超声波除积碳工艺实践
前言
随着技术要求的不断进步和提高，清洁生产逐渐被民众所重视，也是各生产企业所极力推崇的新技术要求，而随着飞机发动机修理程度的日益加深，对于顽固积碳的清除成为修理过程中的瓶颈问题，尤其是对于结构复杂的一些零件，普通的化学方法难以达到清除效果，这些零件则成为所有生产技术人员的一块心病，清洁、 高效的超声波除积碳技术就应运而生，被考虑到投入实际生产中。 超声波清洗技术是在上个世纪五十年代开始兴起的。它具有清洗速度快、质量高、易于实现自动化，降低了普通化学清洗对环境造成的污染，因为在很多场合下，它可以用水剂代替有机溶剂或降低清洗液的酸碱度来获得较佳的清洗效果。 1、超声波除积碳的工作原理 所谓超声波是指超出人类听觉极限的声波，通常频率是在20 KHz～30kHz。声波使传播的媒介发生振动而产生空化作用，将工件表面油污及氧化皮迅速剥离；超声波工作时，会使传播的液体媒介产生大量的微气泡和瞬时高压，这些都对溶液起到了强烈的搅拌和冲刷作用，而使零件表面的杂质迅速离开零件而进入到液体中；同时，我们在除积碳过程中所选用碱溶液对积碳也有一定的溶解作用，以上三个方面的原因使得超声波技术具有高效、节能的特点。 超声波除积碳装置示意图如图1所示。 2、燃油总管的自然工况 随着发动机寿命的延长，零件表面积碳变得厚且较为致密，采用普通的化学法无法彻底清除顽固积碳，而对于燃油总管这样的形状结构复杂零件，无法用机械方法对积碳进行必须的补充打磨，一旦积碳不能清除干净，会直接造成零件的报废。 3、用超声波清除燃油总管积碳探索 鉴于燃油总管类似蜘蛛的结构，而积碳多数于零件的内腔表面产生，而内腔直径细、数量多，采用化学溶液浸泡的方法，溶液难以和积碳表面充分接触而除掉，直接将零件浸泡到超声波容器中，采用超声波清除，虽然有一定的效果，但进行清洁度检查时，仍然达不到设计要求的8级以上的水平。必须将现有的超声技术或设备加以改良。于是，基于必须使每一个管子都与溶液充分接触，并且使超声波的效果充分地进入到每一个细的支管，采用制作一个专用工装，在每一个支管上都与工装用专用的胶皮软管连接，在工装的两端分别和超声波的一个振子相连接，同时安装循环泵，使得溶液从管子一端流通到另一端，而且每一个支管内都能够循环起来，超声波的作用也就通过这个装置顺利地传递到官子内腔的每一处。 4、超声波除积碳主要流程 清洗液冲洗→超声波清洗→清洗液清洗→漂洗 第一个清洗液清洗是为了清除管子内外表面的油污、杂质和已经掉落的氧化皮等物质； 超声波清洗：是主要的工作流程，是为了松动、清除管子内腔牢固的氧化皮； 第二次清洗液清洗：是将超声波振掉的氧化皮等物质清除出管子内表面而使其流到清洗液中； 漂洗：由于清洗液一般采用碱溶液，此次漂洗是为了完全清除零件内腔的碱溶液，使其还原本来的中性环境。 5、生产过程中产生的问题 刚刚开始时，确实能够有效地清除掉管子内 腔表面牢固的氧化皮，但是，随着时间的推移，效果越来越差，直到一点效果都没有了。下表是生产纪录。 根据设计要求，清洁度要求在8级以上（含8级）为合格，即数值越小，清洁度越高。根据上表所述，当累计生产15台份时，该工艺已经不能完成零件的加工目的了。 6、问题的处理 根据现场生产过程中存在的问题，首先考虑到是不是槽液的腐蚀能力不足了呢？ 由于溶液内碱液的化学成分都不是很高，仅占1%-3%，而且经过一段时间的生产，就会有积碳沉积在溶液中，已经没有调整的必要了，为此，在槽液调整方面，我们采用的就是彻底更换槽液。 于是，对于槽液的使用与控制上，我们进行了如下的工艺试验： 从更换溶液后的生产检查效果来看，单单靠更换溶液，零件生产到10台份时，清洁度检查已经不能满足生产的要求了，从而证明，溶液的腐蚀能力虽然是影响积碳清除效果的重要因素，但不是唯一因素。 为了彻底解决生产过程中产生的问题，我们将超声波设备进行了拆解，发现滤芯是由棉线制作而成，而且经过长时间的槽液腐蚀，滤芯的棉线已经腐烂。此时，从主制车间也反馈信息说，在燃油总管内发现了类似“杨絮”的物质，不知来源，邀请彻底清查。通过观察“杨絮”的状态，经过分析，总管内的物质恰恰就是因滤芯上的棉线腐烂而被溶液冲到管子内腔，在后续的清洗工序中也没有洗净而被残留下来的。 由于棉质滤芯会产生这样的问题，考虑到更换成塑料的滤芯可以避免这类现象的发生，但是考虑到我们整个工艺的操作过程是有一定的温度要求的，时间长了，会造成滤芯的腐蚀与损坏，而且会造成整个生产过程成本的上升。那么我们就采用更换滤芯的方法来解决上述问题。下面，是我们所做的更换滤芯的试验。 从上表，我们可以看出，当连续加工零件时，每生产完10台份的燃油总管，滤芯就会因腐蚀而影响到积碳清除的效果，此时就需要更换滤芯。但是，当不连续生产时，由于滤芯浸泡在溶液中也会有一定的腐蚀，当积累到一定的时间，滤芯会自行失去作用。我们通过统计，当不生产时，滤芯在溶液中可有效保留30天，按日常生产状态不饱满时，每生产5台份就需要更换滤芯。可见，滤芯的完好程度是清除积碳效果的关键因素。 根据以上试验情况，我们每生产10台份时，彻底更换溶液一次，同时更换超声波的滤芯，经过长时间的生产实践，质量稳定，证明我们采取的控制措施直接有效。 7、结论 ⑴采用专用工装能够满足燃油总管积碳清除的目的； ⑵每生产10台份燃油总管，应彻底更换超声波除积碳溶液一次； ⑶连续生产时，每生产10台份，应更换滤芯一次； ⑷由于工艺限制，不能采用塑料材质的滤芯； ⑸当生产任务不饱满时，每生产5台份，应更换滤芯一次； ⑹无生产任务时，每隔30天，就需要更换滤芯一次。