Obrábění ultrazvukem je moderní technologie, která má své specifické dopady na životní prostředí. V mnoha průmyslových odvětvích, jako je výroba přesných mechanických funkčních součástí, optických skel a zařízení, a také vysoce přesných trubek a součástí z nerezové oceli, jsou požadavky na čistotu povrchů extrémně vysoké.
Moderní metody čištění
Při dnešních požadavcích na zbytkovou nečistotu a velikost částic je použití ultrazvuku téměř nepostradatelné. Zbytky použitých materiálů a kovový otěr lze zcela odstranit pouze s velkým úsilím, protože takové nečistoty ulpívají na kovových a skleněných površích extrémně pevně. Ve většině případů samotné ošetření vodnými čisticími roztoky nestačí, pokud není podporováno dalšími mechanickými procesy. V těchto případech může mít ultrazvuk lepší účinek než zaplavení nebo postřik.
Ultrazvukové čištění
Ultrazvuk se v čisticím roztoku přenáší jako podélná vlna. Silné kolísání tlaku způsobené ultrazvukem vytváří v roztoku mnoho malých vakuových bublinek. Ty okamžitě implodují a uvolňují vysokou mechanickou energii. Implodování vakuových bublin vytváří v některých případech tlak vyšší než 1000 barů. Mikrodrsnost povrchu a nahromaděné částice působí jako kavitační jádra.
Tato metoda je vhodná zejména pro nepřístupná místa, vrtané díry, ražené povrchy a další oblasti, kde konvenčními metodami čištění nelze dosáhnout optimálních výsledků. U čirých roztoků je možné již po několika sekundách pozorovat, jak jsou částice nečistot z povrchu odstraněny. Často používané zvukové frekvence jsou mezi 20 kHz a 45 kHz, ale mohou být i výrazně nad 100 kHz.
Ponorné čištění
Čištění ponorem je stará metoda čištění. Zde použité čisticí prostředky bez problémů rozpouštějí oleje a tuky a dokonale rozptýlí částice nečistot. Jednoduché ponorné odmašťovací zařízení zpočátku tvořila vyhřívaná nádoba z plechu, ve které se části vyvařovaly za bodu varu. Vroucí roztok, který se převaluje, vytváří další mechanický čisticí účinek. Tato metoda se dnes již v moderních průmyslových zemích nepoužívá. V moderních zařízeních se zamezí nevýhodám, které vznikají v souvislosti s odmašťováním varem, jako jsou vysoké tepelné ztráty, tvorba páry, rozstřikování nebo vyvaření.
Čtěte také: Život s úsměvem a ohledem na přírodu
Čisticí účinek lze podpořit mechanicky cirkulací čisticího roztoku nebo tlakovým zaplavením. V případě tlakového zaplavení je roztok čerpán přes četné protilehlé, přesazené trysky s vysokým objemovým průtokem při tlacích mezi 8 a 25 bary do pracovní komory a tím i na čistěné díly. Alternativně lze vanu několikrát opakovaně naplnit a vypustit pomocí zaplavovacího čerpadla a filtračního zařízení. Přídavný zabudovaný systém povrchového oplachu zajišťuje spláchnutí oleje nebo mastnoty nahromaděné na povrchu vany do přepadu, čímž se zabrání opětovnému znečištění čištěných částí deemulgovaným olejem při jejich vyjímání z ponorné lázně.
Oproti starému vařicímu procesu má ponorné čištění s dobrou cirkulací tu výhodu, že optimálních výsledků čištění je dosaženo při nižších teplotách, obvykle 50 °C - 75 °C, a po kratších dobách ošetření. Moderní systémy již nevypouštějí do haly vodní páru. Tento proces je předurčen pro jemné a nejjemnější čištění.
Čištění postřikem
Tento způsob čištění se skládá z jednoho nebo více koordinovaných pracovních kroků. Silný mechanický čisticí účinek stříkajícího paprsku (vysoký tlak pro speciální aplikace) nabízí tu výhodu, že doba ošetření je často kratší ve srovnání s ponorným odmašťováním a může postačovat nižší provozní teplota 40 - 70 °C.
Případně může být zapotřebí méně čisticího roztoku a s 10 - 30 g/l nižší koncentrace než při čištění ponorem. Systémy pro čištění postřikem mohou sahat od jednoduchých až po velmi složité. Postřikovými čisticími systémy lze levně vyčistit velké množství jednoduchých součástí. Ani zde již moderní systémy nevypouštějí vodní páru do bezprostředního okolí. Pro intenzivní čisticí účinek je rozhodující tvar a uspořádání trysek, které musí zajistit, aby byly díly během procesu čištění ostřikovány ze všech stran a žádná místa nebyla opomenuta. V jednoduchých systémech se stříkací tlak pohybuje mezi 0,5 a 4 bary. Pro určité čisticí procesy, jako např. odstraňování otřepů a vysokotlaké čištění, se používá podstatně vyšší tlak (> 100 bar). Existují jednokomorové postřikové systémy, u kterých jsou čištěné díly na pohyblivém roštu ostřikovány ze všech stran, jakož i kontinuálně pracující vícekomorové postřikové systémy ve formě pásových průběžných systémů. Hlavní výhodou je, že ve srovnání s čištěním ponorem lze dosáhnout vyšší průchodnosti při nižších nákladech. Počet a délka jednotlivých komor v kontinuálních postřikových systémech musí být přizpůsobeny danému úkolu. Konstrukce trysky závisí na funkci různých komor.
Důležitým předpokladem pro perfektní fungování postřikových čisticích systémů je použití rychle deemulgujících čisticích prostředků. Pro prodloužení jejich životnosti se používají stejná zařízení jako u ponorných čisticích systémů (např. Postřikové čisticí prostředky musí mít jiné složení než ponorné. Nejdůležitější vlastností je odlišné chování pěny. Postřikové čisticí prostředky jsou obecně nad tzv. "bodem zákalu" málo pěnivé až bez pěny! Bod zákalu závisí na použitých povrchově aktivních látkách (tenzidech) a často se pohybuje kolem 40 °C. Je nutné dodržovat tento údaj v Produktové informaci pro použitý čistič!
Čtěte také: Eko prací prášky: Jak vybrat ten správný?
Čisticí/mycí stůl a manuální postřik
V mnoha dílnách a menších výrobních podnicích se čištění kovů stále provádí ručně kartáčem nebo štětcem. Postupně však byla tato ruční práce vylepšena a zjednodušena prostřednictvím různých zlepšení. Namísto vany s petrolejem, se štětcem a čisticím hadříkem se nyní pro čisticí roztok používá mycí stůl s kartáčem spojeným s hadicí. V mnoha případech lze petrolej nahradit vysoce výkonnými čisticími prostředky na vodní bázi, které jsou obvykle pro čištění opravovaných dílů vhodnější.
Často se provádí čištění postřikem, např. při čištění motorů vozidel nebo zařízení, případně strojů, které nelze přepravovat. Čisticí roztok se nastříká na povrch a pak se musí nechat působit. Silněji znečištěné povrchy se ošetřují neředěným čisticím koncentrátem. Pak jsou částice nečistot odstraněny postřikem silným proudem vody. Povrchy schnou na vzduchu. Proces schnutí se urychlí ofukováním povrchu stlačeným vzduchem.
Parní nebo vysokotlaká čisticí zařízení
Ruční čištění lze provádět také pomocí parních nebo vysokotlakých čisticích strojů, které normálně nepoužívají čisticí prostředky s obsahem rozpouštědel, ale používají čisticí koncentráty na vodní bázi. Čisticí koncentrát se míchá s horkou párou nebo vodou. Tato směs se pod vysokým tlakem nastříká na čištěný povrch.
Rozpouštědla a jejich ekologický dopad
Rozpouštědlo (též ředidlo) je látka, která může rozpouštět nebo ředit plyny, kapaliny nebo pevné látky, aniž by docházelo k chemické reakci mezi rozpuštěnou látkou a rozpouštědlem. Podle německého předpisu TRGS (Technische Regeln für Gefahrstoffe) jsou rozpouštědla těkavé organické látky s bodem varu do 200 °C. Většina rozpouštědel jsou látky silně hořlavé. Čisticí prostředky na bázi rozpouštědel se obvykle používají, když je kontakt kovu s vodou nežádoucí. Uhlovodíky se vyznačují vynikající schopností rozpouštět všechny druhy organických nečistot a nízkým povrchovým napětím, které jim umožňuje pronikat do spár, malých otvorů a závitů.
Na rozdíl od vody zachycená rozpouštědla nezpůsobují korozi, protože uhlovodíky jsou prakticky inertní. Rozpouštědla lze snadno recyklovat destilací a nevzniká odpadní voda. Pokud však není prováděna kvantitativní recyklace, mají jako těkavé organické sloučeniny (VOC) škodlivý dopad na životní prostředí a zdraví, a proto by měla být rozpouštědla používána v bezztrátových vakuových systémech. Dearomatizované technické benzíny stále více nahrazují technické benzíny obsahující aromatické látky a představují důležitou třídu organických rozpouštědel. Jejich rozpouštěcí schopnost se téměř nemění, a to i při výrazně snížených bezpečnostních, zdravotních a ekologických rizicích (EHS). Obsah aromatických látek je typicky výrazně pod 1 %. Používají se především k čištění velmi mastných nebo zaolejovaných opravovaných dílů jako např. motory, převodovky a větší stroje (lokomotivy). Tyto produkty se skládají převážně z uhlovodíků a v závislosti na zamýšleném účelu použití obsahují další přísady, např. pro zlepšení ochrany proti korozi nebo omyvatelnosti.
Čtěte také: Citrusová kůra jako zdroj ekologického plastu
Také pro ruční použití se v mnoha oblastech použití osvědčily čisticí prostředky bez aromátů. V závislosti na složení je lze použít jako čisté koncentráty nebo v roztoku s petrolejem nebo částečně i s vodou. Po určité době působení se čisticí prostředek opatrně ostříká silným proudem vody. Alkoxypropanoly jsou synteticky vyrobená rozpouštědla, známá také jako modifikované alkoholy, která obsahují jak alkoholové skupiny, tak éterové skupiny.
Měření tloušťky nátěru ultrazvukem
Příspěvek se zabývá měřením tloušťky nátěru na dřevě pomocí ultrazvukové metody, která vychází z měření doby průchodu ultrazvukového impulsu danou vrstvou. Jednou z největších výhod této metody je nedestruktivní měření, což umožňuje kontrolu kvality online v provozu, např. při kontrole nánosu nátěrové hmoty na okenních či dveřních rámech. Během experimentu byly zaznamenány odchylky tloušťky nátěru naměřených destruktivní a nedestruktivní metodou, nicméně tyto odchylky byly ve většině případů menší, než je nepřesnost měření pomocí optického mikroskopu. Výsledky jednoznačně ukázaly, že přesnost popisované metody je dostačující a lze ji tedy používat při měření tloušťky nátěru na porézních a diamagnetických materiálech, jako je dřevo.
Princip měření tloušťky nátěru ultrazvukem
Tloušťka nátěru je jeden ze základních parametrů, který určuje vlastnosti nátěru stavebně truhlářských konstrukcí. Je zřejmé, že při výrobě dřevěných oken musí být tloušťka nátěru důsledně kontrolována. V případě nanášení nátěrové hmoty na okna stříkáním není stanovení nánosu na základě údajů o spotřebované nátěrové hmotě příliš přesné. Nejspolehlivější údaje přináší metody založené na měření tloušťky vytvrzeného nátěru přímo na dřevu. Měření tloušťky vrstev ultrazvukem vychází z měření doby průchodu ultrazvukového impulsu danou vrstvou. Pro zjištění tloušťky vrstvy se pak doba průchodu vynásobí rychlostí ultrazvuku v dané vrstvě.
Běžné ultrazvukové tloušťkoměry vyhodnocují dobu mezi opakovanými odrazy od rozhraní měřeného materiálu se vzduchem a časové okamžiky těchto odrazů jsou určovány v maximech jednotlivých odrazů. Je to jednoduše zpracovatelná metoda, pomocí které je možno změřit tloušťku jedné vrstvy, která je větší než je šířka vyslaného impulsu. Zpravidla lze takto vyhodnocovat pouze rozhraní materiálů s velkým rozdílem akustické impedance (kovy, sklo apod. ve volném prostoru).
Měření tenkých vrstev ultrazvukem skýtá jisté problémy. Echo ultrazvukového signálu má určitou šířku a při měření tenkých vrstev nastává situace, kdy se přijaté echo od odraženého signálu (od protilehlé stěny) překrývá s počátečním vysílacím echem. Pro přesné měření velmi tenkých vrstev ultrazvukem se používá metody matematické analýzy, která rekonstruuje signál na základě známého referenčního echa a určuje tloušťku vrstvy. Dokonce je možné rozlišit a měřit několik samostatných vrstev (např. základní barva, plnič, vrchní lak). Podmínkou je pouze dostatečný rozdíl v akustických vlastnostech jednotlivých materiálů tak, aby je dokázal přístroj rozeznat.
Metoda zpracování signálu (jedná se o dekonvoluci přijatého signálu na základě tvaru signálu referenčního echa) spočívá na základě předpokladu, že signál přijatý ultrazvukovou sondou je určitou „směsí“ odrazů od jednotlivých rozhraní mezi vrstvami. Každý odraz má tvar referenčního echa a je přijat s různou amplitudou a časovým posunem. Časový posun těchto odrazů udává tloušťku jednotlivých vrstev, s přihlédnutím na rychlost ultrazvuku v daném materiálu. Matematickou analýzou se „poskládá“ daný počet referenčních ech, tzn. vytvoří se umělý signál skládající se z daného počtu referenčních ech s různou amplitudou a časovým posunem tak, aby tento umělý signál co možná nejlépe odpovídal signálu přijatému sondou. Časové posuvy těchto dosazených referenčních ech, ze kterých se skládá umělý signál, vynásobené rychlostmi ultrazvuku v materiálu příslušné vrstvy, pak udávají tloušťku jednotlivých vrstev.
Z důvodu, že měřitelnost vrstev z různých materiálů není díky neznalosti akustických impedancí jednotlivých vrstev jednoznačně dána, použitý měřicí přístroj (Sursonic, Testima, spol. s r.o.) k naměřeným výsledkům navíc graficky znázorňuje současně průběhy přijatého a vypočteného signálu, aby si uživatel mohl sám udělat představu o spolehlivosti reprezentace výsledků měření. Předpokládá to ale dobré znalosti uživatele v oboru šíření ultrazvuku, a tím bohužel vylučuje nasazení přístroje v provozech, kde je třeba rychlé hromadné měření méně kvalifikovanou osobou.
Na základě výzkumu provedeného na ČZU v Praze a publikovaného v časopise Maderas Ciencia y tecnología (20(4): 671-680, 2018) lze tvrdit, že měření tloušťky nátěru na dřevu pomocí ultrazvukové měřící metody dosahuje uspokojivých výsledků. Hodnoty naměřené ultrazvukovou metodou oscilují kolem hodnot naměřených mikroskopem a ve většině případů jsou v pásu vymezeném nejistotou měření destruktivní optickou metodou.
Porovnání destruktivní a nedestruktivní metody měření tloušťky nátěru na dřevu ukazuje, že si výsledky z dvou porovnávaných metod v celém intervalu tloušťky nátěru 80-115 µm odpovídají. Další výzvou v oblasti měření tloušťky nátěru pomocí ultrazvuku na diamagnetických materiálech může být měření nátěru na porézních strukturách, materiálech s většími póry, než je dřevo. V tomto případě je měření navíc ztíženo rozhraním mezi porézním materiálem a nátěrem - mezifází tvořenou póry impregnovanými nátěrem.
tags: #ekologický #dopad #obrábění #ultrazvukem
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]