Файл: Эскин, Г. И. Ультразвук шагнул в металлургию.pdf

ние, рост и захлопывание кавитационных пузырьков. Те­ оретически очень прочная (прочность жидкости, опреде­ ляемая силами межмолекулярного сцепления, состав­ ляет 10000 ат), в действительности жидкость легко раз­ рывается при значениях звукового давления всего в 1— 2 ат из-за присутствия твердых и газообразных приме­ сей. О том, как влияет на кавитационную прочность («порог» кавитации) воды содержание растворенного га­ за, можно судить по графику рис. 70 [41]. Именно по­ этому для управления процессом кавитации и, следова­ тельно, эффективностью процесса ультразвуковой очист­ ки рядом исследователей было предложено при очистке пропускать через жидкость газ.

Однако опыты показали, что если пропускать через жидкость слишком много газа, то одновременно с ростом количества кавитационных пузырьков падает как интен­ сивность ударов при их захлопывании, так и эффектив­

растворенный газ и из-за противодействия давления га­ за внутри пузырька перестают захлопываться.

При кавитации всегда возникает два типа пузырьков. Одни из них тут же (в полупериоде сжатия) захлопыва­ ются с генерированием ударного импульса (см. рис. 2), другие могут существовать многие периоды, колеблясь (пульсируя) относительно положения равновесия. И те, и другие активно воздействуют на загрязнение. Методом ускоренной киносъемки удалось подсмотреть, как рабо­ тают кавитационные пузырьки. При попадании под край загрязнения (рис. 71) пульсирующий пузырек ведет се­ бя как таран, который постепенно внедряется под плен­

158

бледнее явление удалось заметить, когда производили ультразвуковую очистку при наложении статического давления. Твердая пленка канифоли на плексигласе не

’разрушается пульсирующими пузырьками, так как она обладает хорошим сцеплением с органическим стеклом.

Когда наложили давление, то кинокамера перестала за­ мечать крупные пульсирующие кавитационные пузырьки.

шого количества маленьких кавитационных пузырьков, которые уносили отслоившиеся частицы загрязнений от поверхности и способствовали притоку свежих порций растворителя к очищаемой поверхности. Впечатление, которое получает кинозритель при просмотре кадров ус­ коренной киносъемки процесса очистки под действием ультразвука, настолько велико, что, посмотрев лишь

159

ОДим раз, запомнишь надолго исключительную добросо­ вестность и трудолюбие кавитационных пузырьков.

Процесс ультразвуковой очистки часто сочетается с химическим растворением загрязнения. Об этом подроб­ но будет рассказано при рассмотрении процесса травле­ ния в ультразвуковом поле.

Вообще говоря, механизм ультразвуковой очистки — это сложный физико-химический процесс, в котором, с одной стороны, участвуют силы химического взаимодей­ ствия между растворителем и загрязнением, а с другоп- - акустическая кавитация. Поэтому эффективность уль­ тразвуковой очистки так сильно зависит от свойств жидкости (поверхностного натяжения, вязкости, темпера­ туры, содержания газов) и параметров ультразвука (ча­ стоты и интенсивности). Каждый применяемый для очи­ стки растворитель имеет наибольшую эффективность при некоторой определенной температуре, выше и ниже ко­ торой результативность очистки падает. Это явление свя­ зано с температурой начала образования пузырьков па­ ра жидкости. Испарение жидкости способствует образова­ нию паровых кавитационных пузырьков, но одновремен­ но с этим растет давление пара внутри пузырька и эф­ фективность захлопывания пузырьков снижается. Из этих соображений выбирают оптимальные рабочие тем­ пературы для различных растворителей.

Ниже даны значения оптимальной рабочей темпера­

100

Весьма важным условием при выборе растворители является его способность смачивать загрязнения и по­ верхность очищаемого тела. Чтобы улучшить смачивае­ мость, в растворы добавляют поверхностно активные ве­ щества (ПАВ); на поверхности раздела жидкость — за­ грязнение возникает мономолекулярный слой ПАВ, по­ верхностное натяжение жидкости снижается, и смачива­ емость растет. При ультразвуковой очистке жировых за­ грязнений применяют слабощелочные растворы с добав­

хлорэтилен и др.). Для очистки, например, от травиль­ ного шлама (шлак на поверхности листов трансформа­

стали, по данным тех же авторов, ультразвуковая очист­ ка в воде позволила отказаться от очень трудоемкой и вредной для человека ручной очистки в ацетоне с приме­ нением войлочных протиров. Полоса стали 1Х18Н9Т, идущая со скоростью 0,018 м/сек, перед формующим ста­ ном и аргоно-дуговой сваркой очищается ультразвуком в проточной воде, находясь в зоне очистки в течение всего

4 сек.

Однако чаще всего для ультразвуковой очистки про­ дукции металлургических заводов применяют слабые щелочные растворы. Рассмотрим промышленный процесс ультразвуковой очистки полосы трансформаторной стали марки Э-330, описанный Ю. В. Кошелевым, Б. А. Агранатом и В. И. Башкировым [36]. Особенностями про-