حمام های شستشوی اولتراسونیک

مقدمه

شستشو با کیفیت بالا مخصوصأ برای قطعات با پیچیدگیهای زیاد، زوایا و خلل و فرج فراوان و نقاط غیر قابل دسترس که با روشهای دیگر قابل انجام نیست و یا دشوار است، با استفاده از حمام اولتراسونیک امکانپذیر است. حمامهای شستشوی اولتراسونیک، از حدود سال ۱۹۵۰ در صنعت مورد استفاده قرار گرفتند و امروزه این دستگاهها در بسیاری از صنایع نظیر خودروسازی، دریایی، پزشکی، دارویی، جواهرسازی، ساعت سازی، آبکاری، صنایع مهندسی و تسلیحاتی و … کاربرد وسیعی پیدا کرده اند.

کاربرد حمام اولتراسونیک

از آنجایی که قطعات سخت و غیر قابل جذب (فلزات، پلاستیکها و غیره)، با مایع شستشو دهنده واکنش نمی دهند، شستشوی آنها با این دستگاهها مناسب خواهد بود. با این دستگاه می توان قطعات فلزی شیرآلات، قطعات خودرو، سلاح، تفنگ و متعلقات مربوطه، هد کارتریج پرینتر، طلا، جواهرات، ساعت و عینک، ابزار و تجهیزات پزشکی و دندان پزشکی، بُرد الکترونیک، بُرد موبایل و سایر بُردهای الکترونیکی، لوازم آزمایشگاهی شیشه ای، قالب تزریق پلاستیک، قطعات موجود در صنایع ریسندگی و … راشستشو داد. البته باید به این نکته توجه داشت که این شستشو، قطعات را استریلیزه نمی کند و در نتیجه میکروبها و ویروسها، همچنان در طی شستشو باقی می مانند. لذا، در مصارف پزشکی، استریلیزه کردن مرحله جداگانه ای خواهد داشت.

ساختار حمام اولتراسونیک

حمامهای شستشوی اولتراسونیک دارای سه جزء اصلی می باشند که عبارتند از:

• مخزن و یا تانک شستشو
• ژنراتور اولتراسونیک
• مبدلهای اولتراسوند

مخزن یا تانک شستشو با حجمهای مختلف، با آب و یا هر محلول دیگری پر می شوند تا بتوانند قطعه مورد نظر را از آلودگیها پاک نمایند. این آلودگیها می تواند شامل گرد و غبار، خاک، روغن، رنگدانه ها، زنگها، چربیها، جلبکها، قارچها، باکتریها، آهک، اثر انگشت، دوده و موم، مواد زیستی مانند خون و همانند آن باشند. غالبا تانکها از جنس استیل زنگ نزن ۳۰۴ ساخته می شوند که اجزای سازنده اصلی آن شامل ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل است. این نوع استیل دارای مقاومت بالای دمایی، مقاومت بالا نسبت به خوردگی و مقاومت بالا نسبت به اکسیداسیون در دماهای بالای ۸۷۰ تا ۹۲۵ درجه سانتیگراد است.

ژنراتورهای اولتراسوند منبع تولید کننده نیرو برای فراهم ساختن نیروی الکتریکی مبدلها هستند. هر ژنراتور به تعدادی از مبدلها متصل است. ژنراتورهای اولتراسونیک، سیگنالهای الکتریکی با فرکانس ویژه ای را تولید می کنند که برای مبدلها حائز اهمیت است. در حالت کلی، فرکانسهای تولیدی شامل ۲۵، ۲۸، ۳۵، ۴۰ و ۱۰۰ کیلوهرتز هستند.

مبدلهای اولتراسوند، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. به عبارتی دیگر مبدلها، سیگنال الکتریکی را گرفته و تبدیل به نوع دیگری از سیگنال (صوت و امواج صوتی) می کنند. بدین ترتیب، مبدل اولتراسونیک وظیفه تبدیل پالسهای الکتریکی به دست آمده از ژنراتورها به امواج فراصوت را دارد. زمانی که این امواج با دامنه مناسبی درون مایع، انتقال داده می شوند، پدیده کاویتاسیون رخ می دهد که بخش اصلی کارکرد دستگاه است.

عملکرد حمام اولتراسونیک

در یک حمام شستشوی اولتراسونیک، قطعه ای که نیاز به تمیز شدن دارد، درون مخزنی قرار می گیرد که دارای محلول مناسبی است که بسته به نوع قطعه و آلودگی آن، از حلالهای آلی و یا آبی استفاده می گردد. ژنراتور اولتراسونیک وظیفه تولید یک سیگنال پیوسته را دارد که از طریق مبدلهای اولتراسونیک این سیگنال 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 پایینتر از مایع قرار دارد و با استفاده از این سیگنالهای الکتریکی، امواج اولتراسوند تولید می کند. این امواج مافوق صوت، در داخل حلال یا آب درون مخزن منجر به تولید حبابهای میکروسکوپی زیادی می شود که فضای درونی آنها خلأ است و به اصطلاح پدیده کاویتاسیون رخ می دهد. در ادامه ایجاد نقاط فشار بالا و فشار پایین توسط امواج اولتراسونیک موجب انفجار پی در پی و سریع این حبابها شده و انرژی و فشار بالایی بین سطح قطعه و مایع تمیز کننده به وجود می آید که این امر منجر به تمیزکاری در مقیاس میکروسکوپی سطح می شود. قطعاتی که برای شستشو انتخاب می شوند، نباید در کف دستگاه شستشو قرار بگیرند، چرا که از پدیده کاویتاسیون در آن بخشی که با کف دستگاه اتصال دارد، جلوگیری خواهد شد و حلال نمی تواند به آن بخش نفوذ نماید.

محلولهای شستشو دهنده در حمام اولتراسونیک

محلولهای شستشو، بخش مهمی از فعالیت دستگاه را تشکیل می دهند. آب خالص و ساده به تنهایی نمی تواند تاثیرگذار باشد ولذا حلالها وارد عمل می شوند. این حلالها کشش سطحی آب را کاهش داده و پدیده کاویتاسیون را افزایش خواهند داد. به این ترتیبف محلول می تواند شامل یک عامل مرطوب گننده مناسب باشد. محلولهای شستشو دهنده آبی شامل مواد شوینده، مواد خیس کننده و دیگر ترکیبات هستند و دارای تأثیر زیادی روی فرایند شستشو می باشند. با این حال، محلولهای آبی، توانایی کمتری در حذف آلودگیها نسبت به دیگر حلالها دارند. به طور مثال، قدرت بسیار کمی در از بین بردن آلودگیهای روغنی و چربی دارند. ایجاد ترکیبات صحیح از محلول شستشو برای ماده ای که می خواهیم شستشو دهیم، بسیار مهم است. محلولها اغلب به صورت گرم استفاده می شوند و دمایی در حدود ۵۰ تا ۶۵ درجه سانتیگراد دارند.

محدودیتهای استفاده از حمام اولتراسونیک

این دستگاهها به میزان زیادی در پاکسازی و حذف مواد لحیم شده اضافی از مدارهای لحیم مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، ممکن است تعدادی از دستگاهها و تجهیزات الکتریکی حساس مانند ژیروسکوپ ها، شتاب دهنده ها، میکروفون ها و … با این روش و طی ارتعاشات با شدت بالا آسیب دیده و یا تخریب شوند.