- ژوئن 13, 2024
- زمان مطالعه: 5 دقیقه
آنچه در این مقاله می‌خوانید
گاززدایی از مذاب با امواج التراسونیک
گاززدایی با اعمال امواج التراسونیک توان بالا، یک تکنولوژی موثر و دوستدار محیط زیست برای گاززدایی از حجم ثابت مذاب (مذاب در بوته) و مذاب در حال جریان (ریخته‌گری پیوسته) است. از امواج التراسونیک می‌توان در گاززدایی از مذاب فلزات سبک نظیر آلومینیوم و آلیاژهای آن استفاده کرد. در ریخته‌گری قطعات آلومینیومی، تخلخل یکی از عیوب اصلی محسوب می‌شود که منجر به کاهش خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی قطعه تولیدی می‌شود. تخلخل می‌تواند ناشی از رسوب گاز در حین فرآیند انجماد یا عدم سیلان پیدا کردن فلز مذاب به نواحی دندریتی برای جبران انقباض ناشی از انجماد باشد. هیدروژن تنها گازی است که در مذاب آلومینیوم به میزان قابل توجه محلول می‌شود. کنترل میزان هیدروژن حل شده در مذاب آلومینیوم برای تولید قطعات ریخته‌گری با کیفیت بالا ضروری است که مهمترین روش برای کاهش تخلخل هیدروژنی، گاززدایی است. اعمال ارتعاشات توان بالای التراسونیک به مذاب منجر به پیوستن گاز هیدروژن و سایر گازهای ناخواسته به یکدیگر شده و در نتیجه به راحتی می‌توان از مذاب خارج شود. این ابزار ساخته شده توسط شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان قابلیت کارکرد در دمای سرویس بالا در مذاب فلزات سبک را دارد.
در تصویر زیر استفاده اجرایی از این تکنیک برای گاززدایی در دهه 1960 میلادی نشان داده شده است.
در گاززدایی با تکنیک التراسونیک، امواج التراسونیک توان بالای توسط تجهیزات ساخته شده توسط شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان وارد محیط مذاب می‌شود و نواحی فشار نوسانی را در آن ایجاد می‌کنند. فشار نوسانی منجر به ایجاد حجم زیادی از حباب‌های ریز در مایع می‌شود که به سرعت رشد کرده و گاز هیدروژن به درون آنها نفوذ میکند. از به هم پیوستن حباب‌های ریز، حباب‌های درشتی ایجاد می‌گردد که توانایی صعود به سطح مذاب را دارند. در نهایت حباب‌های درشت روی مذاب شناور شده و از مذاب خارج می‌شوند.
گاززدایی موثر نیازمند فرآیند کاویتاسیون موثر و قابل اتکا است تا علاوه بر گاززدایی منجر به ریزدانگی ساختار فلز مذاب نیز گردد. استفاده از کاویتاسیون آکوستیکی با شدت مناسب می‌تواند راندمان فرآیند گاززدایی را تا حدود 30 الی 60 درصد بهبود دهد. در حین حال که منجر به ریزدانه شدن فلز مذاب می‌گردد.
این تکنیک در برخی موارد، قابلیت ادغام با سایرروشهای گاززدایی نظیر گاززدایی در خلا را دارد که در شکل زیر نمونه مقیاس آزمایشگاهی این کار نشان داده شده است.
مزایای گاززدایی با التراسونیک
با توجه به اینکه گاززدایی از مذاب فلزات نظیر آلومینیوم نیاز روزمره صنایع است و روی کیفیت فلزات و قطعات ریخته‌گری شده اثر می‌گذارد، از اینرو استفاده از امواج التراسونیک برای این کار می‌تواند با ابزارهای ساخت شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان جذاب باشد و مزایای زیر را داشته باشد:
- زدودن موثر حباب‌های گازی: حباب‌های کاویتاسیونی می‌تواند منجر به رسیدن گازها به سطح فلز و خروج آنها از مذاب گردد و در نتیجه درصد بالایی از گاز از فلز مذاب خارج می‌گردد.
- بهبود خواص مواد: گاززدایی می‌تواند منجر به بهبود خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی ماده گردد. دلیل این امر نقش حباب گاز به عنوان عامل تمرکز تنش است که منجر به کاهش استحکام و انعطاف‌پذیری می‌گردد.
- بهبود کیفیت ریخته‌گری: کاهش تخلخل و سایر عیوب ریخته‌گری مرتبط با حباب‌های گاز می‌تواند سبب بهبود کیفیت قطعات تولیدی گردد.
- سرباره کمتر: التراسونیک منجر به کاهش میزان سرباره می‌گردد که در گاززدایی نیز می‌تواند کمک حال باشد.
- ریزدانه کردن: از التراسونیک برای ریزدانه کردن مذاب فلزات نیز استفاده می‌شود که مزیت دیگر این تکنولوژی است.
پارامترهای فرآیند گاززدایی با التراسونیک
هورن ساخته شده برای فرایند گاززدایی می‌بایست قابلیت تحمل چنان محدوده دمایی (نقطه ذوب فلز) را داشته باشد و می‌تواند در اندازه‌های مختلفی ساخته شود. تولید کاویتاسیون آکوستیکی شدید به فاکتورهای متعددی شامل پارامترهای فرآیند التراسونیک، ترکیب شیمیایی، کشش سطحی، دمای مذاب، ویسکوزیته، حجم گاز و میزان انحلال آخالهای گاز در مذاب بستگی دارد. تنظیم دقیق پارامترهای التراسونیک نکته اصلی در موفقیت آمیز بودن فرآیند گاززدایی است که مهمترین مزیت گاززدایی التراسونیک تجهیزات شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان شامل نرخ گاززدایی بالا و کاهش اثرات زیست محیطی فرآیند است. با توجه به اینکه گاززدایی با التراسونیک منجر به کاهش سرباره می‌گردد، این تکنولوژی به صورت تکنولوژی سبز و دوستدار محیط زیست است.
مقدار توان و تعداد ماژول‌های التراسونیک به دبی و حجم مذابی بستگی دارد که باید گاززدایی شود که توسط متخصصین شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان پیشنهاد می‌گردد.
اثر فرکانس و زمان اعمال التراسونیک بر روی میزان هیدروژن در مذاب آلومینیوم A356
فرآیند گاززدایی
گاززدایی با التراسونیک منجر به افزایش چگالی آلیاژهای آلومینیوم و کاهش میزان هیدروژن در آلیاژهای آلومینیوم می‌گردد. در مقایسه با سایر تکنیک‌های گاززدایی نظیر ایمپلر دورانی، مزیت روش التراسونیک سرعت و راندمان است. مطالعات نشان داده است که روش التراسونیک نسبت به روش ایمپلر دارای سرعت سه برابری است. چون گاززدایی التراسونیک شامل روش همزدن معمولی مذاب نیست، از اینرو لایه اکسیدی محافظ بر روی مذاب پاره نمی‌شود و از ورود اکسید الومینیوم به داخل مذاب جلوگیری میکند و در عین حال نقش محافظتی خود در برابر الودگی‌های اتمسفری را حفظ میکند.
