Bez obzira na to kako se od sirovog metala napravi cijev ili cijev, proces proizvodnje ostavlja značajnu količinu zaostalog materijala na površini.Oblikovanje i zavarivanje na valjaonici, crtanje na stolu za crtanje ili korištenje šipača ili ekstrudera nakon čega slijedi proces rezanja na duljinu može uzrokovati da se cijev ili površina cijevi prekriju mašću i mogu se začepiti krhotinama.Uobičajeni kontaminanti koje je potrebno ukloniti s unutarnjih i vanjskih površina uključuju maziva na bazi ulja i vode od izvlačenja i rezanja, metalne ostatke od operacija rezanja te tvorničku prašinu i ostatke.
Uobičajene metode za čišćenje unutarnjih vodovodnih instalacija 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 učinkovite i koriste se desetljećima.
Naravno, svaki proces ima ograničenja, a ove metode čišćenja nisu iznimka.Ispiranje obično zahtijeva ručni razvodnik i gubi svoju učinkovitost kako se brzina tekućine za ispiranje smanjuje kako se tekućina približava površini cijevi (učinak graničnog sloja) (vidi sliku 1).Pakiranje dobro funkcionira, ali je vrlo naporno i nepraktično za vrlo male promjere poput onih koji se koriste u medicinskim primjenama (potkožne ili luminalne cijevi).Ultrazvučna energija je učinkovita u čišćenju vanjskih površina, ali ne može prodrijeti kroz tvrde površine i teško dopire do unutrašnjosti cijevi, posebno kada je proizvod u snopu.Još jedan nedostatak je da 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 rast i skupljanje mjehurića plina kako bi pomaknula tekućinu.U osnovi, za razliku od ultrazvučnog procesa, nema opasnosti od oštećenja 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 s tekućinama na bazi vode i otapala.
Radi na istom principu na kojem se stvaraju mjehurići kada voda u loncu počne kuhati.Na određenim mjestima nastaju prvi mjehurići, posebno u dobro korištenim posudama.Pažljiva inspekcija ovih područja često otkriva hrapavost ili druge površinske nedostatke na tim područjima.Upravo je u tim područjima površina posude u većem kontaktu s određenim volumenom tekućine.Osim toga, budući da ta područja nisu podložna prirodnom konvektivnom hlađenju, lako se mogu stvoriti mjehurići zraka.
Kod prijenosa topline ključanjem, toplina se prenosi na tekućinu kako bi se njena temperatura podigla do točke vrelišta.Kada se postigne točka vrenja, temperatura prestaje rasti;dodavanje više topline rezultira parom, u početku u obliku mjehurića pare.Kada se brzo zagrije, sva tekućina na površini pretvara se u paru, što je poznato kao filmsko ključanje.
Evo što se događa kada lonac s vodom zakuhate: prvo se na određenim mjestima na površini lonca stvaraju mjehurići zraka, a zatim, kako se voda miješa i miješa, voda brzo isparava s površine.Blizu površine to je nevidljiva para;kada se para ohladi od dodira s okolnim zrakom, kondenzira se u vodenu paru, koja je jasno vidljiva dok se formira iznad posude.
Svi znaju da će se to dogoditi na 212 stupnjeva Fahrenheita (100 stupnjeva Celzijevih), ali to nije sve.To se događa pri ovoj temperaturi i standardnom atmosferskom tlaku, koji iznosi 14,7 funti po kvadratnom inču (PSI [1 bar]).Drugim riječima, na dan kada je tlak zraka na razini mora 14,7 psi, vrelište vode na razini mora je 212 stupnjeva Fahrenheita;istoga dana u planinama na 5000 stopa u ovoj regiji atmosferski tlak iznosi 12,2 funte po kvadratnom inču, gdje bi voda imala točku ključanja od 203 stupnja Fahrenheita.
Umjesto podizanja temperature tekućine do točke vrenja, VCN postupak snižava tlak u komori do točke ključanja tekućine na temperaturi okoline.Slično prijenosu topline ključanja, kada tlak dosegne točku vrelišta, temperatura i tlak ostaju konstantni.Taj se tlak naziva tlakom pare.Kada je unutarnja površina cijevi ili cijevi ispunjena parom, vanjska površina nadopunjuje paru potrebnu za održavanje tlaka pare u komori.
Iako je prijenos topline ključanjem primjer načela VCN-a, VCN proces djeluje obrnuto s vrenjem.
Selektivni proces čišćenja.Stvaranje mjehurića je selektivni proces usmjeren na 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 tlak i pročišćava se, a svježa tekućina ispunjava cijev za sljedeći ciklus vakuuma.Ciklusi vakuuma/tlaka obično su postavljeni na 1 do 3 sekunde i mogu se postaviti na bilo koji broj ciklusa ovisno o veličini i kontaminaciji obratka.
Prednost ovog postupka je što čisti površinu cijevi počevši od onečišćenog područja.Kako para raste, tekućina se potiskuje na površinu cijevi i ubrzava, stvarajući snažno mreškanje na stijenkama cijevi.Najveće uzbuđenje događa se na zidovima, gdje raste para.U biti, ovaj proces razbija granični sloj, zadržavajući tekućinu blizu površine visokog kemijskog potencijala.Na sl.Slika 2 prikazuje dva koraka postupka upotrebom 0,1% vodene otopine surfaktanta.
Za stvaranje pare moraju se stvoriti mjehurići na čvrstoj površini.To znači da proces čišćenja ide od površine prema tekućini.Jednako važno, nukleacija mjehurića počinje sićušnim mjehurićima koji se spajaju na površini, na kraju stvarajući stabilne mjehuriće.Stoga nukleacija favorizira područja s velikom površinom u odnosu na volumen tekućine, kao što su cijevi i unutarnji promjer cijevi.
Zbog konkavne zakrivljenosti cijevi veća je vjerojatnost stvaranja pare unutar cijevi.Budući da se mjehurići zraka lako stvaraju na unutarnjem promjeru, tamo se prvo stvara para i dovoljno brzo da tipično istisne 70% do 80% tekućine.Tekućina na površini na vrhuncu vakuumske faze gotovo je 100% para, što oponaša kipuće filmsko kipuće u prijenosu topline ključanjem.
Proces nukleacije primjenjiv je na ravne, zakrivljene ili upletene proizvode gotovo bilo koje duljine ili konfiguracije.
Pronađite skrivene ušteđevine.Vodovodni sustavi koji koriste VCN mogu značajno smanjiti troškove.Budući da proces održava visoke koncentracije kemikalija zbog jačeg miješanja u blizini površine cijevi (vidi sliku 1), visoke koncentracije kemikalija nisu potrebne za olakšavanje kemijske difuzije.Brža obrada i čišćenje također rezultira većom produktivnošću za određeni stroj, čime se povećava cijena opreme.
Konačno, VCN procesi na bazi vode i otapala mogu povećati produktivnost sušenjem pod vakuumom.Ovo ne zahtijeva nikakvu dodatnu opremu, to je samo dio procesa.
Zbog dizajna zatvorene komore i toplinske fleksibilnosti, VCN sustav može se konfigurirati na različite načine.
Proces nukleacije vakuumskog ciklusa koristi se za čišćenje cjevastih komponenti različitih veličina i primjena, kao što su medicinski uređaji malog promjera (lijevo) i radio valovoda velikog promjera (desno).
Za sustave na bazi otapala, osim VCN-a, mogu se koristiti i druge metode čišćenja kao što su para i sprej.U nekim jedinstvenim primjenama može se dodati ultrazvučni sustav za poboljšanje VCN-a.Kada se koriste otapala, VCN proces je podržan postupkom od vakuuma do vakuuma (ili bez zraka), prvi put patentiranim 1991. Proces ograničava emisije i upotrebu otapala na 97% ili više.Proces je priznat od strane Agencije za zaštitu okoliša i upravljanja kvalitetom zraka Kalifornijskog okruga Južne obale zbog njegove učinkovitosti u ograničavanju izloženosti i upotrebe.
Sustavi otapala koji koriste VCN su isplativi jer je svaki sustav sposoban za vakuumsku destilaciju, maksimizirajući oporavak otapala.To smanjuje kupnju otapala i odlaganje otpada.Sam ovaj proces produljuje vijek trajanja otapala;brzina razgradnje otapala opada kako se smanjuje radna temperatura.
Ovi sustavi su prikladni za naknadnu obradu kao što je pasivizacija kiselim otopinama ili sterilizacija vodikovim peroksidom ili drugim kemikalijama ako je potrebno.Površinska aktivnost VCN procesa čini ove tretmane brzima i isplativima, a mogu se kombinirati u istom dizajnu opreme.
Do danas su VCN strojevi obrađivali cijevi promjera samo 0,25 mm i cijevi s omjerom promjera i debljine stijenke većim od 1000:1 na terenu.U laboratorijskim studijama, VCN je bio učinkovit u uklanjanju unutarnjih zavojnica onečišćenja do 1 metra duljine i 0,08 mm u promjeru;u praksi je mogao očistiti rupe promjera 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 pokrenut je 1990. godine kao prvi časopis posvećen industriji metalnih cijevi.Danas je to jedina industrijska publikacija u Sjevernoj Americi i postala je najpouzdaniji izvor informacija za stručnjake za cijevi.
Potpuni digitalni pristup FABRICATOR-u je sada dostupan, pružajući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Potpuni digitalni pristup časopisu The Tube & Pipe Journal sada je dostupan, što omogućuje jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Uživajte u potpunom digitalnom pristupu STAMPING Journalu, tržišnom časopisu o žigosanju metala s najnovijim tehnološkim dostignućima, najboljim praksama i vijestima iz industrije.
Potpuni pristup digitalnom izdanju The Fabricator en Español sada je dostupan, što omogućuje jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Instruktor zavarivanja i umjetnik Sean Flottmann pridružio se podcastu The Fabricator na sajmu FABTECH 2022 u Atlanti za razgovor uživo…
Vrijeme objave: 13. siječnja 2023