی 2- بالا بردن سطح انرژی در هر نوع فرآیند 3- می تواند به عنوان آلاینده باشد مخصوصا در کاربرد التراسونیک به شرط اینکه روی انرژی شیمیایی یا مکانیکی اثر بگذارد.
انرژی شیمیایی:
1-فراهم کردن روشی برای شکستن پیوند های مولکولی 2- در درجه اول عمل کننده به عنوان یک آلاینده 3- فراهم کردن خواص هایی برای انجام دادن کارها مانند چربی زدایی، جمع آوری کردن ، فسفاته کردن و... 4- می تواند قطبی یا غیر قطبی باشد.
انرژی مکانیکی
1-انرژی فیزیکی لازم برای برای برداشتن آلودگی از روی سطح را فراهم می کند.2- استفاده برای تقویت انرژی شیمیایی و گرمایی 3- در شکل های مختلف شامل اسپری،همزدن،توربولیشن و التراسونیک قابل دسترس است.
استفاده از ترکیب این انرژی و پیدا کردن تعادل آنها برای عملکردتان می تواند یک پروژه چالش بر انگیز باشد. ارتباط شیمیایی و درجه حرارت حمام و درجه حرکت بحرانی که یک بخش می تواند تحمل کند، همه ی فاکتور های بحرانی که در روش تمیز کردن انتخاب می کنید می باشد.
مثال ها
اگر قطعه شما پیچیده نمی باشد، از فولاد تشکیل شده است، به آسیب های مکانیکی حساس نمی باشد و فقط با برش روغن آلوده می شود، شما به تمیز کردن با التراسونیک نیاز ندارید .بلکه چنین فرآیندی می تواند مفید باشد:
دما ← F 160
حالت شیمیایی ← PH خنثی
تلاطم حمام با جداسازی روغن
زمان فرآیند 5 دقیقه
و یا چنین فرآیندی می تواند به کار گرفته شود..
دما ← F 160
حالت شیمیایی ← PH خنثی
توربولیشن، نصب کردن قطعه با چرخش سبد و جداسازی روغن
زمان فرآیند ← 5 دقیقه
اگر در همان فرآیند قطعه ها در اطراف مخزن قرار داده شود و یا قطعه خورده شده باشد،5 فرآیند بدین شکل می شود.
دما ← F 180
حالت شیمیایی ← PH 12.5
توربولیشن با چرخش و بدون جداسازی با روغن
زمان سیکل ← 10 دقیقه
در این مرحله می توان التراسونیک را به عنوان یک کاتالیست مکانیکی معرفی کرد. با معرفی کردن یک دمای بالای درجه مکانیکی ممکن است زمان و دمای سیکل هر دو کاهش پیدا می کنند
دما ← F 140
حالت ← PH 12.5
التراسونیک بدون چرخش
زمان ← 5 دقیقه

زندگی واقعی :
تولید کننده سخت افزار هواپیمایی از یک بخار چربی زدا برای حذف روغن و اسید نیتریک 50 % در دمای 170 برای اکسید زدایی قطعات الومینیومی قبل از لحیم کاری استفاده می کند. با استفاده از التراسونیک امکان ترکیب دو فرآیند در در خط شستسو ممکن است فراهم شود.
1-چرب زدایی در یک محلول آبی با ph طبیعی به وسیله ی التراسونیک در دمای F 140
2-شستشوی آب گرم
3- 5% سیتریک اسید در F 140 با التراسونیک
4- شستشو دی یونیزه در F 160
5-شستسو دی یونیزه در F 160
6- خشک کردن در هوای داغ
سرمایه عملیات تولید 160000 دلار بود اما به خاطر صرفه جویی در هزینه های عملیات مانند چربی زدایی و از بین بردن زباله های اسید نیتریک بازگشت سرمایه در کمتر از 18 ماه انجام شد.
علاوه بر این این فرآیند امنیت بیشتری به کاربر داد و همچنین افزایش چشمگیری در کیفیت داده شد.
در واقع این کاربرد این فرآیند در اینجا بود که به تولید کننده اجازه داد تا با استفاده از التراسونیک بتواند درجه ی کار مکانیکی را زیاد کند و از اسید کمتری استفاده کند.
از مثال های موفقیت آمیز دیگر کاربرد التراسونیک در آبکاری می باشد. بشتر خطوط تولید، از محلول های بازی قوی در دمای حدود 170 درجه سانتی گراد در آبکاری الکتریکی و برای حذف خاک در ابتدای آبکاری، استفاده می کنند. در بسیاری موارد، قطغه به دئاخل بخار چربی زدا برده می شود.
مشکل این نوع شستشو محدودیت در سرعت شستشو، درجه ی بالای PH شیمیایی می باشد،به علت این آلودگی حمام آبکاری با انتقال و شستشو از بالا همراه است. قطعه ها قبل از آبکاری باید چربی زدایی بشوند زیرا PH بالا تمایل به امولسین کنندگی روغن و خالی کردن مواد شیمیایی دارد. با استفاده از التراسونیک های پر تراکم بیشتر این مشکلات محدود می شوند. التراسونیک در آبکاری پشت سر هم یا حلقه به حلقه با مواد شوینده خنثی در(F140˚) محل شستشوی الکترونیکی استفاده می شود.به همین دلیل مواد شیمیایی خنثی در هر روغنی بدون آمیخته شدن می توانند جریان پیدا کرده و جداسازی کنند.که این اغلب به خوبی منجر به حذف بخار چربی زدا مرحله ی قبلی آبکاری می شود. این روش بدون شستشو است و اغلب منجر به دو برابر شدن سرعت خط شستشو می شود،مزایای این فرآیند زیاد است از قبیل : آلوده نشدن حمام آبکاری، کاهش استفاده از آب به نصف ، پایدار تر بودن کیفیت تولید ، کمتر بودن هزینه های اتلاف عملیات و مواد شیمیایی، دو برابر شدن خروجی خط.
جدول I

مثال هایی از کاربرد فرآیندهای التراسونیک را نشان می دهد که افزایش انرژی مکانیکی در آنها مفید بوده است.

s

هنگامی تصمیم برای به کار گیری شستشو التراسونیک باید بتوان به این سوالات پاسخ داد:
1-آیا شکل قطعه پیچیده هست یا نه؟
2-آیا قطعه شکاف عمیق یا سوراخ کور دارد؟
3- آیا قطعه ظریف است؟ آیا همزدن قوی به قطعه آسیب می زند؟
4-آیا مواد شیمیایی قوی به قطعه آسیب میزند؟
5-آیا دمای بالا بر قطعه تاثیر می گذارد؟
6-آیا زمان سیکل شستشوی قطعه به خاطر حجمش محدود است؟
اگر جواب اغلب این سوال ها بله باشد سپس شستشوی الترسونیک کاندید می شود، وقتی اینده تمایل پیدا کند تا شستویی را که کیفیت بهتر ،محیط زیست امن تر را می سازد دیکته کند آنوقت التراسونیک وسیله ی برای کمک کردن به تو می شود.
اندازه سیستم
بعد از تعیین انتخاب روش التراسونیک به عنوالن بهترین روش تمیز کاری، باید به سراغ این سوال برویم که چگونه سطح قدرت صحیح و بشکه و شکل و... را انتخاب کنیم.
باید مقدار مشخص انرژی مورد نیاز برای نیروی آستانه ای حفره را بدست آورده بیاوریم. به عنوان مثال مقدار انرژی مورد نیاز برای دستیابی به فرایند حفره زایی.
مشکل این است هنگامی که قطعه داخل مخزن گذاشته می شود، انرژی ضعیف یا جذب می شود و اگر دانسیته جریاتن بالایی ( وات ) نداشته باشید نیروی شما به زیر نیروی بحرانی افت می کند و حفره زایی متوقف می شوند. به عبارت دیگربرای قطعات بزرگتر و سنگین تر نیاز به پتانسیل های بالاتر می باشد. برخی از تولید کننده های التراسونیک تراکم وات منطقه ای از تابش روبرو را W∕in2 5 تا 7 محاسبه کرده اند. پیشنهاد های دیگر برای سطح نیرو از لحاظ حجم W/gal 40 تا 75 می باشد. به دلیل جابجایی مبدل فراصوت ارتباط حجمی است که تعیین حجمی واقعی تر به نظر می رسد. مبدل مطلوب است دیافراگی داشته باشد که هنگام تجاوز حجم بیش از حد حرکت کند. این حرکت کردن معمولا انرژی کافی برای جبران تضعیف بار را تامین می کند.
در اغلب فرآیندهای چربی زدایی w/gal 40تا 60 مناسب به نظر می آید اگر چه در فرآیندهایی برای از بین بردن کربن سوخته یا انباشته ترکیب الماس از تراکم وات w/gal 100 تا 150 استفاده می شود.
اغلب به نظر می رسد که تعداد مبدل های مورد استفاده به عنوان یک معیار برای تعیین سطح نیرو در مخزن استفاده می شود که این اصلا روش دقیقی نمی باشد و تولید کننده ها نباید از آن به عنوان یک معیار استفاده کنند.اغلب کریستالهای مبدل ها دارای محدوده 20 تا 50 وات بر مبدل می باشند، ولی در مبدل های مغناطیسی می تواند دارای محدوده 50 تا 1000 وات بر مبدل باشد.به همین دلیل است که روش W/gal روش قابل اطمینان تری برای تعیین است اگر نیروی در دسترس مناسب و کافی باشد.
مبدل های پیزو الکتریک و مغناطیسی دارای ابزار متفاوتی در ساخت خود،توان خروجی بر مبدل و روش های پیوست می باشند، به عنوان مثال پیوند های اپوکسی یا نقره ی لحیم کاری شده.
برای کارایی بیشتر معمولا تمام پارامتر های عمومی در نظر گرفته می شود. معمولا پیزو الکتریک ها در کاربرد های نیروی پایین تر و مغناطیسی ها در کاربرد های نیرو بالاتر دیده می شود. این صحیح که بگیم نیروی بیشتر،هزینه ی بیشتر.بنابراین اگر شما می خواهید کثیفی کمی را شستشو دهید از تراکم کم وات مناسب می باشد،اما اگر شما موتور جت یا رشته ساز نساجی را دکربوره می کنید تراکم پر وات بر مخزن انتخاب بهتری می باشد.
مشخص کردن اندازه مخزن می تواند مشکل ساز باشد. تلاش برای هر نوع افزایش تولیدی در فر آیند می تواند چالش بر انگیز باشد، باید تولیدات بسیاری در آزمایشگاه یا با تجهیزات آزمایشگاه نزدیک به شرایط محیط تولید انجام گیرد. اندازه ی مخزن را به اندازه ای کافی بگیرید که شرایط مناسب برای پاکسازی کافی،قرار دادن و خارج نمودن راحت قطعه و سبد فراهم باشد. مورد دیگر که باید در نظر گرفته شود جابجایی مایع می باشد. به عنوان یک قانون عمومی حجم قطعه ما نباید بیشتر از 25 % حجم مخزن باشد. علت این موضوع حفظ سطح مایع کافی برای پوشش می باشد و شما نمی خواهین موقع گذاشتن سبدی از قطعات محلول در حال جابجایی سر ریز شود و شما دائما می خواهین آب بریزین تا سطح ثابت بماند.
دو مساله هست که باید آن ها را در نظر گرفت. یکی این که سیستم اولتراسنیک مجهز به سیستم فیلتراسیون با جداسازی مواد روغنی جدا شده از سطح قطعات باشد. این سیستم مانع ا زرسوب و قرار گیری دوباره ی مواد روغنی روی قطعات می شود. همچنین این کار باعث افزایش حفره زایی می شود، زیرا مقدار بالای ذرات موجب کاهش حفره زایی می شود. دومین مساله ی مهمی که لازم است تا به ان پرداخته شود، سیستم شستشوی کافی و مناسب می باشد. بدیهی است که با آب آلوده نمی توان ظروف تمیز به دست آورد.

چه زمانی باید شستشوی التراسونیک را در نظر گرفت ؟
شستشوی التراسونیک معمولا به دلیل هزینه های بالا در نظر گرفته نمی شود. این روش 30 الی 40 درصد نسبت به سایر روش های تمیز کردن هزینه را زیاد می کند. اگرچه به خاطر حفره در قطعه آبکاری به خاطر موییمگی حفظ شود به شستسو التراسونیک نیاز پیدا می کنیم.
این به این دلیل می باشد که در شستشو گرم مواد شیمیایی به دام افتاده و باقی مانده در حفره های ریز مویینگی حذف شود. حفره های کوچک کور نسبتا با نفوذ شسته می شوند به جای شستشو با جریان سریع. التراسونیک انرژی برخورد ضروری این نواحی را که در شستشو ،نفوذ سخت می باشد را افزایش می دهد. در مواردی که قطعه ها به شستشوی التراسونیک نیاز پیدا می کنند، مانند : رشته ساز نساجی،فشارهای فوق العاده بالا ، نازل دیزل سوخت و سوزن تزریق زیر جلدی و در جاهایی که قطعه ها به صورت پیچیده به یکدیگر می چسبند.
در سیستم آبشاری شستشوی التراسونیک باید مرحله ی نهایی شستشو باشد به علاوه تجزیه و تحلیل های آزمایشگاههه بهترین راه برای تعیین مرحله ی نهایی فرآیند می باشد.
مطمئن بودن از تجهیزات تامین کننده کار می تواند به بهبود فرآیند و انتخاب مواد فرآیند و تجهیزات کمک کند. آزمایشگاهی که عمده ی امکانات تامین کننده تجهیزات التراسونیک و تمیز کننده ها را دارد و براحتی قادر به تمیز کردن قطعات بدون پرداخت هزینه باشد. این از مزایای منایع در دسترس شماست.