Limpeza de peças - Parts cleaning

A limpeza de peças é essencial para muitos processos industriais , como um prelúdio para o acabamento da superfície ou para proteger componentes sensíveis. A galvanoplastia é particularmente sensível à limpeza da peça, uma vez que camadas moleculares de óleo podem impedir a adesão do revestimento . ASTM B322 é um guia padrão para limpeza de metais antes da galvanoplastia. Os processos de limpeza incluem limpeza com solvente , limpeza com detergente alcalino a quente , limpeza eletrolítica e ataque ácido . O teste industrial mais comum para limpeza é o teste de quebra de água, no qual a superfície é completamente enxaguada e mantida na vertical. Uma medida quantitativa para este parâmetro é o ângulo de contato. Contaminantes hidrofóbicos , como óleos, fazem a água formar gotas e se fragmentar, permitindo que a água escoe rapidamente. As superfícies de metal perfeitamente limpas são hidrofílicas e retêm uma camada de água ininterrupta que não escorre ou escorre. ASTM F22 descreve uma versão deste teste. Este teste não detecta contaminantes hidrofílicos, mas o processo de galvanoplastia pode deslocá-los facilmente, uma vez que as soluções são à base de água. Os surfactantes , como o sabão, reduzem a sensibilidade do teste, portanto, devem ser bem enxaguados.

Definições e classificações

Para as atividades descritas aqui, os seguintes termos são frequentemente encontrados: limpeza de metal, limpeza de superfície de metal, limpeza de componentes, desengraxe, lavagem de peças, limpeza de peças. Eles estão bem estabelecidos no uso da linguagem técnica, mas têm suas deficiências. A limpeza de metais pode ser facilmente misturada com o refinamento de metais não purificados. A limpeza de superfícies metálicas e a limpeza de metais não consideram o uso crescente de plásticos e materiais compostos neste setor. O termo limpeza de componentes omite a limpeza de seções e chapas de aço e, por fim, o desengraxamento descreve apenas uma parte do tópico, já que na maioria dos casos também cavacos, partículas finas, sais, etc., devem ser removidos.

Os termos 'limpeza de peças comerciais e industriais', 'limpeza de peças no artesanato e na indústria' ou 'limpeza de peças comerciais' provavelmente descrevem melhor este campo de atividade. Existem alguns especialistas que preferem o termo 'limpeza de peças industriais', porque querem excluir a manutenção de edifícios, salas, áreas, janelas, pisos, tanques, máquinas, higiene , lavagem das mãos, chuveiros etc.

Elementos e suas interações

Fatores

As atividades de limpeza neste setor só podem ser suficientemente caracterizadas por uma descrição de uma série de fatores diferentes. Eles são descritos na ilustração 1.

Peças e materiais a serem limpos

Primeiro, considere as peças a serem limpas. Eles podem consistir em seções, chapas e fios não processados ​​ou dificilmente processados, mas também peças usinadas ou componentes montados que precisam de limpeza. Portanto, eles podem ser compostos de diferentes metais ou diferentes combinações de metais. Plásticos e materiais compostos podem ser encontrados com frequência e, na verdade, estão aumentando porque, por exemplo, a indústria automobilística , bem como outras, estão usando materiais cada vez mais leves.

A massa e o tamanho podem ser muito importantes para a seleção dos métodos de limpeza. Por exemplo, poços grandes para navios são geralmente limpos manualmente, enquanto poços minúsculos para aparelhos elétricos são frequentemente limpos a granel em fábricas altamente automatizadas.

Da mesma forma importante é a geometria das peças. Furos longos, finos, ramificados e roscados, que podem conter cavacos emperrados, estão entre os maiores desafios neste campo técnico. A alta pressão e o processo de lavagem hidráulica são uma forma de remover esses cavacos, assim como os robôs , que são programados para limpar exatamente os orifícios perfurados sob alta pressão.

Contaminações

As peças são geralmente cobertas por substâncias indesejáveis, as contaminações ou sujeira. A definição usada é bastante variada. Em certos casos, essas coberturas podem ser desejadas: por exemplo, pode-se não querer remover uma camada de tinta , mas apenas o material na parte superior. Em outro caso, quando a proteção contra rachaduras é necessária, deve-se remover a camada de tinta e é considerada uma substância indesejada.

A classificação da sujidade segue a estrutura da camada a partir do material de base:

Estrutura de uma superfície metálica
  • Camada limite deformada,> 1 µm
  • Camada de reação, 1-10 nm
  • Camada de sorção, 1-10 nm
  • Camada de contaminação,> 1 µm

Veja a ilustração 2: Estrutura de uma superfície metálica

Quanto mais próximas as camadas estão da superfície do substrato, mais energia é necessária para removê-las. Correspondentemente, a própria limpeza pode ser estruturada de acordo com o tipo de entrada de energia:

A camada de contaminação pode então ser classificada de acordo com:

  • Origem
  • Composição: por exemplo, os lubrificantes de resfriamento podem ser compostos de forma muito diferente, portanto, componentes individuais podem ser responsáveis ​​por grandes problemas, especialmente para os limpadores de oficina, que não têm controle sobre os processos anteriores e, portanto, não conhecem os contaminantes. Por exemplo, os silicatos podem obstruir a nitretação .
  • Estado de agregação
  • Propriedades químicas e físicas

A American Society for Testing and Materials ( ASTM ) apresenta seis grupos de contaminações em seu manual "Escolhendo um processo de limpeza" e os relaciona aos métodos de limpeza mais comuns, portanto, a adequação dos métodos de limpeza para a remoção de um determinado contaminante é discutida em detalhe. Além disso, eles listam processos de limpeza exemplares para diferentes aplicações típicas. Uma vez que é necessário considerar muitos aspectos diferentes ao escolher um processo, isso só pode servir como uma primeira orientação. Os grupos de contaminantes são indicados da seguinte forma:

  • Compostos de desenho pigmentados
  • Óleo e graxa não pigmentados
  • Chips e fluidos de corte
  • Compostos de polimento e polimento
  • Ferrugem e escama
  • Outros

Carregando

Para selecionar o equipamento e a mídia adequados, deve-se saber também qual quantidade e qual taxa de transferência deve ser tratada. Pequenas quantidades dificilmente podem ser limpas economicamente em fábricas maiores. Além disso, o tipo de cobrança deve ser verificado. Às vezes, as peças sensíveis precisam ser fixadas em caixas. Muito economicamente, quando se lida com grandes quantidades, é o carregamento em massa, mas é bastante difícil conseguir um nível suficiente de limpeza com peças planas grudadas umas nas outras. Também a secagem pode ser difícil nestes casos.

Local de limpeza

Outra consideração é o local de limpeza. Por exemplo, é a limpeza a ser feita no local, o que pode ser o caso com trabalhos de reparação e manutenção.

Normalmente, a limpeza é realizada em uma oficina. Vários métodos comuns são o desengraxamento com solvente , desengraxamento a vapor e o uso de um lavador de peças aquoso . Muitas vezes, as empresas desejam que a carga, a carga e a descarga sejam integradas à linha de produção, o que é muito mais exigente no que diz respeito ao tamanho e capacidade de processamento do sistema de limpeza.

Esses sistemas de limpeza geralmente atendem exatamente aos requisitos relativos a peças, contaminantes e métodos de carga (produção especial). No entanto, equipamentos de limpeza central, muitas vezes construídos como sistemas multitarefas, são comumente usados. Esses sistemas podem atender a diferentes requisitos de limpeza. Exemplos típicos são os lavatórios ou as pequenas máquinas de limpeza que são encontradas em muitas instalações industriais.

Equipamento e procedimento de limpeza

Em primeiro lugar, pode-se diferenciar entre as seguintes técnicas (ordenadas da mais para a menos avançada tecnologicamente):

  • Manual
  • Mecânico
  • Automático
  • Robô com suporte

O processo pode ser executado em uma etapa, o que é especialmente verdadeiro para a limpeza manual, mas normalmente requer várias etapas. Portanto, não é incomum encontrar 10 a 20 etapas em grandes fábricas, por exemplo, para a indústria médica e óptica. Isso pode ser especialmente complexo porque etapas de não limpeza podem ser integradas em instalações como a aplicação de camadas de proteção contra corrosão ou fosfatização . A limpeza também pode ser simples, os processos de limpeza são integrados a outros processos como é o caso da eletrodeposição ou galvanização , onde normalmente serve como uma etapa de pré-tratamento.

O seguinte procedimento é bastante comum:

  1. Pré-limpeza
  2. Limpeza principal
  3. Lavagem
  4. Enxágüe com água desionizada
  5. Enxágue com proteção contra corrosão
  6. Secagem

Cada uma dessas etapas pode ocorrer em seu próprio banho ou câmara ou no caso de limpeza por spray em sua própria zona (linha ou equipamento multicâmara). Mas, muitas vezes, essas etapas podem ter uma única câmara na qual os respectivos meios são bombeados (planta de câmara única).

Além de equipamentos e procedimentos, a mídia de limpeza desempenha um papel importante, pois remove os contaminantes do substrato.

Para meios líquidos, os seguintes produtos de limpeza são usados: agentes aquosos, agentes semi-aquosos (uma emulsão de solventes e água), solventes à base de hidrocarbonetos e solventes halogenados. Normalmente, estes últimos são referidos como agentes clorados, mas também existem substâncias bromadas e fluoradas em uso (limitado), por isso escolhemos a classificação de nível superior. Os perigosos agentes clorados tradicionalmente usados TCE e PCE são atualmente aplicados apenas em plantas herméticas e os modernos sistemas de deslocamento de volume limitam quaisquer emissões. No grupo dos solventes à base de hidrocarbonetos, existem alguns agentes recentemente desenvolvidos, como ésteres de ácidos graxos feitos de óleos e gorduras naturais, álcoois modificados e ésteres dibásicos .

Os limpadores aquosos são principalmente uma combinação de várias substâncias, como construtores alcalinos, surfactantes, agentes sequestrantes, etc. No caso da limpeza de metais ferrosos, inibidores de ferrugem são incorporados ao limpador aquoso para evitar a oxidação instantânea após a lavagem. Seu uso está aumentando, pois seus resultados provaram ser, em muitos casos, tão bons ou melhores do que os limpadores de hidrocarbonetos. Além disso, os resíduos gerados são menos perigosos, resultando em descarte menos oneroso.

Os limpadores aquosos apresentam vantagens no que diz respeito a partículas e contaminantes polares e requerem apenas maiores entradas de energia mecânica e térmica para serem eficazes, enquanto os solventes removem óleos e graxas mais facilmente, mas apresentam riscos à saúde e ao meio ambiente. Além disso, a maioria dos solventes são inflamáveis ​​e criam riscos de incêndio e explosão. Hoje em dia, com o equipamento adequado para lavagem de peças industriais , é geralmente aceito que os limpadores aquosos removem óleo e graxa com a mesma facilidade com que os solventes.

Outra abordagem é com meios de limpeza sólidos (jateamento), que consiste no processo de gelo seco de CO 2 : Para requisitos mais difíceis, pellets são usados, enquanto para materiais ou componentes mais sensíveis é aplicado CO 2 na forma de neve. Uma desvantagem é o alto consumo de energia necessário para fazer gelo seco.

Por último, mas não menos importante, existem processos sem qualquer meio, como vibração, laser, escovagem e sistemas de sopro / exaustão.

Todas as etapas de limpeza são caracterizadas por meios e temperaturas aplicadas e sua agitação / aplicação individual (impacto mecânico). Existe uma grande variedade de métodos e combinações desses métodos:

Finalmente, cada etapa de limpeza é descrita pelo tempo que as peças a serem limpas passam na respectiva zona, banho ou câmara e, portanto, o meio, a temperatura e a agitação podem impactar na contaminação.

Cada item de equipamento de limpeza precisa de uma chamada periferia. Este termo descreve medidas e equipamentos, por um lado, para manter e controlar os banhos e, por outro lado, para proteger os seres humanos e o meio ambiente.

Na maioria das fábricas, os agentes de limpeza são circulados até que seu poder de limpeza finalmente diminua e atinja o nível máximo de contaminante tolerável. Para atrasar ao máximo a troca de banho necessária, existem acessórios de tratamento sofisticados em uso, removendo contaminantes e os agentes usados ​​do sistema. Ao mesmo tempo, novos agentes de limpeza ou partes deles devem ser suplementados, o que requer um controle de banho. Este último é cada vez mais facilitado online e, assim, permite um ajuste do banho auxiliado por computador. Com a ajuda de separadores de óleo, agentes demulsificantes e processos aquosos de evaporadores podem ser conduzidos 'sem água residual'. A troca completa de banhos só se torna necessária a cada 3 a 12 meses.

Ao usar solventes orgânicos, o método preferido para alcançar uma longa vida operacional do banho é a destilação, um método especialmente eficaz para separar contaminantes e agentes.

A periferia também inclui medidas para proteger os trabalhadores como encapsulamento, desligamento automático da fonte de alimentação, recarga automática e afiação de mídia (por exemplo, técnica de transporte de gás), medidas de prevenção de explosão, ventilação de exaustão etc., e também medidas para proteger o meio ambiente, por exemplo, captura de solventes voláteis, bacias de retenção, extração, tratamento e disposição dos resíduos resultantes. Os processos de limpeza à base de solventes têm a vantagem de que a sujeira e o agente de limpeza podem ser separados com mais facilidade, ao passo que nos processos aquosos é mais complexo.

Em processos sem meio de limpeza, como ablação a laser e limpeza por vibração, apenas a sujeira removida deve ser descartada, pois não há agente de limpeza. Poucos resíduos são gerados em processos como jateamento de CO 2 e limpeza automática com escovas, às custas de custos mais altos de energia.

Requerimentos de qualidade

A padronização dos requisitos de qualidade para superfícies limpas em relação ao seguinte processo (por exemplo, revestimento, tratamento térmico) ou do ponto de vista da funcionalidade técnica é difícil. No entanto, é possível usar classificações gerais. Na Alemanha, tentou-se definir a limpeza como uma subcategoria do tratamento de metal (DIN 8592: Limpeza como uma subcategoria dos processos de corte), mas isso não dá conta de todas as complexidades da limpeza.

As regras bastante gerais incluem a classificação em limpeza intermediária, limpeza final, limpeza de precisão e limpeza crítica (tabela s.), Na prática vista apenas como uma orientação geral.

Termos Máx. sujeira permitida Solos removidos Explicações
Limpeza intermediária Por exemplo, na fabricação de corte de metal
Limpeza final ≤ 500 mg / m² (1) Partículas de tamanho médio e resíduos mais espessos do que uma monocamada Por exemplo, antes de montar ou revestir
  • Peças para fosfatização, pintura, esmaltagem
  • 500 - ≤ 5 mg C / m² (2)
  • Peças para cementação, nitretação, nitro cementação resp. tratamento a vácuo
  • 500 - ≤ 5 mg C / m² (2)
  • Peças para galvanoplastia, peças eletrônicas
  • 20 - ≤ 5 mg C / m² (2)
Limpeza de precisão ≤ 50 mg / m² (1) Partículas supermicrométricas e resíduos mais finos do que uma monocamada Ambiente controlado (Durkee)
Limpeza crítica ≤ 5 mg / m² (1) Partículas submicrométricas e resíduo não volátil medido em Angstroms sala limpa (Durkee)
(1) Referente à sujeira total; (2) Relacionado apenas ao carbono

Assim, na prática, a regra ainda é seguida, afirmando que os requisitos de qualidade são atendidos, se o processo subsequente (veja abaixo) não causar problemas, por exemplo, uma camada de tinta não descasca antes do final do período de garantia.

Onde isso não for suficiente, especialmente no caso de pedidos externos, devido à falta de padrões, muitas vezes existem requisitos específicos do cliente em relação à contaminação restante, proteção contra corrosão, manchas e nível de brilho, etc.

Os métodos de medição para garantir a qualidade, portanto, não desempenham um papel maior nas oficinas, embora exista uma ampla escala de métodos diferentes, de controle visual a métodos de teste simples (entre outras coisas, teste de ruptura de água, teste de limpeza, medição do ângulo de contato, teste tintas, teste de fita) para métodos de análise complexos (entre outros teste gravimétrico , contagem de partículas, espectroscopia infravermelha , espectroscopia de descarga luminescente, análise de energia dispersiva de raios-X , microscopia eletrônica de varredura e métodos eletroquímicos). No entanto, existem poucos métodos, que podem ser aplicados diretamente na linha e que oferecem resultados reproduzíveis e comparáveis. Não foi até recentemente que avanços maiores nesta área foram feitos

A situação geral mudou, entretanto, devido ao aumento dramático dos requisitos de limpeza para certos componentes da indústria automotiva. Por exemplo, sistemas de freio e sistemas de injeção de combustível precisam ser equipados com diâmetros cada vez menores e têm que suportar pressões cada vez mais altas. Portanto, uma contaminação de partícula muito pequena pode levar a grandes problemas. Devido à velocidade crescente de inovação, a indústria não pode se dar ao luxo de identificar possíveis falhas em um estágio relativamente avançado. Portanto, a norma VDA 19 / ISO 16232 'Veículos Rodoviários - Limpeza de Componentes de Circuitos de Fluidos' foi desenvolvida, a qual descreve métodos que podem controlar a conformidade com os requisitos de limpeza.

Processo subsequente

Ao escolher técnicas de limpeza, agentes de limpeza e processos de limpeza, os processos subsequentes, ou seja, o processamento posterior das peças limpas, são de especial interesse.

A classificação segue basicamente a teoria do trabalho em metal:

  • Usinagem
  • Corte
  • Juntando
  • Revestimento
  • Tratamento térmico
  • Montagem
  • Medindo, testando
  • Reparação, manutenção

Com o passar do tempo, valores empíricos foram estabelecidos, o quão eficiente a limpeza deve ser, para garantir os processos para o período de garantia particular e além. A escolha do método de limpeza geralmente começa aqui.

Desafios e tendências

Os detalhes acima ilustram como esse campo específico é extremamente complexo. Já pequenas mudanças nos requisitos podem exigir processos completamente diferentes. Assim, desafia a determinação técnica científica. Por outro lado, torna-se cada vez mais importante receber o grau necessário de limpeza o mais econômico possível e com riscos de saúde e ambientais continuamente minimizados, porque a limpeza se tornou de importância central para a cadeia de abastecimento na fabricação. As empresas inscritas costumam contar com seus fornecedores, que, devido a uma grande base de experiência, sugerem equipamentos e processos adequados, que são então adaptados aos requisitos detalhados em estações de testes nas instalações do fornecedor. No entanto, eles são limitados ao seu escopo de tecnologia. Para colocar os profissionais em uma posição de considerar todas as possibilidades relevantes para atender aos seus requisitos, alguns institutos desenvolveram ferramentas diferentes:

SAGE: Infelizmente, não está mais em operação, o sistema especializado abrangente para limpeza e desengorduramento de peças fornecia uma lista graduada com processos relativamente gerais de possíveis solventes e alternativas de processo. Desenvolvido pelo Programa de Limpeza de Superfície do Research Triangle Institute , Raleigh, Carolina do Norte , EUA, em cooperação com a US EPA (costumava estar disponível em: http://clean.rti.org/ ).

Cleantool: Um banco de dados de 'Melhores Práticas' em sete idiomas com processos abrangentes e específicos, registrados diretamente nas empresas. Contém ainda uma ferramenta de avaliação integrada, que abrange as áreas tecnologia, qualidade, saúde e segurança no trabalho, proteção ambiental e custos. Também está incluído um glossário abrangente (sete idiomas, link veja abaixo).

Bauteilreinigung: Um sistema de seleção para limpeza de componentes desenvolvido pela Universidade de Dortmund , auxiliando os usuários a analisar suas tarefas de limpeza em relação aos processos de limpeza e agentes de limpeza adequados (somente em alemão, link ver abaixo).

TURI, Toxic Use Reduction Institute: Um departamento da University of Lowell, Massachusetts (EUA). O laboratório da TURI realiza avaliações de produtos de limpeza alternativos desde 1993. A maioria desses produtos foi projetada para limpeza de superfícies metálicas. Os resultados desses testes estão disponíveis on-line no banco de dados do laboratório do Instituto (link apenas em inglês, veja abaixo).

Veja também

Referências

Literatura e mais informações

Literatura

  • John B. Durkee: "Management of Industrial Cleaning Technology and Processes", 2006, Elsevier, Oxford, Reino Unido, ISBN  0-08-044888-7 .
  • Carole A. LeBlanc: A busca por solventes químicos mais seguros e verdes na limpeza de superfícies: uma ferramenta proposta para apoiar a tomada de decisão ambiental. 2001, Centro Universitário Erasmus para Estudos Ambientais, Rotterdam, Holanda.
  • David S. Peterson: Guia prático para limpeza de metais industriais. 1997, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, EUA. ISBN  1-56990-216-X
  • Barbara Kanegsberg ed .: Manual para limpeza crítica. 2001, CRC Press, Boca Raton, Flórida, EUA. ISBN  0-8493-1655-3
  • Malcolm C. McLaughlin et al .: O manual de limpeza aquosa: um guia para procedimentos, técnicas e validação de limpeza crítica. 2000, The Morris-Lee Publishing Group, Rosemont, New Jersey, EUA. ISBN  0-9645356-7-X
  • Karen Thomas, John Laplante, Alan Buckley: Guia de alternativas de limpeza de peças: tornando a limpeza mais ecológica em Massachusetts. 1997, Toxics Use Reduction Institute, Universidade de Massachusetts, Lowell, Massachusetts, EUA
  • ASM International: Escolha de um processo de limpeza. 1996, ASM International, Materials Park, Ohio, EUA. ISBN  0-87170-572-9
  • ASM International: Guia para limpeza ácida, alcalina, de emulsão e ultrassônica. 1997, ASM International, Materials Park, Ohio, EUA. ISBN  0-87170-577-X
  • ASM International: Guia para desengorduramento a vapor e limpeza a frio com solvente. 1996, ASM International, Materials Park, Ohio, EUA. ISBN  0-87170-573-7
  • ASM International: Guia para sistemas de limpeza mecânica. 1996, ASM International, Materials Park, Ohio, EUA. ISBN  0-87170-574-5
  • ASM International: Guia para decapagem e descalcificação e limpeza em banho de sal fundido. 1996, ASM International, Materials Park, Ohio, EUA. ISBN  0-87170-576-1
  • Klaus-Peter Müller: Praktische Oberflächentechnik. Edição 2003.XII, vieweg, Braunschweig / Wiesbaden, ISBN  978-3-528-36562-2
  • Thomas W. Jelinek: Reinigen und Entfetten in der Metallindustrie. 1. Edição de 1999, Leuze Verlag, Saulgau, ISBN  3-87480-155-1
  • Brigitte Haase: Wie sauber muß eine Oberfläche sein? em: Journal Oberflächentechnik. Nr. 4, 1997
  • Brigitte Haase: Reinigen oder Vorbehandeln? Oberflächenzustand und Nitrierergebnis, Bauteilreinigung, Prozesskontrolle und –analytik. Hochschule Bremerhaven
  • Bernd Künne: Online Fachbuch für industrielle Reinigung. em: bauteilreinigung.de. Universität Dortmund, Fachgebiet Maschinenelemente
  • Reiner Grün: Reinigen und Vorbehandeln - Stand und Perspektiven. em: Galvanotechnik. 90, 1999, Nr. 7, S. 1836-1844
  • Günter Kreisel et al .: Ganzheitliche Bilanzierung / Bewertung von Reinigungs- / Vorbehandlungstechnologien in der Oberflächenbehandlung. 1998, Jena, Institut für Technische Chemie der FSU