metallurgydata متالورژی دیتا

متالورژی،نانو،ریخته گری،مدلسازی،جوشکاری،فرج،متالوگرافی،بیومتریال،ایمنی صنعتی،استخراج،عملیات حرارتی،فلزات،مهندسی مواد،خوردگی،دیرگداز

metallurgydata متالورژی دیتا

متالورژی،نانو،ریخته گری،مدلسازی،جوشکاری،فرج،متالوگرافی،بیومتریال،ایمنی صنعتی،استخراج،عملیات حرارتی،فلزات،مهندسی مواد،خوردگی،دیرگداز

metallurgydata       متالورژی دیتا

به لطف خدا،metallurgydata کاملترین و پر بازدیدترین(آمار حقیقی و قابل باز دید)مرجع اطلاعات مواد و متالورژی با بیش از 1200 عنوان ،شامل هزاران متن،کتاب،تصویر،فیلم تخصصی در خدمت شما می باشد.پاسخ به سئوالات و مشاوره رایگان با تجربه20 سال تحقیق و مطالعه در شاخه های مختلف متالورژی.
http://kiau.ac.ir/~majidghafouri
09356139741:tel
ghfori@gmail.com
با عرض تقدیر و تشکر از توجه و راهنمایی کلیه علاقمندان
با ctrl+f موضوعات خود را در متالورژی دیتا پیدا کنید

پیامرسان تلگرام: metallurgydata@

بارکد شناسایی آدرس متالورژی
بایگانی

۹ مطلب در دی ۱۳۹۴ ثبت شده است

تمیزکاری آلتراسونیک شامل استفاده از امواج صوتی فرکانس بالا(بالاتر از حد بالایی شنوایی انسان یا در حدود 18KHz) برای حذف طیف وسیعی از آلودگیها از سطح قطعات غوطه ور در یک محیط مایع می باشد. این آلودگی ها شامل کثیفی، روغن، گریس، ترکیبات بجا مانده از فرایندهای پولیش و صیقل کاری و مواد بجا مانده از فرایند قالبگیری می شوند. موادی که به این روش می توان آنها را تمیز نمود عبارتند از: فلزات، شیشه، سرامیک و نظایر آنها. شستشوی آلتراسونیک را می توان با طیف وسیعی از مواد تیمزکاری بکار برد.

در صنایع فلزی اغلب از این روش برای زدودن براده ها و روغن های برش بجا مانده از عملیات های برشکاری و ماشینکاری، برداشتن ترکیبات پولیش کاری پیش از انجام فرایند آبکاری و تمیز نمودن گریس و کثیفی از روی قطعات ساخته شده برای کاربردهای خودروسازی و هواپیما سازی استفاده می شود.

تمیزکاری آلتراسونیک توانایی پاک کردن آلودگی های سخت و محکم از روی سطح را دارد و به همان نسبت نیز بقدری ملایم است که به زیرلایه آسیبی نمی رساند. این روش بخوبی می تواند درزها و نقاط باریک قطعه را تمیز نماید.

استفاده از امواج آلتراسونیک در تمیزکاری به سبب محدودیت های استفاده از کلروفلوئوروکربن ها نظیر 1.1.1تری کلورواتان متداول گردید. به دلیل این محدودیت ها، امروزه بسیاری از تولیدکنندگان و مهندسین سطح از روش های تمیزکاری غوطه وری بجای روش های مبتنی بر بخار بهره می برند. استفاده از آلتراسونیک، امکان تمیزکاری دقیق قطعات با اشکال پیچیده را به مراتب بهتر از روش های فاز بخار ممکن می سازد.

روش کار

در فرایندی با عنوان حباب سازی یا ایجاد خلاء در مایع، حباب هایی با اندازه میکرونی تشکیل شده و به سبب امواج فشاری مثبت و منفی موجود در محلول رشد می کنند. این حباب ها در معرض این امواج فشاری متغیر قرار گرفته و تا دو برابر شدن اندازه شان رشد می کنند. درست پیش از انفجار حباب ها از داخل(شکل1)، انرژی زیادی در داخل آنها ذخیره می شود.

http://s6.picofile.com/file/8233938850/%D8%A2%D9%84%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D8%B3%D9%88%D9%86%DB%8C%DA%A9_2_.jpg 

شکل1-نمایی از حفره منفجر شده از داخل در مایعی تهییج شده با امواج فراصوت.

درجه حرارت داخلی یک حباب هوا می تواند بسیار زیاد باشد و فشار آن بیش از 500 atm است. زمانیکه در نزدیکی یک سطح سخت این انفجار رخ می دهد، آنها را به جتی از حباب هایی با اندازه یک دهم و با سرعت حداکثر 400 Km/hr تبدیل می کند که با سطح سخت برخورد می کنند. ترکیب درجه حرارت، سرعت و فشار سبب می شود تا این جت حباب هر گونه آلودگی را از روی سطح جدا نماید. به دلیل اندازه کوچک این جت و انرژی نسبتا زیاد آن، تمیزکاری آلتراسونیک توانایی رسیدن به حفرات کوچک و خارج ساختن آلودگی های محبوس در آنها را دارد.

یک روش عالی برای نشان دادن قدرت امواج آلتراسونیک در تمیزکاری شکاف ها و درزهای کوچک این است که دو شیشه کوچک و مسطح میکروسکوپ را برداشته و بر روی یکی از آنها لایه ای رژ لب بمالید و سپس شیشه دیگر را بر روی شیشه اول بگونه ای بچسبانید که لایه رژ لب مابین اآنها قرار بگیرد. سپس اطراف شیشه ها را با نوار چسب لاستیکی محکم کنید. حال این شیشه ها را در ظرف آلتراسونیکی که حاوی آب داغ و اندکی مایع شوینده است قرار دهید. با شروع فرایند آلتراسونیک در کمتر از چند دقیقه، لایه رژ لب از درز میان این شیشه ها خارج می شود. این تست بخوبی قدرت بالای فرایند آلتراسونیک در تمیزکاری شکاف های کوچک را نشان می دهد.

تولید امواج فراصوت

برای تولید امواج فشاری مثبت و منفی در یک محیط مایع به یک دستگاه مرتعش کننده مکانیکی نیاز است. سازندگان آلتراسونیک از یک دیافراگم متصل به ترانسدیوسرهای(مبدل های) فرکانس بالا استفاده می کنند. این مبدل ها، که به دلیل منبع تولید جریان فرکانس بالا در فرکانس رزونانس خود ارتعاش می کنند، نوسان توقیت شده دیافراگم را تشدید می کنند. این ارتعاش تقویت شده منبع تولید امواج فشاری مثبت و منفی ای است که در داخل محلول وان منتشر می شوند. فرایند کار شبیه به عملکرد یک بلندگو است، با این تفاوت که در فرکانس های بالاتری اتفاق می افتد. زمانکیه این موج از داخل آب عبور می کند، این امواج فشاری سبب ایجاد حباب های زیادی می شوند.

فرکانس رزونانسی مبدل اندازه و مقدار حباب های رزونانسی را تعیین می کند. عمدتا در تمیزکاری آلتراسونیک از مبدل هایی با محدوده فرکانس 20-80 KHz استفاده می شود. فرکانس های پایین تر حباب های بزرگتری با انرژی بیشتر تولید می کنند.

تجهیزات

اجزاء اصلی یک سیتم تیمزکاری آلتراسونیک شامل مجموعه ای از مبدل های آلتراسونیک متصل به یک دیافراگم نوسان کننده، یک ژنراتور جریان الکتریکی و یک وان پر از محلول آبی می شود. بخش کلیدی این دستگاه، مبدلی است که انرژی مکانیکی فرکانس بالا را تولید می کند. در صنایع از دو نوع مبدل آلتراسونیک، پیزوالکتریک(piezoelectric) و مغناطیسی(magnetostrictive) استفاده می شود.

مبدل های پیزوالکتریک

این نوع مبدل ها از چندین بخش تشکیل می شوند. کریستال سرامیکی(اغلب از جنس زیرکونیایی) ما بین دو تسمه از جنس قلع پرس می شود. وقتی به تسمه ها ولتاژی اعمال می شود، سبب ایجاد جابجایی در کریستال می شود که اثر پیزوالکتریکی نامیده می شود. وقتی این مبدل ها به یک دیافراگم بر روی دیواره ها یا کف وان متصل می شوند، این جابجایی کریستال سبب حرکت دیافراگم می شود که این مساله موجی فشاری را در داخل محلول وان منتشر می سازد. از آنجاییکه وزن کریستال با وزن دیافراگم فولادی یکسان نیست، از یک بلوک آلومینیومی واسطه جهت بهبود تطابق امپدانسی استفاده می شود، تا انرژی ارتعاشی بهتر به دیافراگم منتقل شود. این مجموعه به دلیل قیمت پایین ماده و هزینه کارگر گران نمی باشد. این قیمت پایین سبب مطلوبیت این روش در ساخت تجهیزات تمیزکاری آلتراسونیک شده است. ولی برای مقیاس صنعتی این تجهیزات پیزوالکتریک نواقصی دارند.

 عمده ترین مشکل این سیستم افت عملکرد واحد پیزوالکتریک با گذشت زمان است. این مساله به چندین دلیل رخ می دهد. کریستال مصرفی با گذشت زمان و استفاده مکرر از قطبیت خارج می شود. این حالت سبب کاهش خواص کرنشی آن می شود. هرچه کریستال کمتر منبسط شود، دیافراگم را کمتر جابجا می کند. در این حالت انرژی ارتعاشی کمتری تولید شده و میزان حباب زایی در محلول کاهش می یابد. بعلاوه، مبدل های پیزوالکتریک اغلب بوسیله چسب اپوکسی بر روی وان نصب می شوند که این چسب به مرور زمان و به دلیل تماس با فرکانس های بالا و حرارت زیاد تولید شده توسط مبدل و محلول دچار خستگی می شود. درنهایت چسب اپوکسی سست گردیده و مبدل را بلااستفاده می نماید. ضرفیت کریستال مصرفی نیز با گذشت زمان و استفاده مکرر تغییر کرده و سبب تغییر فرکانس رزونانسی و بهم خوردن تطابق رزونانس کریستال و دیافراگم می شود.

 فاکتور دیگر، انتقال انرژی یک مبدل پیزوالکتریک است. از آنجائیکه این انرژی توسط قطعات غوطه ور در داخل وان آلتراسونیک جذب می شوند، باید انرژی لازم برای حباب زایی به وان منتقل شود. اگر این حالت اتفاق نیفتد، وان حساس به بار خواهد بود و حباب زایی محدود می گردد. این مساله عملکرد تمیزکاری را کاهش می دهد. اگرچه مبدل های پیزوالکتریک برای بهبود تطابق امپدانس(و به تبع آن انتقال انرژی بهتر به دیافراگم) از یک لایی آلومینیومی استفاده می کنند، ولی این قطعات باز هم وزن کمی دارند. این وزن کم مقدار انرژی انتقالی به وان را کاهش می دهد. به دلیل وزن پایین این مبدل های پیزوالکتریک، سازندگان باید از یک دیافراگم نازک در وان های خود استفاده کنند. صفحات ضخیم انعطاف پذیری کمی داشته و سبب می شوند تا انرژی کمتری از مبدل خارج شود. از طرف دیگر، استفاده از دیافراگم نازک  مشکلات متعددی را به همراه دارد. مشکل اول اینکه دیافراگم نازک در یک فرکانس مشخص نظیر فرکانس های هارمونی بالایی تمایل به ارتعاش داشته و انفجارهای داخلی کوچکتری ایجاد می کند. مشکل دیگر اینکه فرسایش حفره ای که در تمیزکننده های آلتراسونیک متداول است، می تواند این دیافراگم جداره نازک را فرسوده نماید. با سوراخ شدن دیافراگم، محلول با مبدل و سیم کشی  تماس یافته و آنها را تخریب می نماید. این مساله سبب از کار افتادن دستگاه می شود.

مبدل های مغناطیسی

این مبدل ها برای استحکام و داوم بالایی که در کاربردهای صنعتی دارند، شناخته شده هستند. مبدل های مغناطیسی از ورق های نیکلی روی هم چسبیده با یک سیم پیچ الکتریکی نصب شده در بالای این مجموعه ورق تشکیل می شوند. وقتی شار جریان از میان سیم پیچ می گذرد، میدانی مغناطیسی ایجاد می کند. این حالت مشابه تغییر شکل کریستال پیزوالکتریک در هنگام قرار گرفتن در معرض ولتاژ است. زمانیکه جریانی متناوب به داخل این سیم پیچ مغناطیسی فرستاده می شود، مجموعه ورق های نیکلی در فرکانس حاصل از این جریان نوسان می کنند.

مجموعه ورق مبدل مغناطیسی بوسیله نقره مستقیما به دیافراگم نوسان کننده(شکل5) لحیم می شوند. این روش چندین مزیت نسبت به چسب اپوکسی دارد. لحیم نقره یک اتصال فلزی محکم و سخت ما بین مبدل و دیافراگم ایجاد می کند که هیچگاه سست نمی شود. از طرف دیگر این لایه لحیم شده، مبدل و دیافراگم را به یکدیگر متصل کرده و اثر نوسانات ناشی از چسب اپوکسی را برطرف می سازد. استفاده از فلز نیکل در مبدل ها  سبب خواهد شد که هیچگونه افت مبدلی با گذشت زمان اتفاق نیفتد، زیرا خواص مغناطیسی نیکل تا انتهای عمر کاری واحد تمیزکاری ثابت خواهد ماند. همچنین  این نوع مبدل ها وزن بیشتری دارند که عاملی مهم در انتقال انرژی به محلول داخل وان تمیزکاری است. از آنجاییکه وزن این نوع مبدل ها نسبت به مبدل های پیزوالکتریک بیشتر است، حساسیت آنها به وزن کمتر بوده و توان خروجی آنها بالاتر می باشد.

ژنراتور آلتراسونیک

این ژنراتور فرکانس الکتریکی استاندارد 60 Hz را به فرکانس های بالایی که در سیستم آلتراسونیک نیاز است (در محدوده 20-80 KHz) تبدیل می کند. امروزه بسیاری از ژنراتورها از تکنولوژی های پیشرفته ای نظیر مدار فرکانس رفت و برگشتی و پیگیری خودکار استفاده می کنند.

وان آلتراسونیک

اغلب  به شکل مستطیلی بوده و در اندازه های متنوعی ساخته می شود. مبدل ها معمولاً در ته یا دیواره های وان، یا برخی اوقات در داخل وان، یا در زمانیکه دانسیته توان(وات بر گالن) اهمیت دارد در هر دو جا نصب می شوند. مبدل ها را می توان مستقیما  به دیواره وان جوشکاری نمود یا در داخل محفظه های ضدآبی در داخل محلول غوطه ور ساخت. در برخی موارد این محفظه های غوطه ور در بالای وان و بگونه ای که روی آنها بطرف پایین است، ثابت می شوند. در مواردی نظیر تمیزکاری تسمه، یک محفظه در بالا و محفظه دیگر در پایین و با کمترین فاصله ممکن میان آنها نصب می شوند. سپس تسمه از میان این میدان قوی انرژی عبور داده می شود.

محلول آلتراسونیک

محلولی که در تمیزکاری آلتراسونیک بکار می رود اهمیت زیادی دارد. حلا هایی نظیر 1.1.1-تری کلورو اتیلن و فریون برای سال های زیادی هم با آلتراسونیک و هم بدون آن استفاده شده اند. ولی، با اجرای قانون منع استفاده از مواد سوراخ کننده لایه ازن در سال 1996، شرکت ها برای تمیزکاری قطعات خود به مواد دوستدار محیط زیست روی آوردند.

در صورت امکان بهتر است از تمیزکننده های پایه آب در وان آلتراسونیک استفاده شود. آب حلالی عالی، غیر سمی، اشتعال ناپذیر و دوستدار محیط زیست است. با این وجود، دفع پساب بسیار سخت و گران خواهد بود. همچنین شستشو و خشک کردن بدون مواد پاک کننده نیز مشکل خواهد بود. کشش سطحی زیاد در محلول های بدون مواد پاک کننده، آبکشی نقاط با دسترسی سخت را مشکل می سازند. از اینرو باید برای کاهش کشش سطحی و تامین فرایند  ترکنندگی لازم جهت ضعیف نمودن پیوند میان آلودگی و زیرلایه از مواد پاک کننده استفاده نمود. نکته حائز اهمیت اینکه انرژی حباب زایی در محلول های پایه آب به مراتب بیشتر از محلول های پایه حلالی است. برای انتخاب مواد تمیزکاری مناسب برای روش آلتراسونیک از جدول 1 استفاده نمایید.

درجه حرارت محلول

درجه حرارت محلول نقش بسزایی در راندمان تمیزکاری آلتراسونیک دارد. بطورکلی، هرچه دما افزایش یابد، شدت حباب زایی بیشتر شده و میزان تمیزی افزایش خواهد یافت. ولی اگر دما به نقطه جوش محلول برسد، جوشیدن محلول در نقاط فشار منفی امواج صوتی سبب کاهش یا حذف حباب زای خواهد شد. حباب زایی آب در دمایی حدود 70 C بیشترین تاثیر را خواهد داشت. از طرف دیگر، در یک محلول آب و قلیا، تمیزکاری بهینه در دمای 82 C انجام می شود، زیرا راندمان مواد شیمیایی در دماهای بالا افزایش می یابد. مواد حلال باید در دماهایی حداقل 6 C کمتر از نقاط جوش خود بکار برده شوند.

 جدول1-محلول های مورد استفاده در تمیزکاری آلتراسونیک قطعات با جنس های مختلف.

http://s7.picofile.com/file/8233938876/%D8%A2%D9%84%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D8%B3%D9%88%D9%86%DB%8C%DA%A9_1_.JPG

مجید غفوری