1.7. Ультразвуковая очистка деталей
Среди процессов, протекающих под действием ультразвука в жидкостях, очистка изделий от различных загрязнений получила наибольшее распространение в промышленности. В обобщенном виде влияние различных факторов на механизм очистки можно представить в виде схемы, изображенной на рисунке 1.15.
Рисунок 1.15 – Механизм разрушения поверхностных пленок
в ультразвуковом поле
Разрушение поверхностных пленок в жидкости под действием ультразвука происходит благодаря кавитации и акустическим течениям. В некоторых случаях, например, при очистке контактным способом, когда УЗ колебания возбуждаются в самом очищаемом изделии, определенную роль могут играть знакопеременные напряжения, возникающие в пленке загрязнений при изгибных колебаниях детали и способствующие отслаиванию пленки, если ее усталостная прочность незначительна. Интенсивность, кавитация, скорость и характер акустических течений, величина радиационного давления, амплитуда колебаний самой детали зависят от частоты и интенсивности колебаний, физических свойств жидкости и в особенности – от ее температуры. Разрушение, отделение и растворение пленки загрязнений при УЗ очистке происходит благодаря со-вместному действию химически активной среды и факторов, обусловленных наложением акустического поля.
Известны три возможных механизма разрушения поверхностных пленок кавитационными пузырьками: отслоение, струйная очистка и эмульгирование. В первом случае пульсирующий пузырек «прилипает» к поверхности материала и внутренней поверхности отслоившейся пленки (рисунок 1.16). При интенсивных колебаниях пузырька на пленку начинают действовать силы, отрывающие ее от поверхности материала. Если силы сцепления пленки с поверхностью превосходят прочность самой пленки, то свободный кусочек ее отрывается (рисунок 1.16). В противном случае пленка отслаивается. Во втором случае пульсирующий кавитационный пузырек, перемещаясь по очищаемой поверхности, оставляет в пленке загрязнений «расчищенные дорожки», направление которых совпадает с траекторией движения пузырька. В этом случае разрушающее действие кавитации можно объяснить ударами струек жидкости о поверхность материала при делении крупных неустойчивых пузырьков на более мелкие. В третьем случае газовые пузырьки, имевшиеся в толще пленки, пульсируя под действием звукового поля и акустических течений, увлекают за со-бой часть окружающего вещества пленки загрязнений. Перемещение массы пленки приводит к ее разрывам. Одновременно идет другой процесс: кавитационные пузырьки распыляют мельчайшие капли воды на поверхность жировой пленки, обволакивающей газовый пузырек. Поскольку пульсирующий пузырек является своеобразным источником ультразвуковых колебаний, капельки жидкости могут отбрасываться, дробиться, и наблюдается явление, напоминающее распыление тонкого слоя жидкости на поверхности излучателя. Важным параметром, влияющим на эффективность процесса очистки, является интенсивность ультразвука. Выбор интенсивности зависит от вида очищаемого изделия, характера загрязнения, моющей жидкости и др.
Рисунок 1.16. – Схема отслоения пленки загрязнения
а) – образование пузырька у поверхности под пленкой; б) – отрыв
кусочка пленки от поверхности при пульсации пузырька
В зависимости от вида загрязнений целесообразно использовать следующие значения интенсивности: до 1–3 Вт/см2 – для легкоудаляемых загрязнений (масляных и жировых при механической обработке изделий, растворимых в моющей жидкости осад-ков, флюсов и т.п.); от 3 до 10 Вт/см2 – для загрязнений типа полировочных и притирочных паст, закатанных при обработке давлением физических загрязнений и смазок, полимеризовавшихся смазок и т.д.; свыше 10 Вт/см2 – для трудноудаляемых загрязнений (лаковых пленок, травильных шламов и т.п.). Для очистки протяженных каналов малого диаметра используется высоко-амплитудная очистка колебаниями с интенсивностью до 100 Вт/см2.
Многообразие задач и объектов очистки обусловливает необходимость учета множества специфических факторов при реализации процессов и решения проблем автоматизации УЗ воздействия в оптимальном режиме.