Bất kể kim loại thô được chế tạo thành ống hay ống như thế nào

Bất kể kim loại thô được chế tạo thành ống hay ống dẫn như thế nào, quá trình sản xuất đều để lại một lượng đáng kể vật liệu còn sót lại trên bề mặt.Việc tạo hình và hàn trên máy cán, vẽ trên bàn kéo hoặc sử dụng máy đóng cọc hoặc máy đùn sau đó là quy trình cắt theo chiều dài có thể làm cho đường ống hoặc bề mặt đường ống bị dính dầu mỡ và có thể bị tắc do các mảnh vụn.Các chất gây ô nhiễm phổ biến cần được loại bỏ khỏi bề mặt bên trong và bên ngoài bao gồm chất bôi trơn gốc dầu và nước khi kéo và cắt, mảnh vụn kim loại từ hoạt động cắt, bụi và mảnh vụn nhà máy.
Các phương pháp điển hình để làm sạch hệ thống ống nước và ống dẫn khí trong nhà, dù bằng dung dịch nước hay dung môi, đều tương tự như các phương pháp được sử dụng để làm sạch bề mặt ngoài trời.Chúng bao gồm xả nước, cắm và tạo bọt siêu âm.Tất cả những phương pháp này đều có hiệu quả và đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ.
Tất nhiên, mọi quy trình đều có những hạn chế và những phương pháp dọn dẹp này cũng không ngoại lệ.Việc xả thường yêu cầu một ống góp thủ công và mất hiệu quả khi vận tốc chất lỏng xả giảm khi chất lỏng tiếp cận bề mặt đường ống (hiệu ứng lớp ranh giới) (xem Hình 1).Việc đóng gói hoạt động tốt nhưng rất tốn công và không thực tế đối với đường kính rất nhỏ chẳng hạn như đường kính được sử dụng trong các ứng dụng y tế (ống dưới da hoặc ống).Năng lượng siêu âm có hiệu quả trong việc làm sạch các bề mặt bên ngoài, nhưng nó không thể xuyên qua các bề mặt cứng và khó tiếp cận bên trong đường ống, đặc biệt khi sản phẩm được bó lại.Một nhược điểm khác là năng lượng siêu âm có thể gây hư hỏng bề mặt.Các bong bóng âm thanh được làm sạch bằng cavitation, giải phóng một lượng lớn năng lượng gần bề mặt.
Một giải pháp thay thế cho các quá trình này là tạo mầm theo chu kỳ chân không (VCN), khiến các bong bóng khí phát triển và xẹp xuống để di chuyển chất lỏng.Về cơ bản, không giống như quá trình siêu âm, nó không có nguy cơ làm hỏng bề mặt kim loại.
VCN sử dụng bọt khí để khuấy trộn và loại bỏ chất lỏng bên trong đường ống.Đây là một quá trình ngâm hoạt động trong chân không và có thể được sử dụng với cả chất lỏng gốc nước và dung môi.
Nó hoạt động theo nguyên tắc tương tự như bong bóng hình thành khi nước bắt đầu sôi trong nồi.Những bong bóng đầu tiên hình thành ở một số nơi, đặc biệt là trong những chiếc chậu đã qua sử dụng tốt.Việc kiểm tra cẩn thận những khu vực này thường phát hiện ra độ nhám hoặc các khuyết tật bề mặt khác ở những khu vực này.Chính tại những khu vực này, bề mặt của chảo tiếp xúc nhiều hơn với một thể tích chất lỏng nhất định.Ngoài ra, do những khu vực này không chịu sự làm mát đối lưu tự nhiên nên bọt khí có thể dễ dàng hình thành.
Trong quá trình truyền nhiệt sôi, nhiệt được truyền sang chất lỏng để tăng nhiệt độ của nó lên điểm sôi.Khi đạt đến điểm sôi, nhiệt độ ngừng tăng;tăng thêm nhiệt sẽ tạo ra hơi nước, ban đầu ở dạng bong bóng hơi.Khi được làm nóng nhanh chóng, tất cả chất lỏng trên bề mặt sẽ chuyển thành hơi, được gọi là màng sôi.
Đây là điều xảy ra khi bạn đun sôi một nồi nước: đầu tiên, bọt khí hình thành tại một số điểm nhất định trên bề mặt nồi, sau đó khi nước được khuấy và khuấy, nước sẽ nhanh chóng bay hơi khỏi bề mặt.Gần bề mặt nó là một loại hơi vô hình;khi hơi nguội đi khi tiếp xúc với không khí xung quanh, nó ngưng tụ thành hơi nước, có thể nhìn thấy rõ khi nó hình thành trên nồi.
Mọi người đều biết rằng điều này sẽ xảy ra ở nhiệt độ 212 độ F (100 độ C), nhưng đó không phải là tất cả.Điều này xảy ra ở nhiệt độ này và áp suất khí quyển tiêu chuẩn, là 14,7 pound mỗi inch vuông (PSI [1 bar]).Nói cách khác, vào một ngày khi áp suất không khí ở mực nước biển là 14,7 psi thì nhiệt độ sôi của nước ở mực nước biển là 212 độ F;cùng ngày ở vùng núi ở độ cao 5.000 feet ở khu vực này, áp suất khí quyển là 12,2 pound/inch vuông, nơi nước sẽ có nhiệt độ sôi là 203 độ F.
Thay vì nâng nhiệt độ của chất lỏng lên điểm sôi, quy trình VCN hạ áp suất trong buồng xuống điểm sôi của chất lỏng ở nhiệt độ môi trường.Tương tự như quá trình truyền nhiệt sôi, khi áp suất đạt đến điểm sôi thì nhiệt độ và áp suất không đổi.Áp suất này được gọi là áp suất hơi.Khi bề mặt bên trong của ống hoặc đường ống chứa đầy hơi nước, bề mặt bên ngoài sẽ bổ sung lượng hơi nước cần thiết để duy trì áp suất hơi trong buồng.
Mặc dù quá trình truyền nhiệt sôi thể hiện nguyên lý của VCN, nhưng quá trình VCN hoạt động ngược lại với quá trình sôi.
Quá trình làm sạch có chọn lọc.Tạo bong bóng là một quá trình có chọn lọc nhằm mục đích làm sạch các khu vực nhất định.Việc loại bỏ toàn bộ không khí sẽ làm giảm áp suất khí quyển xuống 0 psi, tức là áp suất hơi, khiến hơi nước hình thành trên bề mặt.Bong bóng khí phát triển sẽ đẩy chất lỏng ra khỏi bề mặt của ống hoặc vòi.Khi chân không được giải phóng, buồng trở lại áp suất khí quyển và được làm sạch, chất lỏng mới đổ đầy ống cho chu kỳ chân không tiếp theo.Chu kỳ chân không/áp suất thường được đặt từ 1 đến 3 giây và có thể được đặt thành bất kỳ số chu kỳ nào tùy thuộc vào kích thước và mức độ nhiễm bẩn của phôi.
Ưu điểm của quá trình này là làm sạch bề mặt đường ống bắt đầu từ khu vực bị ô nhiễm.Khi hơi tăng lên, chất lỏng bị đẩy lên bề mặt ống và tăng tốc, tạo ra gợn sóng mạnh trên thành ống.Sự phấn khích lớn nhất xảy ra ở các bức tường, nơi hơi nước bốc lên.Về cơ bản, quá trình này phá vỡ lớp ranh giới, giữ chất lỏng ở gần bề mặt có tiềm năng hóa học cao.Trên hình.2 thể hiện hai bước quy trình sử dụng dung dịch chất hoạt động bề mặt dạng nước 0,1%.
Để hơi nước hình thành, bong bóng phải hình thành trên bề mặt rắn.Điều này có nghĩa là quá trình làm sạch đi từ bề mặt đến chất lỏng.Điều quan trọng không kém là quá trình tạo mầm bong bóng bắt đầu bằng những bong bóng nhỏ kết tụ lại trên bề mặt, cuối cùng tạo thành bong bóng ổn định.Do đó, quá trình tạo mầm ưu tiên các vùng có diện tích bề mặt cao hơn thể tích chất lỏng, chẳng hạn như đường ống và đường kính bên trong ống.
Do đường ống có độ cong lõm nên hơi nước dễ hình thành bên trong đường ống hơn.Bởi vì bọt khí dễ dàng hình thành ở đường kính bên trong, hơi nước được hình thành ở đó đầu tiên và đủ nhanh để chiếm chỗ 70% đến 80% chất lỏng.Chất lỏng ở bề mặt ở đỉnh cao của pha chân không gần như là hơi 100%, mô phỏng màng sôi trong quá trình truyền nhiệt sôi.
Quá trình tạo mầm có thể áp dụng cho các sản phẩm thẳng, cong hoặc xoắn ở hầu hết mọi chiều dài hoặc hình dạng.
Tìm khoản tiết kiệm ẩn.Hệ thống nước sử dụng VCN có thể giảm đáng kể chi phí.Bởi vì quá trình này duy trì nồng độ hóa chất cao do sự trộn mạnh hơn ở gần bề mặt ống (xem Hình 1), nên không cần nồng độ hóa chất cao để tạo điều kiện cho sự khuếch tán hóa học.Xử lý và làm sạch nhanh hơn cũng mang lại năng suất cao hơn cho một máy nhất định, do đó làm tăng giá thành của thiết bị.
Cuối cùng, cả quy trình VCN dựa trên nước và dung môi đều có thể tăng năng suất thông qua sấy chân không.Điều này không yêu cầu bất kỳ thiết bị bổ sung nào, nó chỉ là một phần của quá trình.
Do thiết kế buồng kín và tính linh hoạt về nhiệt, hệ thống VCN có thể được cấu hình theo nhiều cách khác nhau.
Quá trình tạo mầm chu trình chân không được sử dụng để làm sạch các bộ phận dạng ống có kích thước và ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như các thiết bị y tế có đường kính nhỏ (trái) và ống dẫn sóng vô tuyến đường kính lớn (phải).
Đối với các hệ thống dựa trên dung môi, có thể sử dụng các phương pháp làm sạch khác như hơi nước và phun xịt ngoài VCN.Trong một số ứng dụng độc đáo, hệ thống siêu âm có thể được thêm vào để cải thiện VCN.Khi sử dụng dung môi, quy trình VCN được hỗ trợ bởi quy trình từ chân không đến chân không (hoặc không có không khí), được cấp bằng sáng chế lần đầu tiên vào năm 1991. Quy trình này hạn chế lượng khí thải và mức sử dụng dung môi ở mức 97% hoặc cao hơn.Quá trình này đã được Cơ quan Bảo vệ Môi trường và Cơ quan Quản lý Chất lượng Không khí Bờ biển Nam California công nhận về tính hiệu quả của nó trong việc hạn chế tiếp xúc và sử dụng.
Hệ thống dung môi sử dụng VCN có hiệu quả về mặt chi phí vì mỗi hệ thống đều có khả năng chưng cất chân không, tối đa hóa khả năng thu hồi dung môi.Điều này làm giảm việc mua dung môi và xử lý chất thải.Bản thân quá trình này sẽ kéo dài tuổi thọ của dung môi;tốc độ phân hủy dung môi giảm khi nhiệt độ hoạt động giảm.
Các hệ thống này phù hợp cho quá trình xử lý sau như thụ động hóa bằng dung dịch axit hoặc khử trùng bằng hydro peroxide hoặc các hóa chất khác nếu cần.Hoạt động bề mặt của quy trình VCN làm cho các phương pháp xử lý này nhanh chóng và tiết kiệm chi phí, đồng thời chúng có thể được kết hợp trong cùng một thiết kế thiết bị.
Cho đến nay, các máy VCN đã xử lý các ống có đường kính nhỏ tới 0,25 mm và các ống có tỷ lệ đường kính và độ dày thành lớn hơn 1000:1 tại hiện trường.Trong các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, VCN có hiệu quả trong việc loại bỏ các cuộn dây gây ô nhiễm bên trong dài tới 1 mét và đường kính 0,08 mm;trong thực tế, nó có thể làm sạch các lỗ có đường kính lên tới 0,15 mm.
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.
Tạp chí Tube & Pipe được ra mắt vào năm 1990 với tư cách là tạp chí đầu tiên dành riêng cho ngành ống kim loại.Ngày nay, nó vẫn là ấn phẩm công nghiệp duy nhất ở Bắc Mỹ và đã trở thành nguồn thông tin đáng tin cậy nhất cho các chuyên gia về ống.
Hiện đã có quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào FABRICATOR, giúp bạn dễ dàng truy cập vào các tài nguyên có giá trị trong ngành.
Hiện đã có quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào The Tube & Pipe Journal, giúp bạn dễ dàng truy cập vào các tài nguyên có giá trị trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào STAMPING Journal, tạp chí thị trường dập kim loại với những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức trong ngành.
Hiện đã có toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số The Fabricator en Español, giúp bạn dễ dàng truy cập vào các tài nguyên có giá trị trong ngành.
Người hướng dẫn và nghệ sĩ hàn Sean Flottmann đã tham gia podcast The Fabricator tại FABTECH 2022 ở Atlanta để trò chuyện trực tiếp…