Ongeacht hoe het ruwe metaal tot een buis of pijp wordt verwerkt, het productieproces laat een aanzienlijke hoeveelheid restmateriaal achter op het oppervlak.Vormen en lassen op een walserij, tekenen op een tekentafel of het gebruik van een heimachine of extruder gevolgd door een proces op maat kunnen ervoor zorgen dat de buis of het buisoppervlak bedekt raakt met vet en verstopt kan raken met vuil.Veelvoorkomende verontreinigingen die van interne en externe oppervlakken moeten worden verwijderd, zijn onder meer smeermiddelen op olie- en waterbasis afkomstig van trekken en snijden, metaalafval van snijwerkzaamheden en fabrieksstof en -afval.
Typische methoden voor het reinigen van leidingen en luchtkanalen binnenshuis, met waterige oplossingen of oplosmiddelen, zijn vergelijkbaar met de methoden die worden gebruikt voor het reinigen van buitenoppervlakken.Deze omvatten spoelen, pluggen en ultrasone cavitatie.Al deze methoden zijn effectief en worden al tientallen jaren gebruikt.
Natuurlijk heeft elk proces beperkingen, en deze opruimmethoden vormen hierop geen uitzondering.Voor het spoelen is doorgaans een handmatig verdeelstuk nodig en dit verliest zijn effectiviteit naarmate de snelheid van de spoelvloeistof afneemt naarmate de vloeistof het leidingoppervlak nadert (grenslaageffect) (zie afbeelding 1).Het verpakken werkt goed, maar is zeer bewerkelijk en onpraktisch voor zeer kleine diameters, zoals die gebruikt worden in medische toepassingen (subcutane of luminale buizen).Ultrasone energie is effectief bij het reinigen van externe oppervlakken, maar kan niet door harde oppervlakken dringen en heeft moeite om de binnenkant van de buis te bereiken, vooral wanneer het product gebundeld is.Een ander nadeel is dat ultrasone energie schade aan het oppervlak kan veroorzaken.De geluidsbellen worden door cavitatie opgeruimd, waardoor een grote hoeveelheid energie nabij het oppervlak vrijkomt.
Een alternatief voor deze processen is vacuümcyclische nucleatie (VCN), waardoor gasbellen groeien en instorten om vloeistof te verplaatsen.In tegenstelling tot het ultrasone proces bestaat er in principe geen risico op beschadiging van metalen oppervlakken.
VCN maakt gebruik van luchtbellen om vloeistof uit de binnenkant van de buis te roeren en te verwijderen.Dit is een onderdompelingsproces dat in een vacuüm werkt en kan worden gebruikt met zowel vloeistoffen op waterbasis als op oplosmiddelbasis.
Het werkt volgens hetzelfde principe dat er belletjes ontstaan als water in een pan begint te koken.Vooral in goed gebruikte potten vormen zich op bepaalde plaatsen de eerste belletjes.Zorgvuldige inspectie van deze gebieden brengt vaak ruwheid of andere onvolkomenheden van het oppervlak in deze gebieden aan het licht.Het is in deze gebieden dat het oppervlak van de pan meer in contact komt met een bepaald volume vloeistof.Omdat deze gebieden niet onderhevig zijn aan natuurlijke convectieve koeling, kunnen zich bovendien gemakkelijk luchtbellen vormen.
Bij kokende warmteoverdracht wordt warmte overgedragen aan een vloeistof om de temperatuur ervan tot het kookpunt te verhogen.Wanneer het kookpunt is bereikt, stopt de temperatuur met stijgen;het toevoegen van meer warmte resulteert in stoom, aanvankelijk in de vorm van stoombellen.Bij snelle verhitting verandert alle vloeistof op het oppervlak in damp, wat bekend staat als filmkoken.
Dit is wat er gebeurt als je een pot water aan de kook brengt: eerst vormen zich op bepaalde punten op het oppervlak van de pot luchtbellen, en als het water wordt geschud en geroerd, verdampt het water snel van het oppervlak.Dichtbij het oppervlak is het een onzichtbare damp;wanneer de damp afkoelt door contact met de omringende lucht, condenseert deze tot waterdamp, wat duidelijk zichtbaar is terwijl deze zich boven de pot vormt.
Iedereen weet dat dit zal gebeuren bij 212 graden Fahrenheit (100 graden Celsius), maar dat is niet alles.Dit gebeurt bij deze temperatuur en standaard atmosferische druk, namelijk 14,7 pond per vierkante inch (PSI [1 bar]).Met andere woorden, op een dag waarop de luchtdruk op zeeniveau 14,7 psi is, is het kookpunt van water op zeeniveau 212 graden Fahrenheit;op dezelfde dag is in de bergen op 1500 meter hoogte in deze regio de atmosferische druk 12,2 pond per vierkante inch, waarbij het water een kookpunt zou hebben van 203 graden Fahrenheit.
In plaats van de temperatuur van de vloeistof tot het kookpunt te verhogen, verlaagt het VCN-proces de druk in de kamer tot het kookpunt van de vloeistof bij omgevingstemperatuur.Net als bij warmteoverdracht bij koken, blijven de temperatuur en druk constant wanneer de druk het kookpunt bereikt.Deze druk wordt dampdruk genoemd.Wanneer het binnenoppervlak van de buis of pijp gevuld is met stoom, vult het buitenoppervlak de stoom aan die nodig is om de dampdruk in de kamer te handhaven.
Hoewel warmteoverdracht door koken een voorbeeld is van het principe van VCN, werkt het VCN-proces omgekeerd aan koken.
Selectief reinigingsproces.Het genereren van bellen is een selectief proces gericht op het opruimen van bepaalde gebieden.Door alle lucht te verwijderen, wordt de atmosferische druk verlaagd tot 0 psi, wat de dampdruk is, waardoor zich stoom op het oppervlak vormt.Groeiende luchtbellen verdringen vloeistof van het oppervlak van de buis of het mondstuk.Wanneer het vacuüm wordt opgeheven, keert de kamer terug naar atmosferische druk en wordt deze gespoeld, waarbij verse vloeistof de buis vult voor de volgende vacuümcyclus.Vacuüm-/drukcycli zijn doorgaans ingesteld op 1 tot 3 seconden en kunnen worden ingesteld op een willekeurig aantal cycli, afhankelijk van de grootte en vervuiling van het werkstuk.
Het voordeel van dit proces is dat het oppervlak van de buis wordt gereinigd, beginnend bij het vervuilde gebied.Terwijl de damp groeit, wordt de vloeistof naar het oppervlak van de buis geduwd en versnelt, waardoor een sterke rimpel op de wanden van de buis ontstaat.De grootste opwinding vindt plaats bij de muren, waar stoom groeit.In wezen breekt dit proces de grenslaag af, waardoor de vloeistof dicht bij het oppervlak met een hoog chemisch potentieel blijft.Op afb.Figuur 2 toont twee processtappen waarbij gebruik wordt gemaakt van een 0,1% waterige oppervlakteactieve oplossing.
Om stoom te kunnen vormen, moeten zich belletjes vormen op een stevig oppervlak.Dit betekent dat het reinigingsproces van het oppervlak naar de vloeistof gaat.Even belangrijk is dat de kernvorming van bellen begint met kleine belletjes die aan het oppervlak samenvloeien en uiteindelijk stabiele belletjes vormen.Daarom bevoordeelt kiemvorming gebieden met een groter oppervlak boven het vloeistofvolume, zoals pijpen en binnendiameters van pijpen.
Vanwege de concave kromming van de buis is de kans groter dat zich stoom in de buis vormt.Omdat zich gemakkelijk luchtbellen vormen aan de binnendiameter, wordt daar eerst en snel genoeg damp gevormd om doorgaans 70% tot 80% van de vloeistof te verdringen.De vloeistof aan het oppervlak op de piek van de vacuümfase bestaat voor bijna 100% uit damp, wat het koken van films bij kokende warmteoverdracht nabootst.
Het kiemvormingsproces is toepasbaar op rechte, gebogen of gedraaide producten van vrijwel elke lengte of configuratie.
Vind verborgen besparingen.Watersystemen die gebruik maken van VCN's kunnen de kosten aanzienlijk verlagen.Omdat het proces hoge concentraties chemicaliën handhaaft vanwege de sterkere menging nabij het oppervlak van de buis (zie figuur 1), zijn er geen hoge concentraties chemicaliën nodig om chemische diffusie te vergemakkelijken.Snellere verwerking en reiniging resulteert ook in een hogere productiviteit voor een bepaalde machine, waardoor de kosten van de apparatuur stijgen.
Ten slotte kunnen zowel op water gebaseerde als op oplosmiddelen gebaseerde VCN-processen de productiviteit verhogen door middel van vacuümdrogen.Hiervoor is geen extra apparatuur nodig, het is slechts een onderdeel van het proces.
Dankzij het gesloten kamerontwerp en de thermische flexibiliteit kan het VCN-systeem op verschillende manieren worden geconfigureerd.
Het nucleatieproces met vacuümcyclus wordt gebruikt om buisvormige componenten van verschillende afmetingen en toepassingen te reinigen, zoals medische apparaten met een kleine diameter (links) en radiogolfgeleiders met een grote diameter (rechts).
Voor systemen op oplosmiddelbasis kunnen naast VCN ook andere reinigingsmethoden zoals stoom en spray worden gebruikt.In sommige unieke toepassingen kan een ultrasoon systeem worden toegevoegd om de VCN te verbeteren.Bij het gebruik van oplosmiddelen wordt het VCN-proces ondersteund door een vacuüm-naar-vacuüm (of airless) proces, voor het eerst gepatenteerd in 1991. Het proces beperkt de uitstoot en het gebruik van oplosmiddelen tot 97% of hoger.Het proces is erkend door de Environmental Protection Agency en het California District of South Coast Air Quality Management vanwege de effectiviteit ervan bij het beperken van blootstelling en gebruik.
Oplosmiddelsystemen die gebruik maken van VCN's zijn kosteneffectief omdat elk systeem in staat is tot vacuümdestillatie, waardoor de terugwinning van oplosmiddelen wordt gemaximaliseerd.Dit vermindert de aankoop van oplosmiddelen en de afvalverwerking.Dit proces zelf verlengt de levensduur van het oplosmiddel;de snelheid van de ontleding van het oplosmiddel neemt af naarmate de bedrijfstemperatuur daalt.
Deze systemen zijn geschikt voor nabehandeling zoals passivatie met zuuroplossingen of indien nodig sterilisatie met waterstofperoxide of andere chemicaliën.De oppervlakteactiviteit van het VCN-proces maakt deze behandelingen snel en kosteneffectief, en ze kunnen worden gecombineerd in hetzelfde apparatuurontwerp.
Tot nu toe hebben VCN-machines in het veld buizen verwerkt met een diameter zo klein als 0,25 mm en buizen met een diameter-wanddikteverhouding groter dan 1000:1.Uit laboratoriumonderzoek is gebleken dat VCN effectief was bij het verwijderen van interne verontreinigingsspoelen met een lengte tot 1 meter en een diameter van 0,08 mm;in de praktijk kon hij gaten tot een diameter van 0,15 mm reinigen.
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 werd in 1990 gelanceerd als het eerste tijdschrift gewijd aan de metalen buizenindustrie.Tegenwoordig is het nog steeds de enige branchepublicatie in Noord-Amerika en is het de meest vertrouwde informatiebron voor slangenprofessionals geworden.
Volledige digitale toegang tot The FABRICATOR is nu beschikbaar, waardoor u eenvoudig toegang krijgt tot waardevolle industriële bronnen.
Volledige digitale toegang tot The Tube & Pipe Journal is nu beschikbaar, waardoor u eenvoudig toegang krijgt tot waardevolle bronnen uit de sector.
Geniet van volledige digitale toegang tot STAMPING Journal, het markttijdschrift voor metaalstempels met de nieuwste technologische ontwikkelingen, best practices en nieuws uit de sector.
Volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español is nu beschikbaar, waardoor u eenvoudig toegang krijgt tot waardevolle bronnen uit de sector.
Lasinstructeur en kunstenaar Sean Flottmann sloot zich aan bij de The Fabricator-podcast op FABTECH 2022 in Atlanta voor een livechat...
Posttijd: 13 januari 2023