Quelle que soit la manière dont le métal brut est transformé en tube ou en tuyau

Quelle que soit la manière dont le métal brut est transformé en tube ou en tuyau, le processus de fabrication laisse une quantité importante de matières résiduelles à la surface.Le formage et le soudage sur un laminoir, l'étirage sur une table à dessin ou l'utilisation d'un empileur ou d'une extrudeuse suivi d'un processus de coupe à longueur peuvent provoquer le revêtement du tuyau ou de sa surface avec de la graisse et son obstruation par des débris.Les contaminants courants qui doivent être éliminés des surfaces internes et externes comprennent les lubrifiants à base d'huile et d'eau provenant de l'étirage et de la découpe, les débris métalliques provenant des opérations de découpe, ainsi que la poussière et les débris d'usine.
Les méthodes typiques de nettoyage de la plomberie et des conduits d'air intérieurs, que ce soit avec des solutions aqueuses ou des solvants, sont similaires à celles utilisées pour nettoyer les surfaces extérieures.Ceux-ci incluent le rinçage, le colmatage et la cavitation ultrasonique.Toutes ces méthodes sont efficaces et utilisées depuis des décennies.
Bien entendu, chaque processus a ses limites, et ces méthodes de nettoyage ne font pas exception.Le rinçage nécessite généralement un collecteur manuel et perd de son efficacité à mesure que la vitesse du fluide de rinçage diminue à mesure que le fluide s'approche de la surface du tuyau (effet de couche limite) (voir Figure 1).Le conditionnement fonctionne bien, mais est très laborieux et peu pratique pour les très petits diamètres tels que ceux utilisés dans les applications médicales (tubes sous-cutanés ou luminaux).L'énergie ultrasonique est efficace pour nettoyer les surfaces externes, mais elle ne peut pas pénétrer les surfaces dures et a du mal à atteindre l'intérieur du tuyau, surtout lorsque le produit est groupé.Un autre inconvénient est que l’énergie ultrasonique peut endommager la surface.Les bulles sonores sont éliminées par cavitation, libérant une grande quantité d'énergie près de la surface.
Une alternative à ces processus est la nucléation cyclique sous vide (VCN), qui provoque la croissance et l'effondrement des bulles de gaz pour déplacer le liquide.Fondamentalement, contrairement au procédé par ultrasons, il ne risque pas d’endommager les surfaces métalliques.
VCN utilise des bulles d'air pour agiter et éliminer le liquide de l'intérieur du tuyau.Il s’agit d’un processus d’immersion qui fonctionne sous vide et peut être utilisé aussi bien avec des fluides à base d’eau qu’à base de solvants.
Cela fonctionne sur le même principe que les bulles se forment lorsque l’eau commence à bouillir dans une casserole.Les premières bulles se forment à certains endroits, notamment dans les pots bien utilisés.Une inspection minutieuse de ces zones révèle souvent des rugosités ou d’autres imperfections de surface dans ces zones.C'est dans ces zones que la surface de la casserole est le plus en contact avec un volume de liquide donné.De plus, comme ces zones ne sont pas soumises au refroidissement naturel par convection, des bulles d’air peuvent facilement se former.
Lors du transfert de chaleur par ébullition, la chaleur est transférée à un liquide pour élever sa température jusqu'à son point d'ébullition.Lorsque le point d’ébullition est atteint, la température cesse de monter ;l'ajout de plus de chaleur produit de la vapeur, initialement sous forme de bulles de vapeur.Lorsqu’il est chauffé rapidement, tout le liquide à la surface se transforme en vapeur, appelée ébullition pelliculaire.
Voici ce qui se passe lorsque vous portez une casserole d'eau à ébullition : d'abord, des bulles d'air se forment à certains endroits de la surface de la casserole, puis, à mesure que l'eau est agitée et remuée, l'eau s'évapore rapidement de la surface.Près de la surface, c'est une vapeur invisible ;Lorsque la vapeur se refroidit au contact de l'air ambiant, elle se condense en vapeur d'eau, qui est clairement visible lorsqu'elle se forme au-dessus du pot.
Tout le monde sait que cela se produira à 212 degrés Fahrenheit (100 degrés Celsius), mais ce n'est pas tout.Cela se produit à cette température et à cette pression atmosphérique standard, qui est de 14,7 livres par pouce carré (PSI [1 bar]).En d’autres termes, un jour où la pression atmosphérique au niveau de la mer est de 14,7 psi, le point d’ébullition de l’eau au niveau de la mer est de 212 degrés Fahrenheit ;le même jour, dans les montagnes à 5 000 pieds de cette région, la pression atmosphérique est de 12,2 livres par pouce carré, là où l'eau aurait un point d'ébullition de 203 degrés Fahrenheit.
Au lieu d'élever la température du liquide jusqu'à son point d'ébullition, le procédé VCN abaisse la pression dans la chambre jusqu'au point d'ébullition du liquide à température ambiante.Semblable au transfert de chaleur par ébullition, lorsque la pression atteint le point d’ébullition, la température et la pression restent constantes.Cette pression est appelée pression de vapeur.Lorsque la surface intérieure du tube ou du tuyau est remplie de vapeur, la surface extérieure reconstitue la vapeur nécessaire pour maintenir la pression de vapeur dans la chambre.
Bien que le transfert de chaleur par ébullition illustre le principe du VCN, le processus VCN fonctionne à l'inverse de l'ébullition.
Processus de nettoyage sélectif.La génération de bulles est un processus sélectif visant à nettoyer certaines zones.L'élimination de tout l'air réduit la pression atmosphérique à 0 psi, ce qui correspond à la pression de vapeur, provoquant la formation de vapeur à la surface.Les bulles d'air croissantes déplacent le liquide de la surface du tube ou de la buse.Lorsque le vide est relâché, la chambre revient à la pression atmosphérique et est purgée, du liquide frais remplissant le tube pour le cycle de vide suivant.Les cycles de vide/pression sont généralement réglés sur 1 à 3 secondes et peuvent être réglés sur n'importe quel nombre de cycles en fonction de la taille et de la contamination de la pièce.
L’avantage de ce procédé est qu’il nettoie la surface du tuyau en partant de la zone contaminée.Au fur et à mesure que la vapeur se développe, le liquide est poussé vers la surface du tube et accélère, créant une forte ondulation sur les parois du tube.La plus grande excitation se produit au niveau des murs, là où se développe la vapeur.Essentiellement, ce processus détruit la couche limite, gardant le liquide proche de la surface à fort potentiel chimique.Sur la fig.La figure 2 montre deux étapes de procédé utilisant une solution aqueuse de tensioactif à 0,1 %.
Pour que la vapeur se forme, des bulles doivent se former sur une surface solide.Cela signifie que le processus de nettoyage va de la surface au liquide.Tout aussi important, la nucléation des bulles commence par de minuscules bulles qui fusionnent à la surface pour finalement former des bulles stables.Par conséquent, la nucléation favorise les régions ayant une surface élevée par rapport au volume de liquide, telles que les tuyaux et les diamètres intérieurs des tuyaux.
En raison de la courbure concave du tuyau, la vapeur est plus susceptible de se former à l’intérieur du tuyau.Étant donné que les bulles d'air se forment facilement au niveau du diamètre intérieur, la vapeur s'y forme en premier et assez rapidement pour déplacer généralement 70 à 80 % du liquide.Le liquide à la surface au sommet de la phase de vide est presque composé à 100 % de vapeur, ce qui imite l'ébullition pelliculaire lors du transfert de chaleur en ébullition.
Le processus de nucléation s’applique aux produits droits, courbés ou torsadés de presque n’importe quelle longueur ou configuration.
Trouvez des économies cachées.Les systèmes d’eau utilisant des VCN peuvent réduire considérablement les coûts.Étant donné que le processus maintient des concentrations élevées de produits chimiques en raison d'un mélange plus fort près de la surface du tube (voir Figure 1), des concentrations élevées de produits chimiques ne sont pas nécessaires pour faciliter la diffusion chimique.Un traitement et un nettoyage plus rapides entraînent également une productivité plus élevée pour une machine donnée, augmentant ainsi le coût de l'équipement.
Enfin, les procédés VCN à base d'eau et de solvant peuvent augmenter la productivité grâce au séchage sous vide.Cela ne nécessite aucun équipement supplémentaire, cela fait simplement partie du processus.
Grâce à la conception à chambre fermée et à la flexibilité thermique, le système VCN peut être configuré de différentes manières.
Le processus de nucléation par cycle sous vide est utilisé pour nettoyer des composants tubulaires de différentes tailles et applications, tels que les dispositifs médicaux de petit diamètre (à gauche) et les guides d'ondes radio de grand diamètre (à droite).
Pour les systèmes à base de solvants, d'autres méthodes de nettoyage telles que la vapeur et le spray peuvent être utilisées en plus du VCN.Dans certaines applications uniques, un système à ultrasons peut être ajouté pour améliorer le VCN.Lors de l'utilisation de solvants, le procédé VCN s'appuie sur un procédé vide-vide (ou airless), breveté pour la première fois en 1991. Le procédé limite les émissions et l'utilisation de solvants à 97 % ou plus.Le processus a été reconnu par l'Environmental Protection Agency et le California District of South Coast Air Quality Management pour son efficacité à limiter l'exposition et l'utilisation.
Les systèmes de solvants utilisant des VCN sont rentables car chaque système est capable de distiller sous vide, maximisant ainsi la récupération du solvant.Cela réduit les achats de solvants et l’élimination des déchets.Ce processus lui-même prolonge la durée de vie du solvant ;le taux de décomposition du solvant diminue à mesure que la température de fonctionnement diminue.
Ces systèmes conviennent au post-traitement tel que la passivation avec des solutions acides ou la stérilisation au peroxyde d'hydrogène ou d'autres produits chimiques si nécessaire.L'activité de surface du procédé VCN rend ces traitements rapides et rentables, et ils peuvent être combinés dans la même conception d'équipement.
À ce jour, les machines VCN traitent sur le terrain des tuyaux d'un diamètre aussi petit que 0,25 mm et des tuyaux dont le rapport diamètre/épaisseur de paroi est supérieur à 1 000 : 1.Lors d'études en laboratoire, le VCN s'est révélé efficace pour éliminer les serpentins de contaminants internes mesurant jusqu'à 1 mètre de long et 0,08 mm de diamètre ;en pratique, il était capable de nettoyer des trous jusqu'à 0,15 mm de diamètre.
Dr. Donald Gray is President of Vacuum Processing Systems and JP Schuttert oversees sales, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, contact@vacuumprocessingsystems.com.
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Tube & Pipe Journal a été lancé en 1990 en tant que premier magazine dédié à l'industrie des tuyaux métalliques.Aujourd'hui, il reste la seule publication industrielle en Amérique du Nord et est devenu la source d'information la plus fiable pour les professionnels du secteur des tubes.
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