Независимо от того, как из необработанного металла изготавливают трубу или трубу, производственный процесс оставляет на поверхности значительное количество остаточного материала.Формовка и сварка на прокатном стане, волочение на чертежном столе или использование штабелеукладчика или экструдера с последующей обрезкой по длине могут привести к покрытию трубы или поверхности трубы смазкой и засорению мусором.К распространенным загрязнениям, которые необходимо удалять с внутренних и внешних поверхностей, относятся смазочные материалы на масляной и водной основе, возникающие при волочении и резке, металлический мусор от операций резки, а также заводская пыль и мусор.
Типичные методы очистки внутренней сантехники и воздуховодов с помощью водных растворов или растворителей аналогичны тем, которые используются для очистки наружных поверхностей.К ним относятся промывка, закупорка и ультразвуковая кавитация.Все эти методы эффективны и используются десятилетиями.
Конечно, у каждого процесса есть ограничения, и эти методы очистки не являются исключением.Для промывки обычно требуется ручной коллектор, и ее эффективность теряется, поскольку скорость промывочной жидкости снижается по мере приближения жидкости к поверхности трубы (эффект пограничного слоя) (см. Рисунок 1).Упаковка работает хорошо, но очень трудоемка и непрактична для трубок очень малого диаметра, например, используемых в медицинских целях (подкожные или просветные трубки).Ультразвуковая энергия эффективна для очистки внешних поверхностей, но она не может проникать через твердые поверхности и с трудом достигает внутренней части трубы, особенно когда продукт сложен в связку.Еще одним недостатком является то, что ультразвуковая энергия может повредить поверхность.Звуковые пузырьки очищаются за счет кавитации, высвобождая большое количество энергии у поверхности.
Альтернативой этим процессам является вакуумная циклическая нуклеация (VCN), которая заставляет пузырьки газа расти и схлопываться, перемещая жидкость.По сути, в отличие от ультразвукового процесса, он не повреждает металлические поверхности.
VCN использует пузырьки воздуха для перемешивания и удаления жидкости изнутри трубы.Это процесс погружения, который работает в вакууме и может использоваться как с жидкостями на водной основе, так и с жидкостями на основе растворителей.
Он работает по тому же принципу, по которому образуются пузырьки, когда вода в кастрюле закипает.Первые пузырьки образуются в определенных местах, особенно в часто используемых горшках.Тщательный осмотр этих участков часто выявляет шероховатости или другие дефекты поверхности на этих участках.Именно на этих участках поверхность кастрюли больше контактирует с заданным объемом жидкости.Кроме того, поскольку эти области не подвержены естественному конвективному охлаждению, в них легко могут образовываться пузырьки воздуха.
При теплопередаче при кипении тепло передается жидкости, повышая ее температуру до точки кипения.При достижении точки кипения температура перестает повышаться;добавление большего количества тепла приводит к образованию пара, первоначально в виде пузырьков пара.При быстром нагревании вся жидкость на поверхности превращается в пар, что называется пленочным кипением.
Вот что происходит, когда вы доводите кастрюлю с водой до кипения: сначала в определенных точках на поверхности кастрюли образуются пузырьки воздуха, а затем, когда вода взбалтывается и перемешивается, вода быстро испаряется с поверхности.У поверхности это невидимый пар;когда пар остывает от контакта с окружающим воздухом, он конденсируется в водяной пар, который хорошо виден по мере его образования над горшком.
Все знают, что это произойдет при температуре 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию), но это еще не все.Это происходит при данной температуре и стандартном атмосферном давлении, которое составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм (PSI [1 бар]).Другими словами, в день, когда давление воздуха на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, температура кипения воды на уровне моря составляет 212 градусов по Фаренгейту;В тот же день в горах на высоте 5000 футов в этом регионе атмосферное давление составляет 12,2 фунта на квадратный дюйм, а температура кипения воды составляет 203 градуса по Фаренгейту.
Вместо повышения температуры жидкости до точки кипения, процесс VCN снижает давление в камере до точки кипения жидкости при температуре окружающей среды.Подобно теплопередаче при кипении, когда давление достигает точки кипения, температура и давление остаются постоянными.Это давление называется давлением пара.Когда внутренняя поверхность трубки или трубы заполнена паром, внешняя поверхность пополняет пар, необходимый для поддержания давления пара в камере.
Хотя теплообмен при кипении является примером принципа VCN, процесс VCN работает обратно пропорционально кипению.
Выборочный процесс очистки.Генерация пузырей — это избирательный процесс, направленный на очистку определенных областей.Удаление всего воздуха снижает атмосферное давление до 0 фунтов на квадратный дюйм, что является давлением пара, в результате чего на поверхности образуется пар.Растущие пузырьки воздуха вытесняют жидкость с поверхности трубки или насадки.Когда вакуум сбрасывается, давление в камере возвращается к атмосферному и продувается, и свежая жидкость заполняет трубку для следующего вакуумного цикла.Циклы вакуума/давления обычно составляют от 1 до 3 секунд и могут быть установлены на любое количество циклов в зависимости от размера и загрязнения заготовки.
Преимущество этого процесса в том, что он очищает поверхность трубы, начиная с загрязненного участка.По мере роста пара жидкость выталкивается к поверхности трубки и ускоряется, создавая сильную рябь на стенках трубки.Наибольшее волнение происходит у стен, где растет пар.По сути, этот процесс разрушает пограничный слой, удерживая жидкость вблизи поверхности с высоким химическим потенциалом.На рис.2 показаны две стадии процесса с использованием 0,1% водного раствора ПАВ.
Для образования пара на твердой поверхности должны образовываться пузырьки.Это означает, что процесс очистки идет от поверхности к жидкости.Не менее важно и то, что зарождение пузырьков начинается с крошечных пузырьков, которые сливаются на поверхности, в конечном итоге образуя стабильные пузырьки.Таким образом, нуклеация благоприятствует областям с большей площадью поверхности по сравнению с объемом жидкости, таким как трубы и внутренние диаметры труб.
Из-за вогнутой кривизны трубы внутри трубы с большей вероятностью образуется пар.Поскольку пузырьки воздуха легко образуются на внутреннем диаметре, там сначала образуется пар, причем достаточно быстро, чтобы обычно вытеснять от 70% до 80% жидкости.Жидкость на поверхности на пике вакуумной фазы почти на 100% состоит из пара, что имитирует пленочное кипение при кипящей теплопередаче.
Процесс зародышеобразования применим к прямым, изогнутым или скрученным продуктам практически любой длины и конфигурации.
Найдите скрытые накопления.Системы водоснабжения, использующие VCN, могут значительно снизить затраты.Поскольку в процессе поддерживаются высокие концентрации химикатов из-за более сильного перемешивания у поверхности трубки (см. Рисунок 1), высокие концентрации химикатов не требуются для облегчения химической диффузии.Более быстрая обработка и очистка также приводит к повышению производительности данной машины, что увеличивает стоимость оборудования.
Наконец, процессы VCN как на основе воды, так и на основе растворителей могут повысить производительность за счет вакуумной сушки.Для этого не требуется никакого дополнительного оборудования, это всего лишь часть процесса.
Благодаря конструкции закрытой камеры и термической гибкости систему VCN можно конфигурировать различными способами.
Процесс нуклеации в вакуумном цикле используется для очистки трубчатых компонентов различных размеров и применений, таких как медицинские устройства малого диаметра (слева) и радиоволноводы большого диаметра (справа).
Для систем на основе растворителей в дополнение к VCN можно использовать другие методы очистки, такие как пар и распыление.В некоторых уникальных приложениях для улучшения VCN можно добавить ультразвуковую систему.При использовании растворителей процесс VCN поддерживается процессом вакуум-вакуум (или безвоздушным способом), впервые запатентованным в 1991 году. Этот процесс ограничивает выбросы и использование растворителей до 97% или выше.Этот процесс был признан Агентством по охране окружающей среды и Калифорнийским округом управления качеством воздуха южного побережья за его эффективность в ограничении воздействия и использования.
Системы растворителей, в которых используются VCN, экономически эффективны, поскольку каждая система способна проводить вакуумную перегонку, что обеспечивает максимальное извлечение растворителя.Это сокращает закупки растворителей и утилизацию отходов.Сам этот процесс продлевает срок службы растворителя;скорость разложения растворителя снижается с понижением рабочей температуры.
Эти системы подходят для последующей обработки, такой как пассивация кислотными растворами или стерилизация перекисью водорода или другими химическими веществами, если это необходимо.Поверхностная активность процесса VCN делает эти обработки быстрыми и экономически эффективными, и их можно комбинировать в одной конструкции оборудования.
На сегодняшний день машины VCN обрабатывают в полевых условиях трубы диаметром всего 0,25 мм и трубы с соотношением диаметра к толщине стенки более 1000:1.В лабораторных исследованиях VCN оказался эффективным при удалении внутренних загрязнений длиной до 1 метра и диаметром 0,08 мм;на практике он мог очищать сквозные отверстия диаметром 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 был выпущен в 1990 году как первый журнал, посвященный индустрии металлических труб.Сегодня он остается единственным отраслевым изданием в Северной Америке и стал самым надежным источником информации для профессионалов в области трубного оборудования.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The FABRICATOR, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The Tube & Pipe Journal, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный цифровой доступ к журналу STAMPING Journal, журналу о рынке штамповки металлов, где публикуются последние технологические достижения, передовой опыт и новости отрасли.
Теперь доступен полный доступ к цифровому изданию The Fabricator en Español, обеспечивающему легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Инструктор по сварке и художник Шон Флоттманн присоединился к подкасту The Fabricator на выставке FABTECH 2022 в Атланте, чтобы пообщаться в прямом эфире…
Время публикации: 13 января 2023 г.