Незалежно від того, як із сирого металу виготовлено трубу чи трубу, виробничий процес залишає значну кількість залишкового матеріалу на поверхні.Формування та зварювання на прокатному стані, креслення на креслярському столі або використання штабелера чи екструдера з наступним процесом різання на довжину може призвести до того, що труба або поверхня труби вкриються мастилом і можуть забитися сміттям.Звичайні забруднювачі, які необхідно видалити з внутрішніх і зовнішніх поверхонь, включають мастильні матеріали на масляній і водній основі від тягання та різання, металеве сміття від операцій різання, а також заводський пил і сміття.
Типові методи очищення внутрішньої сантехніки та повітроводів водними розчинами чи розчинниками подібні до тих, що використовуються для очищення зовнішніх поверхонь.До них відносяться промивання, заглушка та ультразвукова кавітація.Всі ці методи ефективні і використовуються десятиліттями.
Звичайно, кожен процес має обмеження, і ці методи очищення не є винятком.Зазвичай для промивання потрібен ручний колектор, і він втрачає свою ефективність, оскільки швидкість промивної рідини зменшується, коли рідина наближається до поверхні труби (ефект граничного шару) (див. Малюнок 1).Пакування працює добре, але є дуже трудомістким і непрактичним для дуже малих діаметрів, таких як ті, що використовуються в медичних цілях (підшкірні або просвітні трубки).Ультразвукова енергія ефективна при очищенні зовнішніх поверхонь, але вона не може проникати через тверді поверхні та важко досягає внутрішньої частини труби, особливо коли виріб у комплекті.Іншим недоліком є те, що ультразвукова енергія може пошкодити поверхню.Звукові бульбашки очищаються завдяки кавітації, вивільняючи велику кількість енергії біля поверхні.
Альтернативою цим процесам є вакуумне циклічне зародження (VCN), яке змушує бульбашки газу рости та згортатися для переміщення рідини.По суті, на відміну від ультразвукового процесу, він не ризикує пошкодити металеві поверхні.
VCN використовує бульбашки повітря для перемішування та видалення рідини зсередини труби.Це процес занурення, який працює у вакуумі та може використовуватися як з рідинами на водній основі, так і з рідинами на основі розчинників.
Він працює за тим самим принципом, за яким утворюються бульбашки, коли вода починає кипіти в каструлі.Перші бульбашки утворюються в певних місцях, особливо в добре використовуваних горщиках.Уважний огляд цих ділянок часто виявляє шорсткість або інші дефекти поверхні в цих областях.Саме в цих областях поверхня каструлі більше контактує з даним об’ємом рідини.Крім того, оскільки ці ділянки не піддаються природному конвективному охолодженню, можуть легко утворюватися бульбашки повітря.
При теплопередачі при кипінні тепло передається рідині для підвищення її температури до точки кипіння.При досягненні температури кипіння температура припиняється;додавання тепла призводить до появи пари, спочатку у формі бульбашок пари.При швидкому нагріванні вся рідина на поверхні перетворюється на пару, що називається плівковим кипінням.
Ось що відбувається, коли ви доводите каструлю з водою до кипіння: спочатку в певних місцях на поверхні каструлі утворюються бульбашки повітря, а потім, коли воду збовтують і перемішують, вода швидко випаровується з поверхні.Біля поверхні це невидима пара;коли пара охолоджується від контакту з навколишнім повітрям, вона конденсується у водяну пару, яку чітко видно, коли вона утворюється над горщиком.
Всі знають, що це станеться при температурі 212 градусів за Фаренгейтом (100 градусів Цельсія), але це ще не все.Це відбувається за цієї температури та стандартного атмосферного тиску, який становить 14,7 фунтів на квадратний дюйм (PSI [1 бар]).Іншими словами, у день, коли тиск повітря на рівні моря становить 14,7 psi, температура кипіння води на рівні моря становить 212 градусів за Фаренгейтом;того ж дня в горах на висоті 5000 футів у цьому регіоні атмосферний тиск становить 12,2 фунта на квадратний дюйм, де вода матиме температуру кипіння 203 градуси за Фаренгейтом.
Замість того, щоб підвищувати температуру рідини до точки кипіння, процес VCN знижує тиск у камері до точки кипіння рідини при температурі навколишнього середовища.Подібно до теплопередачі при кипінні, коли тиск досягає точки кипіння, температура і тиск залишаються постійними.Цей тиск називається тиском пари.Коли внутрішня поверхня труби або труби заповнена парою, зовнішня поверхня поповнює пару, необхідну для підтримки тиску пари в камері.
Хоча теплопередача при кипінні є прикладом принципу VCN, процес VCN працює зворотно кипінню.
Вибірковий процес очищення.Утворення бульбашок – це вибірковий процес, спрямований на очищення певних ділянок.Видалення всього повітря знижує атмосферний тиск до 0 фунтів на квадратний дюйм, що є тиском пари, що призводить до утворення пари на поверхні.Зростаючі бульбашки повітря витісняють рідину з поверхні трубки або сопла.Коли вакуум вивільняється, камера повертається до атмосферного тиску та очищається, свіжа рідина заповнює трубку для наступного циклу вакууму.Цикли вакууму/тиску зазвичай встановлюються від 1 до 3 секунд і можуть бути встановлені на будь-яку кількість циклів залежно від розміру та забруднення заготовки.
Перевагою цього процесу є те, що він очищає поверхню труби, починаючи з забрудненої ділянки.У міру зростання пари рідина виштовхується до поверхні трубки та прискорюється, створюючи сильну бриж на стінках трубки.Найбільший ажіотаж буває біля стін, де росте пара.По суті, цей процес руйнує прикордонний шар, утримуючи рідину близько до поверхні з високим хімічним потенціалом.На рис.2 показані дві стадії процесу з використанням 0,1% водного розчину поверхнево-активної речовини.
Для утворення пари на твердій поверхні повинні утворюватися бульбашки.Це означає, що процес очищення йде від поверхні до рідини.Не менш важливо, що зародження бульбашок починається з крихітних бульбашок, які зливаються на поверхні, зрештою утворюючи стабільні бульбашки.Таким чином, нуклеація надає перевагу областям з більшою площею поверхні над об’ємом рідини, таким як труби та внутрішній діаметр труб.
Завдяки увігнутій кривизні труби пара частіше утворюється всередині труби.Оскільки бульбашки повітря легко утворюються на внутрішньому діаметрі, пара утворюється спочатку там і досить швидко, щоб зазвичай витіснити від 70% до 80% рідини.Рідина на поверхні на піку вакуумної фази майже на 100% складається з пари, що імітує плівкове кипіння під час передачі тепла при кипінні.
Процес нуклеації застосовний до прямих, вигнутих або скручених виробів майже будь-якої довжини чи конфігурації.
Знайдіть приховані заощадження.Системи водопостачання з використанням VCN можуть значно знизити витрати.Оскільки процес підтримує високі концентрації хімічних речовин через сильніше змішування біля поверхні трубки (див. рисунок 1), високі концентрації хімічних речовин не потрібні для полегшення хімічної дифузії.Швидша обробка та очищення також призводить до підвищення продуктивності даної машини, таким чином збільшуючи вартість обладнання.
Нарешті, процеси VCN як на водній основі, так і на основі розчинників можуть підвищити продуктивність за допомогою вакуумного сушіння.Для цього не потрібне додаткове обладнання, це лише частина процесу.
Завдяки конструкції закритої камери та термічній гнучкості систему VCN можна конфігурувати різними способами.
Процес нуклеації вакуумного циклу використовується для очищення трубчастих компонентів різних розмірів і застосувань, таких як медичні пристрої малого діаметра (ліворуч) і радіохвилеводи великого діаметра (праворуч).
Для систем на основі розчинників, крім VCN, можна використовувати інші методи очищення, такі як пара та розпилення.У деяких унікальних програмах можна додати ультразвукову систему для покращення VCN.При використанні розчинників процес VCN підтримується процесом вакуум-вакуум (або безповітряним процесом), вперше запатентованим у 1991 році. Процес обмежує викиди та використання розчинників до 97% або вище.Цей процес був визнаний Агентством з охорони навколишнього середовища та управлінням якості повітря Каліфорнійського округу Південного узбережжя за його ефективність у обмеженні впливу та використання.
Системи розчинників, які використовують VCN, є економічно ефективними, оскільки кожна система здатна до вакуумної дистиляції, що максимізує відновлення розчинника.Це зменшує закупівлю розчинників і утилізацію відходів.Сам цей процес продовжує життя розчинника;швидкість розкладання розчинника зменшується зі зниженням робочої температури.
Ці системи підходять для наступної обробки, такої як пасивація кислотними розчинами або стерилізація перекисом водню чи іншими хімічними речовинами, якщо це необхідно.Поверхнева активність процесу VCN робить ці обробки швидкими та економічно ефективними, і їх можна комбінувати в одній конструкції обладнання.
На сьогодні машини VCN обробляють труби діаметром лише 0,25 мм і труби з відношенням діаметра до товщини стінки понад 1000:1 у польових умовах.У лабораторних дослідженнях VCN був ефективним у видаленні внутрішніх забруднень спіралі довжиною до 1 метра та діаметром 0,08 мм;на практиці він міг очищати наскрізні отвори діаметром до 0,15 мм.
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 був запущений у 1990 році як перший журнал, присвячений промисловості металевих труб.Сьогодні це єдине галузеве видання в Північній Америці та стало найбільш надійним джерелом інформації для професіоналів з труб.
Тепер доступний повний цифровий доступ до FABRICATOR, що забезпечує легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Тепер доступний повний цифровий доступ до The Tube & Pipe Journal, що забезпечує легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Насолоджуйтеся повним цифровим доступом до STAMPING Journal, журналу ринку металевого штампування з останніми технологічними досягненнями, найкращими практиками та новинами галузі.
Тепер доступний повний доступ до цифрової версії The Fabricator en Español, що забезпечує легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Інструктор зі зварювання та художник Шон Флоттманн приєднався до подкасту The Fabricator на FABTECH 2022 в Атланті для живого чату…
Час публікації: 13 січня 2023 р