مقالات
در حال خواندن
آشنایی با تجهیزات التراسونیک و کاربرد های آن
0

آشنایی با تجهیزات التراسونیک و کاربرد های آن

توسط میثم نجفی ارشادی۲ دی, ۱۳۹۶

کلمه آلتراسونیک Ultrasonic به معنای مافوق صوت است. محدوده فرکانس شنوایی انسان ۲۰ هرتز تا ۲۰ هزار هرتز است. محدوده فرکانسی امواج مافوق صوت ۴۰ کیلو هرتز تا چندین مگا هرتز می‌باشد. امواج مافوق، کاربردهای فراوانی از جمله در لیزر، تخلیه الکتریکی برای بهبود خواص سطحی و افزایش نرخ باربرداری، سنجش فاصله، عمق مخزن، شستشوی دقیق ظروف آزمایشگاهی، تعیین فشار خون بیمار، همگن کردن مواد مذاب، جوشکاری مواد غیر هم جنس، ریخته گری، تراشکاری، فرزکاری، سوراخکاری و غیره دارد.در ادامه مطلب با مکاسیس همراه باشید . . . 

فرایند التراسونیک
امواج التراسونیک به دسته ایی از امواج مکانیکی گفته می شود که فرکانس نوسانشان بیش از محدوده شنوایی انسان (۲۰ Hz- 20 KHz) باشد. این امواج بدلیل خواصی که دارند کاربردهای متنوعی دارند، از امواج آکوستیک فرکانس های التراسونیک (۱۶ KHz تا ۲ MHz) برای عمل آوری مواد استفاده می شوند.
پارامترهای فرایند التراسونیک ( دامنه، فرکانس و توان) را به خوبی می توان کنترل کرد.

محدوده تغییرات امواج التراسونیک

محدوده تغییرات امواج التراسونیک

فرایند التراسونیک در سیال ها با پدیده کویتاسیون (حفره زایی) آکوستیک همراه است. کویتاسیون آکوستیک در واقع تشکیل حباب ها (حفره ها) به خاطر افت سریع فشار در مایع بر اثر عبور امواج صوت از درون آن می باشد. در تصویر زیر حفره زایی توسط التراسونیک بصورت شماتیک نشان داده شده است.

پدیده کویتاسیون (حفره زایی) آکوستیک

پدیده کویتاسیون (حفره زایی) آکوستیک

استفاده از التراسونیک در مایعات شامل چهار بخش زیر است:
هموژنایز کردن با استفاده از التراسونیک
تمیز کردن توسط التراسونیک
سونوشیمی
گاز زدایی توسط التراسونیک

– هموژنایز کردن با استفاده از التراسونیک
هموژنایز کردن توسط التراسونیک روشی است برای فرایند های پراکنده سازی که از امواج التراسونیک جهت انجام یکنواخت سازی فاز پراکنده شده از آن استفاده می شود. فرایند یکنواخت سازی فاز پراکنده شده بر اثرکاهش اندازه ذرات و قطرات در محلول انجام می شود. کاهش اندازه ذرات با جداکردن ذرات تجمع یافته در اثر انرژی ایجاد شده توسط کویتاسیون صورت می گیرد.
هموژنایز توسط التراسونیک در نتیجه حفره زایی صوتی (acoustic cavitation) انجام می شود. حباب های در اثر حفره زایی در بخش های کم فشار تناوب موج صوت اتفاق می افتد. زمانی که فشار افزایش پیدا می کند حفره ها با سرعت بالایی به هم می پیوندند. این برخورد ها فشار های موضعی شدیدی را ایجاد می کنند ( بیش از ۲۰۰۰۰ psi/1380 bar) که باعث شکستن تجمع ذرات و تولید جریان متلاطم با سرعت بالا (بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر بر ساعت) می شود که باعث پراکنده شدن فاز می گردد.
هموزنایزر التراسونیک می تواند برای حجم های مختلف مایعات (همانند رزین ها، رنگ ها، چسب ها، پوشش ها، روانسازها، جوهرها و امولسیون های غذایی) مورد استفاده قرار گیرد.

کاربردهای التراسونیک
یکی از مهم ترین کاربردهای امواج فرا صوت در شستشوی التراسونیک است. برای این کار قطعه مورد نظر برای شستشو در مایعی که معمولاً آب است، غوطه ور می‌کنند. مایعی که قطعه در آن غوطه ور است با فرکانس و شدت بسیار بالایی به ارتعاش در می‌آید و این ارتعاشات منجر به مرتعش شدن قطعه درون مایع شده و آلودگی‌ها را از آن جدا می‌کند.

نمونه ای از دستگاه شستشوی التراسونیک جهت شستشوی قطعات صنعتی

نمونه ای از دستگاه شستشوی التراسونیک جهت شستشوی قطعات صنعتی

هم چنین به منظور اتصال قطعات پلاستیکی، پلاستیکی به فلزات و به طور کل، جوش و اتصال مواد غیر هم جنس از امواج فرا صوت استفاده می‌شود. در این نوع جوشکاری با قرار دادن قطعات در معرض حرکت ارتعاشی با فرکانس ثابت حرارت داده می‌شوند و به هم متصل می‌شوند و یا به اصطلاح جوش می‌خورند.

جوشکاری التراسونیک

جوشکاری التراسونیک

جالب است بدانید از امواج مافوق صوت در پزشکی نیز استفاده‌های فراوانی می‌شود. از جمله می‌توان به جراحی توسط چاقوی آلتراسونیک، تخریب سلول های بدخیم، عمل آب مروارید چشم، پیشگیری از پوسیدگی، جرم گیری و عصب کشی دندان ها، شکستن سنگ کلیه، مثانه و کبد، برداشتن چربی اضافی بدن (لیپوساکشن)، برداشتن بافت های مرده و مواد خارجی زخم و هم چنین استفاده در سونوگرافی اشاره کرد.

کاربرد تجهیزات التراسونیک در پزشکی

حسگرها و سنسور های التراسونیک
برای استفاده از امواج فرا صوت از حسگرهایی استفاده می‌شود که این حسگرها بر اساس محدوده فرکانسی خود به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی می‌شوند. حسگرهای فرا صوت غیر صنعتی در محدوده فرکانسی ۴۰ کیلو هرتز و حسگرهای صنعتی در حد مگا هرتز هستند. حسگرهای آلتراسونیک معمولا دارای یک فرستنده و یک گیرنده آلتراسونیک هستند. امواج فرستاده شده از حسگر پس از برخورد با یک مانع به حسگر بر می‌گردند و توسط گیرنده حسگر دریافت می‌شوند. از این طریق و با در نظر گرفتن زمان بازگشت موج و کیفیت امواج بازتابی می‌توان به اطلاعاتی راجع به عمق، نوع و سرعت مانع به دست آورد. حسگرهای فرا صوت مزیت‌های فراوانی دارند مانند نویز پذیری کم، استفاده در شرایط نوری مختلف و…

نمونه ای از سنسور التراسونیک

امواجی بااین فرکانسها که کاربردهایی چون سنجش میزان فاصله،سنجش میزان عمق یک مخزن،تعیین فشار خون یک بیمار،همگن کردن مواد مذاب،استفاده در دریلها جهت ایجاد ضربه و کارائی بیشتر دریل،تست قطعات صنعتی از نظر کیفی جهت تشخیص شکافها و سوراخهای ریز و غیره اشاره کرد.

حمام اولتراسونیک چیست ؟

تمیز کردن و شستشو با کیفیت عالی برای قطعات با زوایا و خلل و فرج زیاد و نقاط غیرقابل دسترس که با روشهای معمولی قابل انجام نیست نیست و یا بسیار مشکل است،با استفاده از حمام اولتراسونیک امکان پذیر می باشد. حمام های اولتراسونیک از سال ۱۹۵۰در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است.امروزه حمام های اولتراسونیک در بسیاری از صنایع نظیر جواهرسازی،خودروسازی،دریایی،پزشکی،داروئی،آبکاری،ساعت سازی،صنایع مهندسی و تسلیحاتی و… کاربرد فراوانی دارند.

کاربرد حمام اولتراسونیک
برای شستشوی قطعاتی که با مایع شستشو دهنده واکنش نمی دهند از حمام اولتراسونیک استفاده می شود. با استفاده از حمام های اولتراسونیک می توان قطعات خودرو،سلاح،قطعات فلزی شیرآلات،هد کارتریج چاپگر،طلا و جواهرات، ساعت،عینک، قطعات مربوط به تجهیزات پزشکی و دندانپزشکی،بردهای الکترونیک،برد موبایل،لوازم شیشه ای آزمایشگاهی، قالب های تزریق پلاستیک،قطعات موجود در صنایع ریسندگی و… را شستشو داد. باید توجه داشت این شستشو قطعات را استریلیزه نمی کند،درنتیجه میکروارکانیسمها همچنان بعد از شستشو باقی می مانند،لذا در مصارف پزشکی استریل کردن باید جداگانه انجام شود.

ساختمان حمام اولتراسونیک
حمام های اولتراسونیک دارای سه قسمت اصلی می باشند:

الف-مخزن یا تانک شستشو

ب-ژنراتور اولتراسونیک

پ-مبدل های اولتراسوند

مخزن شستشو با حجم های متفاوت با آب و یا هر محلول دیگری پر می شوند تا بتوانند قطعات را از آلودگی ها تمیز کنند.این آۀودگی ها می تواند شامل گرد وغبار، روغن، رنگ، چربی، جلبک،باکتری،قارچ،اثر انگشت،و غیره باشد.اکثرا تانک ها از جنس استیل زنگ نزن۳۰۴ ساخته می شوند که ساختمان آنها شامل ۱۸% کرم و ۸% نیکل می باشد. استیل ۳۰۴ دارای مقاومت بالای دمایی، خوردگی و مقاومت بالا نسبت به اکسیداسون در دماهای بالای ۸۷۰ تا ۹۲۵ درجه سانتی گراد می باشد.

ژنراتورهای اولتراسوند منبع تولید کننده انرژی برای فراهم ساختن نیروی الکتریکی مبدل ها می باشند.هر ژنراتور به تعدادی از مبدل ها متصل هست.ژنراتورهای اولتراسونیک ،سیگنال های الکتریکی با فرکانس خاص را تولید می کنند که برای مبدل ها مهم می باشند. در حالت کلی فرکانس های تولیدی ۲۵،۲۸،۳۵،۴۰ و ۱۰۰ کیلو هرتز می باشند.

محلول های شستشو دهنده در حمام اولتراسونیک
محلول های شستشو دهنده، قسمت مهمی از فعالیت دستگاه را تشکیل می دهند.آب خالص و ساده به تنهایی نمی تواند تاثیر خوبی داشته باشد ،لذا محلول ها وارد عمل می شوند. این حلال ها کشش سطحی آب را کاهش می دهند و پدیده کاویتاسیون را افزایش خواهند داد، به این ترتیب محلول می تواند یه عامل مرطوب کننده مناسب باشد.

حلال های شستشو دهنده آبی شامل مواد شوینده، مواد مرطوب کننده و دیگر ترکیبات هستند که دارای اثر زیاده روی فرایند شستشو هستند. با این حال محلول های آبی توانایی کمتری در حذف آلودگی ها به نسبت بقیه حلال ها دارند.بطور مثال قدرت کمی در از بین بردن آلودگی های روغنی و چربی دارند. محلول ها اگر به صورت گرم  استفاده شوند تا دمای ۸۰ درجه سانتی گراد اثر خوبی در شستشو خواهند داشت.

محدودیت استفاده از حمام اولتراسونیک
حمام های اولتراسونیک به مقدار زیادی در پاکسازی و حذف مواد لحیم شده اضافی از مدارهای لحیم دار مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال ممکن است تعدادی از دستگاه ها و تجهیزات الکتریکی حساس مانند شتاب دهنده ها، میکروفون ها و… با این روش و طی ارتعاشات با شدت بالا، آسیب دیده و یا تخریب شوند.

عملکرد حمام های اولتراسونیک
در حمام های اولتراسونیک قطعه ای که نیاز به تمیز شدن دارد، درون مخزن قرار می گیرد که دارای محلول مناسبی است که بسته به نوع قطعه و آلودگی آن، از حلال های آبی و یا آلی استفاده می شود. ژنراتور اولتراسونیک وظیفه تولید یک سیگنال پیوسته را دارد که از طریق مبدل های اولتراسونیک، این سیگنال های الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی تبدیل شده و انرژی حاصل از این ارتعاشات به مایع درون مخزن منتقل می شود. مبدل اولتراسوند درون مخزن و یا پایین تر از مایع قرار دارد، و با استفاده از این سیگنال های الکتریکی امواج اولتراسوند تولید می کند. این امواج مافوق صوت، در داخل حلال یا آب درون مخزن منجر به تولید حباب های میکروسکوپی زیادی می شود که فضای درونی آنها خلاء است و به اصطلاح پدیده کاویتاسون رخ می دهد.در ادامه ایجاد نقاط فشار بالا و فشار پایین توسط امواج اولتراسونیک موجب انفجار پی در پی و سریع این حباب ها می شود و انرژی و فشار بالایی بین سطح قطعه و مایع تمیز کننده بوجود می آید که این امر منجر به تمیز کاری در مقیاس میکروسکوپی در سطح می شود. قطعاتی که برای برای شستشو انتخاب می شوند نباید در کف مخزن قرار گیرند، چرا که از پدیده کاویتاسون در کف خبری نیست و حلال هم به سطحی که به کف چسبیده نفوذ نمی کند.

همان طور که در بالا هم ذکر کردیم حمام های التراسونیک کاربرد وسیعی در صنعت دارند که در ادامه به تشریح آن ها می پردازیم :

۱-شستشوی التراسونیک قطعات خودرو

 شستشو و پاکسازی اجزای اتومبیل به دلیل حجم بالای آلودگی، خلل و فرج بسیار و تنوع بالای مواد همواره مشکل بزرگ صنایع خودروسازی و تعمیر کنندگان این قطعات بوده است. به طور مرسوم روش های صنعتی غوطه وری در گازوییل و حلال ها و پس از آن استفاده از فرچه و برس علاوه بر طاقت فرسا و زمان بر بودن با خطرات زیادی برای نیروی انسانی و محیط زیست دارد و در انتها نیز هرگز نتیجه کامل قابل قبولی ارائه نمیکند. در مقابل استفاده از دستگاههای شستشوی التراسونیک ( اولتراسونیک کلینر) جایگزینی مطلوب برای مرتفع ساختن تمامی مشکلات مطرح شده است . به طوریکه تمامی قطعات بدون در نظر گرفتن جنس آنها درون مخزن سیستم شستشوی التراسونیک قرار گرفته و در مدت زمان بسیار کوتاهی با کمک امواج ما فوق صوتی که در محیط مایع ) که از آب و در صد بسیار جزیی از محلول شوینده پر گردیده( شستشو و چربی گیری می گردد. در مقیاس صنعتی مانند کارخانه های تولید قطعات اتوموبیل ویا تعمیرگاههای بزرگ، معمولاً دستگاههای التراسونیک چند ایستگاهه یا به اصطلاح خط شستشوی التراسونیک توصیه می گردد، که علاوه بر توانایی شستشوی قطعات درمخزن اولتراسونیک، قابلیت انجام آبکشی و خشک کردن آنها را نیز دارند.

۲- شستشوی قطعات صنعت هوایی به شیوه لوف لانزا

واحدهای تعمیر و بازسازی تجهیزات هوایی همواره با چالش بزرگی به نام تمیز کردن قطعات متنوع و آلودگی های گوناگونی مانند: روغن، گریس سوخته، تراش های فلزی، مخلوطی از آلودگی های محیطی با روان کننده ها و بسیاری دیگر از آلاینده های سخت در پروسه اورهال روبرو هستند.

برای سال ها واحدهای تعمیر و نگهداری با استفاده از سینک های بزرگ شستشو، استفاده از برس و فرچه های دستی و به کار گیری مواد شیمیایی سمی، اقدام به تمیز کاری قطعات می کردند. که این کار خسته کننده و زمان بر ، هیچگاه نتایج کاملا رضایت بخشی را ارائه نمی کرد. این در حالی است که با استفاده از سیستم های شستشوی التراسونیک، تقریباً تمامی کارهای مربوط به تمیز کردن قطعات هوایی به طوری شگفت انگیزی مرتفع می گردد.

۳-التراسونیک در تعمیر برد های الکترونیک

گرد و خاک و آلودگی و یا آبخوردگی می تواند روی عملکرد بردهای الکترونیکی استفاده شده ، بشدت تأثیر بگذارید

همین طور شستشوی و تمیز کاری بردهای الکترونیک تازه مونتاژ شده (چه به روش DIP یا SMD )همواره بسیار حائز اهمیت است

دستگاههای التراسونیک برای شستشو برد به همراه محلول های شوینده ای که بطور خاص برای شستشوی برد های الکترونیکی فرموله شده به نام الما (ELMA)  استفاده میشود.

تست التراسونیک (UT)  چیست ؟

امروزه استفاده از آزمون های غیر مخرب برای بررسی و کنترل قطعات و سازه های صنعتی بسیار مورد استفاده قرا می گیرد. انواع مختلفی از آزمون های غیر مخرب وجود دارند که یکی از مهمترین انها بالاخص در قسمت های جوشکاری شده سازه ها، تست التراسونیک (UT)است. امواج التراسونیک اغلب  بصورت کامل در مرز فلز- گاز  منعکس میشود. در مرز فلز-مایع یا فلز-جامد بازتاب غیرکامل رخ میدهد که با توجه به تفاوت نسبت بعضی از خواص ماده، درصد مشخصی از انرژی بازتاب می شود.

تست یا بازرسی التراسونیک جهت تست مواد و کنترل کیفیت در تمام صنایع بزرگ کاربرد دارد، که شامل تست التراسونیک اجزاء   ریخته گری، نورد، آهنگری ، اتصالات جوش، اجزای الکتریکی و الکترونیکی ، تولید و ساخت فولاد، الومینیوم ، تیتانیوم، ساخت سازه ها، نظیر مخازن تحت فشار، کشتی ها، پل ها، وسایل نقلیه ،ماشین آلات، موتورهای جت میباشد .

تست التراسونیک حین سرویس جهت تعمیر و نگهداری پیشگیرانه، برای تشخیص شکست قریب الوقوع  ریل های راه آهن ، ستون های تحت فشار، شفت های دوار، تجهیزات معدن و سایر ماشین آلات مورد استفاده قرار می گیرد.

عیوب نشان داده شده شامل ترک ها(Cracks)، تورق ها(laminations)، عیوب انقباضی(shrinkage) ، حفره ها(cavities) ، ترکیدگی ها(bursts)، پوسته شدگی ها(flakes)، خلل و فرج(pores) ، پیوستگی ناقص (bonding faults ) میباشد . عیوب ممکن است بصورت ذاتی در مواد خام وجود داشته باشد که ناشی از عملیات تولید و عملیات حرارتی میباشد. یا ممکن ناشی از خستگی در حین سرویس، خوردگی و یا دیگر عوامل باشد. همچنین تست التراسونیک جهت ضخامت سنجی مقاطع فلزی استفاده می شود.

واکنش شما چیست؟
I like it
75%
interested
25%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میثم نجفی ارشادی
دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید