Ультразвуковая очистка - способ очистки поверхности твёрдых тел в моющих жидкостях, при котором в жидкость тем или иным способом вводятся ультразвуковые колебания. Применение ультразвука обычно значительно ускоряет процесс очистки и повышает его качество. Кроме того, во многих случаях удаётся заменить огнеопасные и токсичные растворители на более безопасные моющие вещества без потери качества очистки. Ультразвуковая очистка находит применение во многих отраслях промышленности, при ремонте машин и механизмов, в ювелирном и реставрационном деле, в медицине и т. д. Очистка происходит за счёт совместного действия разных нелинейных эффектов, возникающих в жидкости под действием мощных ультразвуковых колебаний. Эти эффекты: кавитация, акустические течения, звуковое давление, звукокапиллярный эффект, из которых кавитация играет решающую роль. Кавитационные пузырьки, пульсируя и схлопываясь вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как кавитационная эрозия.
Для ультразвуковой очистки важен правильный подбор моющего раствора, с тем чтобы он эффективно растворял или эмульгировал загрязняющие вещества, при этом по возможности не влияя на саму очищаемую поверхность. Последнее обстоятельство особенно важно, поскольку ультразвук обычно значительно ускоряет физико-химические процессы в жидкостях, и агрессивное моющее вещество может быстро повредить поверхность.
Ультразвуковую очистку не следует применять, когда кавитационная стойкость очищаемой поверхности меньше, чем стойкость загрязнения.
Например, при удалении пригарных плёнок с алюминиевых деталей велика вероятность разрушения самих деталей. Следует помнить из урока химии 7 класс, что алюминий взаимодействует с водой, с выделением водорода, и гидроксида алюминия. Его защищает оксидная пленка. Которая с легкостью может быть разрушена. Оптимальную концентрацию рабочего раствора подбирают экспериментально.
При чистке высоколегированных сталей желательно промывка в дистиллированной воде. Для нейтрализации щелочных остатков рекомендуется промывка слабым раствором лимонной кислоты. Концентрацию рабочего раствора и промывочного корректируют ионометром (рН — метр) или лакмусовой бумагой.
Загрязнения и воздействия на них
С точки зрения ультразвуковой очистки загрязнения различаются по трём признакам:
1. Кавитационная стойкость, то есть способность выдерживать микроударные нагрузки.
2. Прочность связи с очищаемой поверхностью, сопротивляемость к отслаиванию.
3. Степень взаимодействия с моющей жидкостью, то есть способна ли и насколько способна эта жидкость растворять или эмульгировать загрязнение.
Кавитационно стойкие загрязнения хорошо поддаются ультразвуковой очистке только если они слабо связаны с поверхностью или взаимодействуют с моющим раствором. Таковы жировые загрязнения, которые хорошо отмываются в слабощелочных растворах. Покрытия из лака или краски, окалина, окисные плёнки обычно кавитационно стойки и хорошо связаны с поверхностью. Для ультразвуковой очистки от таких загрязнений нужны достаточно агрессивные растворы, потому что здесь возможно действие только по третьему из перечисленных признаков.
Кавитационно нестойкие загрязнения (пыль, пористая органика, продукты коррозии) относительно легко удаляются даже без применения специальных растворов.
При ультразвуковой очистке в качестве моющей жидкости применяют как простую воду, так и водные растворы моющих средств и органические растворители. Выбор средства определяется видом загрязнений и свойствами очищаемой поверхности (см. выше).
Устройства для ультразвуковой очистки
Для ультразвуковой очистки нужна ёмкость с моющим раствором и источник механических колебаний ультразвуковой частоты, называемый ультразвуковым излучателем. В качестве излучателя может выступать поверхность ультразвукового преобразователя, корпус ёмкости и даже сама очищаемая деталь. В последних случаях ультразвуковой преобразователь прикрепляется, соответственно, к корпусу или к детали.
Ультразвуковой преобразователь преобразует подаваемые на него электрические колебания в механические такой же частоты. В большинстве установок используются частоты от 18 до 44 кГц с интенсивностью колебаний от 0,5 до 10 Вт/см?. Верхняя граница частотного диапазона обусловлена механизмом образования и разрушения кавитационных пузырьков: при очень большой частоте пузырьки не успевают захлопываться, что снижает микроударное действие кавитации.
Преобразователи могут быть магнитострикционные или пьезокерамические. Первые отличаются большими размерами и массой, значительно более низким КПД, однако позволяют достигать большой мощности, порядка нескольких киловатт. Пьезокерамические преобразователи компактнее, легче, экономичнее, но мощность их, как правило, не так велика - до нескольких сотен ватт. Такая мощность, впрочем, достаточна для абсолютного большинства применений, учитывая, что в крупных установках используются сразу несколько излучателей.
Наиболее известные устройства - это ультразвуковые ванны, установки специально предназначенные для ультразвуковой очистки. Преобразователи в таких ваннах как правило или встраиваются в отверстия в корпусе, или крепятся к корпусу, делая его излучателем, или помещаются внутрь в виде отдельных модулей. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки.
Отдельные модули ультразвуковых преобразователей (излучателей) могут встраиваться в технологические линии, где требуется быстрая и качественная очистка. Так, например, поступают для непрерывной очистки металлического проката и проволоки на разных стадиях их производства и использования.
Известны преобразователи, выполненные в виде небольших ручных инструментов для точной очистки сложных поверхностей. Для очистки печатных плат, применяемых в радиоэлектронике, наилучшие показатели (полученые эксперементальным путём) имеет раствор из популярных моющих средств таких как «мистер мускул 30%, фэрри 30% и вода. при очистке в специальных ваннах желательно производить подогрев раствора до температуры +25-40 градусов цельсия в течении всего процесса.
Ультразвуковая очистка — способ очистки поверхности твердых тел, основанный на возбуждении в моющем растворе колебаний ультразвуковой частоты.
Научную основу для создания аппаратуры и разработки технологии ультразвуковой очистки заложили работы в области акустической кавитации, проводившиеся в «Акустическом институте имени академика Н.Н.Андреева» под руководством профессора Л.Д.Розенберга.
Ультразвуковая очистка позволяет заменить ручной труд, ускорив тем самым процесс очистки, получить высокую степень чистоты поверхности, практически исключить использование пожароопасных и токсичных растворителей.
Процесс ультразвуковой очистки обусловлен рядом явлений, возникающих в ультразвуковом поле высокой интенсивности: акустической кавитацией, акустическими течениями, радиационным давлением, звукокапиллярным эффектом.
Исследования показали, что в зависимости от вида загрязнения преобладающую роль в очистке играют различные процессы. Так, разрушение слабо взаимосвязанных загрязнений происходит, в основном, под действием пульсирующих (незахлопыващихся) кавитационных пузырьков. На краях пленки загрязнений пульсирующие пузырьки, совершая интенсивные колебания, преодолевают силы сцепления пленки с поверхностью, проникают под пленку, разрывают и отслаивают ее. Радиационное давление и звукокапиллярный эффект способствуют проникновению моющего раствора в микропоры, неровности и глухие каналы. Акустические течения осуществляют ускоренное удаление загрязнений с поверхности. Если же загрязнения прочно связаны с поверхностью, то для их разрушения и удаления с поверхности необходимо наличие захлопывающихся кавитационных пузырьков, создающих микроударное воздействие на поверхность.
Для осуществления необходимого режима ультразвуковой очистки необходим выбор оптимальных значений интенсивности ультразвука и частоты колебаний. С повышением частоты кавитационный пузырек не достигает конечной стадии захлопывания, что снижает микроударное действие кавитации. Чрезмерное понижение частоты приводит к увеличению уровня воздушного шума, и требует увеличения габаритов излучателя. Поэтому большинство промышленных установок работает в диапазоне 18-44 килогерц.
Повышение интенсивности ультразвука сверх определенного предела приводит к увеличению амплитудного значения давления, и кавитационный пузырек вырождается в пульсирующий. При малых значениях интенсивности слабо выражена кавитация и все вторичные эффекты, возникающие в жидкости при введении ультразвуковых колебаний и определяющие эффективность очистки. Рабочий интервал интенсивности составляет 0.5-10 Вт/см2.
Большую роль в процессе очистки играет правильно подобранный состав моющей жидкости. При этом необходимо учитывать свойства материала очищаемой детали и вид загрязнений. Моющая жидкость должна вступать в химическое взаимодействие только с поверхностными загрязнениями, но не с материалом очищаемого изделия. Существенное влияние на протекание и развитие в моющих растворах специфических явлений, возбуждаемых ультразвуком, оказывают физико-химические свойства жидкости. Повышение упругости пара внутри пузырька резко снижает интенсивность кавитации, поэтому, например, применение для ультразвуковой очистки водных растворов более эффективно, чем применение органических растворителей.
В настоящее время в качестве устройств ультразвуковой очистки нашли применение специальные ванны.
Следует помнить, что категорически запрещается использовать в качестве моющего раствора легковоспламеняющиеся и взрывоопасные вещества! Допускается добавления в водные моющие растворы «Фаворит Ультра» тестовой жидкости «Фаворит Тест» для улучшения отмывания стойких загрязнений. При этом раствор полученный смешиванием этих двух жидкостей становится невзрывоопасным. Однако в процессе хранения отработанного состава полученного смешиванием этих двух жидкостей, происходит расслоение. Более легкий «Фаворит Тест» состоящий из органических растворителей собирается в емкости сверху и может представлять угрозу возгорания. Дезинфекция и стерилизация медицинских инструментов Государственный научный центр «НИОПИК» предлагает широкий спектр препаратов для дезинфекции и стерилизации медицинских инструментов. В......
Очистку деталей и различных поверхностей от загрязнителей необходимо проводить регулярно, причем делать это следует с использованием специальных моющих средств и/или оборудования.
Масло, мазут, накипь, пыль и застарелую грязь невозможно убрать обычной горячей и, тем более холодной водой.
Чистка узлов и агрегатов конвейеров, насосов, автомобилей, требуется во многих случаях, в том числе для сохранения производительности механизмов и двигателей, для осмотра поверхностей с целью определения степени их износа и ремонтопригодности, для выявления иных изъянов. Но, несмотря на то, что сегодня существует достаточное количество простых, эффективных и экономичных технологий, многие владельцы предприятий и транспортных компаний отдают предпочтение ультразвуковой очистке деталей. Насколько это оправдано и зачем платить больше?
Особенности ультразвуковой очистки
Прежде всего, разберемся, что такое – ультразвуковая очистка деталей. Данная технология заключается в использовании ультразвуковых колебаний для повышения эффективности моющих средств. Ультразвук значительно ускоряет процесс, при этом повышается и качество работы. Более того, данная методика дает возможность отказаться от токсичных традиционных веществ, таких как керосин и бензин. При этом существенно снижается вероятность возникновения пожаров и взрывоопасных ситуаций на производстве, а также снижается степень воздействия на здоровье людей.
Ультразвук действует путем образования нелинейных эффектов, которые появляются в жидкостях при прохождении сквозь них мощных импульсов. Основным таким эффектом является кавитация, которая подразумевает появление пузырьков воздуха, схлопывающихся возле загрязнителя и разрушающих их. Это – кавитационная эрозия, или искусственно вызванное воздействие на поверхности узлов и агрегатов.
То есть, высокие технологии дают возможность без особых проблем использовать специальные ванны и составы с целью аккуратной ультразвуковой очистки деталей. В то же время существует достаточное количество негативных факторов, которые заставляют задуматься, действительно ли оправдано применение ультразвука в современных автомастерских и прочих сервисных центрах.
Среди основных недостатков кавитационной эрозии следует особо отметить, что:
- При наличии сильных загрязнений потребуется поэтапная ультразвуковая очистка деталей. В этом случае работник будет вынужден постоянно отвлекаться на перенос очищаемых предметов в корзинах из одной ванны в другую. Конечно, существует возможность оборудования системы специальными механизированными линиями, но это приведет к удорожанию процесса и появлению дополнительных расходов на техническое обслуживание.
- Несмотря на то, что очистка ультразвуком не требует применения высокотоксичных моющих средств, в ней все равно используют агрессивные вещества, которые под воздействием ультразвука начинают интенсивно испаряться в атмосферу. То есть, оказывается негативное воздействие на окружающую среду и здоровье всех работников в помещении. Чтобы избежать воздействия данного фактора на людей, необходимо оснащать цеха и мастерские специальными вентиляционными системами. А это – еще одна статья расходов на приобретение, содержание и обслуживание.
- Чтобы ультразвуковое воздействие было эффективным, для каждого типа загрязнителей необходимо подбирать состав в индивидуальном порядке. При неправильном подборе такого состава существует серьезная опасность повреждения поверхностей деталей, так как ультразвук максимально повышает физико-химические процессы в агрессивных моющих средствах.
- Консультация специалистов необходима и для того, чтобы определить степень эффективности очистки тех или иных узлов и агрегатов. Если в загрязнителях уровень кавитационной стойкости выше, чем у самих поверхностей, то применение ультразвука однозначно испортит эти поверхности. В качестве примера можно привести пригарные пленки на алюминиевых сплавах – если удалять их при помощи ультразвуковой ванны, вероятность разрушения сплава выше, чем вероятность разрушения загрязнителя. Кроме того, специалист должен не только определить стойкость детали, выбрать моющее средство, но и указать, какой необходимо использовать режим работы.
- Так же не следует забывать про сравнительную сложность устройств для ультразвуковой очистки. Как известно, чем сложнее устройство – тем больше средств и времени необходимо затрачивать на техническое обслуживание и ремонт, а вероятность поломок вырастает многократно по сравнению с простыми и действенными технологиями.
В данный перечень необходимо внести еще один негативный фактор. Очитку конкретной детали или узла ультразвуком нельзя производить прямо на двигателе, поскольку технология подразумевает применение ванны. В то же время существуют современные немецкие технологии компании IBS Scherer GmbH, которые работают намного проще, эффективнее, экономичнее и безопаснее.
Конечно, ультразвуковую чистку нельзя полностью сбрасывать со счетов. Но применять ее лучше в узкоспециализированном смысле – например, в ювелирном деле и медицине.
Эффективная очистка: просто, недорого и эффективно
Немецкий производитель IBS Scherer уже полвека работает на рынке и за это время создал уникальную технологию и деталей узлов и агрегатов. Суть технологии заключается в использовании тандема из простейшего оборудования и безопасных для здоровья и окружающей среды моющих веществ. Суть технологии заключается в том, что моющий состав после нажатия на ножной переключатель и начала работы портативного насоса подается на щетку через шланг.
Совмещение механического воздействия и воздействия химических препаратов ускоряет работу, причем данные препараты настолько эффективны, что не требуют предварительного нагрева. Отработанная жидкость возвращается в резервуар, где тяжелые частицы загрязнителя оседают на дно. Таким образом, один и тот же состав можно использовать до года! Причем одна из моделей моющей машины дает возможность очищать детали, не снимая их с двигателя, что значительно повышает скорость очистки.
Более подробно о технологии, оборудовании и специальных моющих средствах IBS можно прочитать в соответствующих разделах. Так же можно узнать о наличии актуальных предложений для недорогой и эффективной чистки у наших консультантов.
Что такое ультразвук?
Ультразвук (УЗ) - упругие колебания и волны, частота которых выше 15…20 кГц. Нижняя граница области ультразвуковых частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной. Верхняя граница обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться лишь в материальной среде, то есть при условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. Поэтому в газах верхнюю границу частот УЗ определяют из условия приблизительного равенства длины звуковой волны и длины свободного пробега молекул. При нормальном давлении она составляет 10 9 Гц. В жидкостях и твердых телах определяющим является равенство длины волны межатомным расстояниям, и граничная частота достигает 10 12 -10 13 Гц. В зависимости от длины волны и частоты УЗ обладает специфическими особенностями излучения, приема, распространения и применения, поэтому область ультразвуковых частот удобно подразделить на три подобласти:
Низкие - 1,5–10…10 5 Гц;
Средние - 10 5 …10 7 Гц;
Высокие - 10 7 …10 9 Гц.
Упругие волны с частотами 1·10 8 …1·10 13 Гц принято называть гиперзвуком.
Теория звуковых волн
Ультразвук как упругие волны
Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от упругих волн слышимого диапазона, а также от инфразвуковых волн.
Распространение ультразвука подчиняется основным законам, общим для акустических волн любого диапазона частот, обычно называемых звуковыми волнами. К основным законам их распространения относятся законы отражения и преломления звука на границах различных сред, дифракция и рассеяние звука при наличии препятствий и неоднородностей в среде и неровностей на границах, законы волноводного распространения в ограниченных участках среды.
Специфические особенности ультразвука
Хотя физическая природа УЗ и управляющие его распространением основные законы те же, что и для звуковых волн любого диапазона частот, он обладает рядом специфических особенностей, определяющих его значимость в науке и технике. Они обусловлены его относительно высокими частотами и, соответственно, малой длиной волны.
Так, для высоких ультразвуковых частот длины волн составляют:
В воздухе - 3,4⋅10 -3 …3,4⋅10 -5 см;
В воде - 1,5⋅10 -2 …1,5⋅10 -4 см;
В стали - 1⋅10 -2 … 1⋅10 -4 см.
Такая разница значений ультразвуковых волн (УЗВ) обусловлена различными скоростями их распространения в различных средах. Для низкочастотной области УЗ длины волн не превышают в большинстве случаев нескольких сантиметров и лишь вблизи нижней границы диапазона достигают в твердых телах нескольких десятков сантиметров.
УЗВ затухают значительно быстрее, чем волны низкочастотного диапазона, так как коэффициент поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты.
Еще одна весьма важная особенность УЗ - возможность получения высоких значений интенсивности при относительно небольших амплитудах колебательного смещения, так как при данной амплитуде интенсивность прямо пропорциональна квадрату частоты. Амплитуда колебательного смещения на практике ограничена прочностью акустических излучателей.
Важнейшим нелинейным эффектом в ультразвуковом поле является кавитация - возникновение в жидкости массы пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Сложное движение пузырьков, их захлопывание, слияние друг с другом и т. д. порождают в жидкости импульсы сжатия (микроударные волны) и микропотоки, вызывают локальное нагревание среды, ионизацию. Эти эффекты оказывают влияние на вещество: происходит разрушение на ходящихся в жидкости твердых тел (кавитационная эрозия), инициируются или ускоряются различные физические и химические процессы (рис. 1).
Рис. 1
Изменяя условия протекания кавитации, можно усиливать или ослаблять различные кавитационные эффекты. Например, с ростом частоты УЗ увеличивается роль микропотоков и уменьшается кавитационная эрозия, с увеличением гидростатического давления в жидкости возрастает роль микроударных воздействий. Увеличение частоты обычно приводит к повышению порогового значения интенсивности, соответствующего началу кавитации, которое зависит от рода жидкости, ее газосодержания, температуры и пр. Для воды в низкочастотном ультразвуковом диапазоне при атмосферном давлении оно обычно составляет 0,3-1 Вт/см 3 .
Источники ультразвука
В природе УЗ встречается в составе многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), а также в мире животных, использующих его для эхолокации и общения.
Технические излучатели ультразвука, используемые при изучении УЗВ и их технических применениях, можно подразделить на две группы. К первой относятся излучатели-генераторы (свистки). Колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока - струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей - электроакустические преобразователи: они преобразуют уже заданные электрические колебания в механические колебания какого-либо твердого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.
Применение ультразвука
Многообразные применения УЗ, при которых используются различные его особенности, можно условно разбить на три направления. Первое связано с получением информации посредством УЗВ, второе - с активным воздействием на вещество и третье - с обработкой и передачей сигналов (направления перечислены в порядке их исторического становления).
Принципы ультразвуковой очистки
Основную роль при воздействии УЗ на вещества и процессы в жидкостях играет кавитация. На кавитации основан получивший наибольшее распространение ультразвуковой технологический процесс - очистка поверхностей твердых тел. В зависимости от характера загрязнений большее или меньшее значение могут иметь различные проявления кавитации, такие как микроударные воздействия, микропотоки, нагревание. Подбирая параметры звукового поля, физико-химические свойства моющей жидкости, ее газосодержание, внешние факторы (давление, температуру), можно в широких пределах управлять процессом очистки, оптимизируя его применительно к типу загрязнений и виду очищаемых деталей. Разновидностью очистки является травление в ультразвуковом поле, где действие УЗ совмещается с действием сильных химических реагентов. Ультразвуковая металлизация и пайка основываются фактически на ультразвукововой очистке (в т. ч. от окисной пленки) соединяемых или металлизируемых поверхностей. Очистка при пайке (рис. 2) обусловлена кавитацией в расплавленном металле. Степень очистки при этом так высока, что образуются соединения неспаиваемых в обычных условиях материалов, например, алюминия с другими металлами, различных металлов со стеклом, керамикой, пластмассами.
Рис. 2
В процессах очистки и металлизации существенное значение имеет также звукокапиллярный эффект, обеспечивающий проникновение моющего раствора или расплава в мельчайшие трещины и поры.
Механизмы очистки и отмывки
Очистка в большинстве случаев требует, чтобы загрязнения были растворены (в случае растворения солей), счищены (в случае нерастворимых солей) или и растворены, и счищены (как в случае нерастворимых частиц, закрепленных в слое жировых пленок). Механические эффекты ультразвуковой энергии могут быть полезны как для ускорения растворения, так и для отделения частиц от очищаемой поверхности. Ультразвук также можно эффективно использовать в процессе ополаскивания. Остаточные химикалии моющих сред могут быть быстро удалены ультразвуковым ополаскиванием.
При удалении загрязнений растворением, растворителю необходимо войти в контакт с загрязняющей пленкой и разрушить ее (рис. 3, а). По мере того как растворитель растворяет загрязнение, на границе растворитель–загрязнение возникает насыщенный раствор загрязнения в растворителе, и растворение останавливается, поскольку нет доставки свежего раствора к поверхности загрязнения (рис. 3, б).
Рис. 3
Воздействие ультразвука разрушает слой насыщенного растворителя и обеспечивает доставку свежего раствора к поверхности загрязнения (рис. 3, в). Это особенно эффективно, в тех случаях, когда очистке подвергаются “неправильные” поверхности с лабиринтом пазух и рельефа поверхностей, к каким относятся печатные платы и электронные модули.
Некоторые загрязнения представляют собой слой нерастворимых частиц, прочно сцепленный с поверхностью силами ионной связи и адгезии. Эти частицы достаточно только отделить от поверхности, чтобы разорвать силы притяжения и перевести их в объем моющей среды для последующего удаления. Кавитация и акустические течения срывают с поверхности загрязнения типа пыли, смывают и удаляют их (рис. 4).
Рис. 4
Загрязнения, как правило, многокомпонентны и могут в комплексе содержать растворимые и нерастворимые компоненты. Эффект УЗ в том и состоит, что он эмульгирует любые компоненты, то есть переводит их в моющую среду и вместе с ней удаляет их с поверхности изделий.
Чтобы ввести ультразвуковую энергию в систему очистки необходим УЗ-генератор, преобразователь электрической энергии генератора в УЗ-излучение и измеритель акустической мощности.
Электрический ультразвуковой генератор конвертирует электрическую энергию сети в электрическую энергию на ультразвуковой частоте. Это выполняется известными способами и не имеет какой-либо специфики. Однако, предпочтительнее использовать цифровую технику генерации, когда на выходе получаются прямоугольные импульсы чередующейся полярности (рис. 5). КПД таких генераторов близок к 100%, что позволяет решить проблему энергоемкости процесса. Использование сигнала прямоугольной формы приводит к акустическому излучению, богатому гармониками. Преимущества многочастотной системы очистки состоят в том, что в объеме моющей среды не образуется “мертвых” зон в узлах интерференции. Поэтому многочастотное УЗ-облучение позволяет располагать объект очистки практически в любой зоне УЗ-ванны.
Рис. 5
Другим приемом избавления от “мертвых” зон является использование генератора с качающейся частотой (рис. 6). В этом случае узлы и пучности интерференционного поля перемещаются на различные точки очищающей системы, не оставляя без облучения какие-либо участки для очистки. Но КПД таких генераторов относительно низкий.
Рис. 6
Имеются два общих типа ультразвуковых преобразователей: магнитострикционный и пьезоэлектрический. Они оба выполняют одинаковую задачу преобразования электрической энергии в механическую.
В магнитострикционных преобразователях (рис. 7) используют эффект магнитострикции, при котором некоторые материалы изменяют линейные размеры в переменном магнитном поле.
Рис. 7
Электрическая энергия от ультразвукового генератора сначала преобразуется обмоткой магнитостриктора в переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает механические колебания ультразвуковой частоты за счет деформации магнитопровода в такт с частотой магнитного поля. Поскольку магнитострикционные материалы ведут себя подобно электромагнитам, частота их деформационных колебаний в два раза выше частоты магнитного, а, значит, и электрического поля.
Электромагнитным преобразователям свойственен рост потерь энергии на вихревые токи и перемагничивание с ростом частоты. Поэтому мощные магнитострикционные преобразователи редко используют на частотах выше 20 кГц. Пьезопреобразователи, напротив, могут хорошо излучать в мегагерцовом диапазоне. Магнитострикционные преобразователи вообще менее эффективны, чем их пьезоэлектрические аналоги. Это обусловлено, прежде всего, тем, что магнитострикционный преобразователь требует двойного энергетического преобразования: из электрического в магнитное и затем из магнитного в механическое. Потери энергии происходят на каждом преобразовании. Это уменьшает КПД магнитострикторов.
Пьезопреобразователи (рис. 8) конвертируют электрическую энергию прямо в механическую засчет использования пьезоэлектрического эффекта, при котором некоторые материалы (пьезоэлектрики) изменяют линейные размеры при приложении электрического поля. Раньше для пьезоизлучателей использовали такие пьезоэлектрические материалы как природные кристаллы кварца и синтезируемый титанат бария, которые были хрупкими и нестабильными, а потому и ненадежными. В современных преобразователях используют более прочные и высокостабильные керамические пьезоэлектрические материалы. Подавляющее большинство систем УЗ-очистки используют сегодня пьезоэлектрический эффект.
Рис. 8
Оборудование ультразвуковой очистки
Диапазон используемого оборудования ультразвуковой очистки очень широк: от малых настольных модулей в стоматологии, ювелирных магазинах, электронной индустрии до огромных систем с объемами в несколько тысяч литров в ряде промышленных применений.
Правильный выбор необходимого оборудования имеет первостепенное значение в успехе применения ультразвуковой очистки. Самое простое применение УЗ-очистки может требовать всего лишь нагретой моющей жидкости. Более сложные системы очистки требуют большого количества ванн, последние из которых должны быть наполнены дистиллированной или деионизированной водой. Самые большие системы используют погружаемые ультразвуковые преобразователи, комбинация которых может облучить ванны почти любого размера. Они обеспечивают максимальную гибкость и легкость в использовании и обслуживания. Ультразвуковые ванны с подогревом моющего раствора наиболее часто применяются в лабораториях, медицине, ювелирном деле.
Линии УЗ-очистки (рис. 9), используемые в крупном производстве, объединяют в одном корпусе электрические УЗ-генераторы, УЗ-преобразователи, транспортную систему перемещения объектов очистки по ваннам и систему управления.
Каждая женщина хочет иметь безукоризненное ухоженное лицо.
Есть много способов, которые помогают следить и поддерживать кожу в идеальном состоянии.
Одной из лучших косметических процедур считается ультразвуковой пилинг.
О том, что дает и как работает ультразвуковая чистка лица, мы расскажем далее.
Это аппаратное очищение, которое осуществляется с помощью ультразвуковых волн высокой частоты. Ультразвук – один из самых современных и безболезненных способов очистить кожный покров. Его используют также для шеи, спины, зоны декольте. Процедуру проводят специальным прибором – ультразвуковым скрабером.
Излучатель настраивают на необходимую частоту, воздействуют на кожу, проводя по ее поверхности. Ультракороткие волны способны проникать глубоко в ткани, производя микромассаж.
Их основные функции:
Механическая – ультразвуковые колебания создают высокое звуковое давление, которое изменяет проводимость ионных каналов клеток.
Термическая – волны выделяют много тепла. Оно оказывает разогревающее действие на ткани, делая их более эластичными.
Физико-химическая – ультразвук заставляет клеточные молекулы двигаться быстрее. Они более активно принимают участие в обменных процессах, способствуя регенерации клеток.
Процедура абсолютно не травматичная. После нее не остается гематом, ранок, как может быть после механической чистки.
Преимущества и недостатки
Как и у любой косметологической процедуры, у ультразвуковой чистки лица есть свои плюсы и минусы. Благодаря тому, что процесс проходит с помощью специального аппарата, кожа не повреждается. Ее не подвергают сдавливанию и растягиванию.
- Не требуется предварительная подготовка (например, распаривание лица, как перед механической чисткой).
- По окончании сеанса на лице не остается покраснения и раздражения. Оно выглядит свежо и более молодо.
- Длительность процедуры занимает всего около 20-30 минут.
- Не вызывает аллергии.
- Можно проводить в разное время года.
Недостатки воздействия ультразвука:
- Нельзя избавиться от глубоких сальных пробок. С ними может справиться механическая чистка.
- Нельзя убрать воспаленные прыщи. А при повышенном высыпании процедуру вообще не рекомендуется проводить.
- Омолаживающий эффект слабо выражен, поскольку волны не могут проникать очень глубоко в слои эпидермиса.
- Для поддержания эффекта ультразвуковую чистку лица нужно проводить достаточно часто (минимум 1 раз в месяц).
Результаты УЗ очищения, фото до и после
Аппаратная чистка напоминает поверхностный пилинг. Воздействие звуковых колебаний приводит к процессам, которые делают кожу более чистой и ухоженной.
- Глубоко очищаются и сужаются расширенные поры.
- Происходит ускорение заживления рубцов.
- Снижается чрезмерная жирность.
- Повышается тонус.
- Уменьшается .
- Осветляются возрастные пятна и послеугревые шрамы.
- Стимулируется синтез коллагена.
- Уменьшаются отеки и темные круги под глазами.
- Стимулируется .
Предлагаем посмотреть результаты процедуры:
Показания к применению
- увядание;
- расширенные поры;
- дряблость;
- сниженный тонус;
- наличие черных точек;
- жирность;
- тусклый цвет;
- комедоны;
- угри (не в период обострения).
Противопоказания
Для большинства людей процедура УЗ пилинга считается безопасной. Но есть ряд состояний, при которых воздействие ультразвуком противопоказано:
- тяжелая гипертония;
- онкологические заболевания;
- период беременности;
- наличие экземы и гнойничковых поражений кожи;
- эпилепсия;
- инфекционные болезни;
- астма;
- невралгия тройничного нерва;
- герпес.
Этапы проведения
Процедуру проводят в несколько этапов.
Пилинг
Это фаза подготовки лица к воздействию ультразвуком. Во время пилинга удаляется 20-50% ороговевшего слоя эпидермиса. Сначала специалист наносит тонкий слой специального геля, распределяя его по поверхности электродом или ультразвуковым зондом. В процессе появляются мелкие пузырьки пара, которые лопаются при взаимодействии с кожей.
Вибрации звука, взаимодействуя с молекулами воды, образуют микрополости, так называемые кавитационные пузырьки (смотрите ). При этом очищаются фолликулы, исчезает поверхностная пигментация.
Потом косметолог наносит раствор фруктовых кислот (смотрите пилинг). Концентрация его может быть разной (10-50%). Самым щадящим средством для пилинга считается . После пилинга кожа очищается, освежается, становится более упругой.
Воздействие ультразвуком
Непосредственная чистка ультразвуком длится в среднем 10 минут. По поверхности лица косметолог проводит специальным скребком, на который подается ультразвук. В процессе его воздействия содержимое пор выталкивается на поверхность. Процесс абсолютно безболезненный.
Может быть незначительное чувство покалывания. нормализует состояние эпидермиса подачей умеренного электротока. Ультразвуковым зондом проводится легкое поглаживание поверхности, благодаря чему обеспечивается клеточная регенерация и заживление.
Завершение
Это фаза окончательных манипуляций, во время которой лицо обрабатывают успокаивающим гелем, наносят антиоксидантную или водорослевую маску. Держать ее нужно 15-20 мнут.
После снятия маски, лицо протирают лосьоном, наносят питательный крем или увлажняющий крем.
Уход после сеанса
Некоторое время после сеанса кожа может иметь розоватый оттенок, который со временем пройдет. Хотя ультразвуковая чистка не травмирует кожу лица, она все равно нуждается в особом внимании. Первые 3 дня после очищения нужно особенно тщательно следить за состоянием кожи. Важно не допускать ее пересыхания, предотвратить появление воспаления и засорения пор.
- 12 часов после сеанса нельзя наносить декоративную косметику, окрашивать волосы, брови.
- Сутки избегать посещения солярия, сауны, бани.
- Ультразвук может вызывать сухость кожи, поэтому регулярно нужно наносить увлажняющий крем.
- Перед выходом на улицу использовать средства с SPF-фактором не ниже 20.
- Увеличить употребление жидкости, чтобы максимально увлажнить кожу изнутри.
- Дважды в неделю рекомендуется делать маски, которые способствуют восстановлению эпидермиса (на основе водорослей, косметической глины, дрожжей, облепихового масла).
- Чтобы успокоить кожу и сузить поры, рекомендуется протирать лицо льдом из отвара шалфея, ромашки, календулы.
С чем сочетается
УЗ чистку при необходимости можно сочетать с другими процедурами. При повышенной жирности и глубоком загрязнении пор одного ультразвука недостаточно. Вместе с ним рекомендуется прибегать к механической чистке. Она повышает эффективность УЗ-процедуры, пролонгирует ее действие.
Можно сочетать УЗ очищение с массажем, применением масок, кремов. По мнению специалистов, при одновременном проведении чистки и нанесении отбеливающих средств (глюкозида, аскорбила) можно значительно сократить количество пигментных пятен и морщин.
Как часто можно делать и средние цены
Многих интересует вопрос — какое количество процедур нужно пройти для хорошего результата и сколько стоит ультразвуковая чистка лица? Процедуры нужно проводить регулярно. В зависимости от состояния кожи интервал между ними может составлять от 1-2 недель до 1-2 месяцев.
Чтобы эффект был максимальным, нужно провести не менее 5-8 сеансов. Для поддержания лица в нормальном состоянии, посещать косметолога нужно хотя бы 1 раз в месяц для проведения УЗ чистки.
Стоимость процедуры ультразвуковой чистки лица зависит от нескольких факторов. Это репутация и местоположение салона, квалификация мастера, количество манипуляций, используемых во время сеанса (массаж, фонофорез, маски и т.д.). В среднем 1 процедура обойдется в 1500-3000 рублей. Сам ультразвуковой скрабер стоит от 3000 рублей.
Мнение пациентов, видео
Предлагаем ознакомиться с отзывами о процедуре ультразвуковой чистки кожи лица:
Чистка ультразвуком – современная процедура, которая позволяет избавиться от многих проблем кожи. При ее регулярном проведении лицо становится более ухоженным, подтянутым, свежим.
Чтобы избежать нежелательных последствий, лучше обратиться к опытному косметологу. Он оценит состояние кожного покрова, учтет все противопоказания, и проведет сеанс согласно всем правилам. От самостоятельной УЗ чистки лучше отказаться.
В завершение предлагаем вам посмотреть видео об ультразвуковой чистке лица:
Позволяет быстро и качественно обработать самые различные детали, удалить самые прочные загрязнения, заменить дорогостоящие и небезопасные растворители и механизировать процесс очистки.
При сообщении жидкости ультразвуковых колебаний в ней возникают переменные давления, изменяющиеся с частотой возбуждающего поля. Наличие в жидкости растворенных газов приводит к тому, чтоб во время отрицательного полупериода колебаний, когда на жидкость действует растягивающее напряжение, в этой жидкости образуются и увеличиваются разрывы в виде газовых пузырьков. В эти пузырьки могут всасываться загрязнения из микротрещин и микропор материала. Под действием сжимающих напряжений во время положительного полупериода давлений, пузырьки захлопываются. К моменту захлопывания пузырьков на них действует давление жидкости, достигающее нескольких тысяч атмосфер, поэтому захлопывание пузырька сопровождается образованием мощной ударной волны. Такой процесс образования и захлопывания пузырьков в жидкости называется кавитацией . Обычно кавитация возникает на поверхности детали. Ударная волна измельчает загрязнения и перемещает их в моющий раствор (см. рис. 1.10).
Рис. 1.10. Схема всасывания загрязнений из микротрещин поверхности в растущий газовый пузырек
Отделенные частицы загрязнений захватываются пузырьками и всплывают на поверхность (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Ультразвуковая очистка
Ультразвуковая волна в жидкости характеризуется звуковым давлением P зв. и интенсивностью колебаний I. Звуковое давление определяют по формуле:
P зв. = . C . . . Cos(t-k x) = p m . Cos(t-k x),
где p m = . C . . - амплитуда звукового давления,
. C - волновое сопротивление,
- амплитуда колебаний,
- частота.
С повышением звукового давления до оптимальной величины возрастает число газовых пузырьков жидкости, соответственно увеличивается объем кавитационной области. В ультразвуковых установках для очистки звуковое давление на границе “излучатель-жидкость” лежит в пределах 0,2 ÷0,14 Мпа.
Под интенсивностью ультразвуковых колебаний на практике принимают мощность, приходящуюся на единицу площади излучателя:
1,5÷3 Вт/см 2 - водные растворы,
0,5÷1 Вт/см 2 - органические растворы.
Кавитационное разрушение достигает максимума тогда, когда время захлопывания пузырьков равно полупериоду колебаний. На образование и рост кавитационных пузырьков влияют вязкость жидкости, частота колебаний, статическое давление и температура. Кавитационный пузырек может образоваться, если его радиус меньше некоторого критического радиуса, соответствующего определенному гидростатическому давлению.
Частота ультразвуковых колебаний лежит в пределах от 16 Гц до 44 кГц.
Если частота колебаний низкая, то образуются более крупные пузырьки с малой амплитудой пульсации. Часть из них просто всплывает на поверхность жидкости. Ультразвук низкой частоты хуже распространяется из-за поглощения, поэтому качественный процесс очистки идет в области, близкой к источнику. При низкой частоте недостаточно хорошо очищаются микротрещины, размеры которых меньше длины волны ультразвука.
Повышение частоты колебаний приводит к уменьшению размеров газовых пузырьков и следовательно, к уменьшению интенсивности ударных волн при одной и той же мощности установки. Для запуска кавитационного процесса с увеличенной частотой требуется большая интенсивность колебаний. Рост частоты ультразвуковой установки очистки приводит обычно к понижению КПД установки. Тем не менее, повышение частоты ультразвука имеет ряд положительных сторон:
Очистка осуществляется гидропотоками при значительно меньшей вибрации детали;
Плотность ультразвуковой энергии увеличивается пропорционально квадрату частоты, что позволяет вводить в раствор большие интенсивности или при постоянной интенсивности уменьшать амплитуду колебаний;
С увеличением частоты увеличивается величина поглощаемой энергии ультразвука.
Вследствие поглощения энергии более высокой плотности частицы масел, жиров, флюсов и т.п. загрязнений поверхности детали нагреваясь, становятся более жидкотекучими и легко растворяются в очищающей жидкости. Вода (как основа моющего раствора) при этом не нагревается;
С увеличением частоты уменьшается длина волны, что способствует более тщательной очистке мелких отверстий;
При колебаниях ультразвука достаточно высокой частоты (40 кГц) ультразвуковая волна распространяется с меньшим поглощением и действует эффективно даже на большом расстоянии от источника;
Значительно уменьшаются габариты и масса ультразвуковых генераторов и преобразователей;
Уменьшается опасность эрозионного разрушения поверхности очищаемой детали.
Вязкость жидкости при ультразвуковой очистке влияет на потери энергии и ударное давление.Увеличение вязкости жидкости повышает потери на вязкое трение, однако время захлопывания пузырька при этом сокращается, следовательно, увеличивается сила ударной волны. Техническое противоречие.
Температура оказывает неоднозначное влияние на процесс ультразвуковой очистки.Повышение температуры активизирует моющую среду, повышает ее растворяющую способность. Но при этом уменьшается вязкость раствора и увеличивается давление парогазовой смеси, что значительно снижает устойчивость кавитационного процесса. Здесь мы опять сталкиваемся с ситуацией технического противоречия.
Инженерный подход к разрешению этого противоречия заключается в оптимизации температуры (вязкости) раствора в зависимости от характера и вида загрязнений. Для очистки деталей от химически активных загрязнений следует повышать температуру, а для удаления плохо растворимых загрязнений нужно выбирать такую температуру, которая создает условия оптимальной кавитационной эрозии.
Щелочные растворы 40÷60ºС,
Трихлорэтан 38÷40ºС,
Водные эмульсии 21÷37ºС.
Кроме кавитационного диспергирования загрязнений, положительное значение при очистке имеют акустические течения жидкости, т.е. вихревые потоки, образующиеся в озвученной жидкости в местах ее неоднородностей или на границе раздела “жидкость-твердое тело”. Высокий уровень возбуждения жидкости в граничащем с поверхностью детали слое уменьшает толщину диффузионного слоя, образованного продуктами реакции моющего раствора с загрязнениями.
Среды ультразвуковой очистки
Очистку проводят в водных моющих растворителях, эмульсиях, кислых растворах. При использовании щелочных растворов можно значительно уменьшить температуру и концентрацию щелочных компонентов, а качество очистки останется высоким. При этом уменьшается травящее воздействие на деталь. В состав щелочных растворов входят чаще всего каустическая сода (NaOH), кальцинированная сода (Na 3 CO 3), тринатрийфосфат (Na 3 PO 4 . 12H 2 O), жидкое стекло (Na 2 O . SiO 2), анионоактивные и неионогенные ПАВ (сульфанол, тинол).
ПАВ существенно повышают кавитационную эрозию, т.е. интенсифицируют процесс очистки. Однако, опасность кавитационного разрушения поверхности материала при добавлении ПАВ также увеличивается. Понижение поверхностного натяжения в присутствии ПАВ приводит к увеличению количества пузырьков в единице объема. При этом ПАВ понижает прочность поверхности детали (техническое противоречие).
Для предовращения эрозии металлов необходимо выбирать оптимальные концентрации ПАВ, минимальную длительность процесса и располагать детали подальше от излучателя (инженерное решение).
Очистку ультразвуком в органических растворителях применяют тогда, когда очистка в щелочных растворителях может привести к коррозии материала или к образованию пассивной пленки, а также, если необходимо сократить время сушки. Наиболее удобными являются хлорированные растворители с высокой химической активностью; они растворяют самые различные загрязнения и безопасны в эксплуатации.
Хлорированные растворители можно применять в чистом виде и в составе азеотропных смесей (перегоняемых без изменения состава). Например, смеси фреона-113, фреона-30. Азеотропные смеси растворителей реагируют со многими загрязнениями, при этом эффективность очистки увеличивается.
Для ультразвуковой очистки применяются также бензин, ацетон, спирты, спиртобензиновые смеси.
Для ультразвукового травления деталей при очистке от окислов применяют концентрированные кислые растворы (см. таблицу 1.6).
Таблица 1.6.
Состав растворов (массовые доли) и режимы ультразвукового травления
|
Материал детали |
Уротропин |
Температура ºС |
Длительность, мин |
||||||
|
Конструкционные стали (Ст 3, 45) | |||||||||
|
Цементируе мые стали (16ХГТ) | |||||||||
|
Хромистые стали (2Х13, 4Х13 и др.) | |||||||||
|
Электротехнические стали | |||||||||
|
Нержав. стали | |||||||||
|
Медные сплавы (Л90, ЛА85, Л68 и др.) | |||||||||
|
Углеродистые стали |
Способы управления процессом ультразвуковой очистки .
Изменение давления жидкости . Способ реализуется в виде создания вакуума или наоборот, избыточного давления. При вакууммировании жидкости облегчается образование кавитации. Избыточное давление повышает эрозионное разрушение, сдвигает максимум кавитационной эрозии в зону больших звуковых давлений, влияет на характер акустических течений.
Наложение электрического или магнитного полей на моющую среду. При электрохимической ультразвуковой очистке кавитационная область может быть локализована непосредственно у обрабатываемой детали; пузырьки выделяющихся на электродах газов способствуют разрушению пленок загрязнений; уменьшается смачиваемость маслом поляризованной поверхности детали.
Наложение на кавитационную область магнитного поля вызывает движение газовых пузырьков, имеющих отрицательный поверхностный заряд, что увеличивает кавитационную эрозию деталей.
Введение абразивных частиц в моющий раствор. Твердые частицы абразива участвуют в механическом отделении загрязнений и стимулируют образование кавитационных пузырьков, так как нарушают сплошность жидкости.
Закрытие ИП
