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超声波清洗技术大全

 一、超声波清洗机概述

超声波清洗机是由超声波发生器、超声波换能器及清洗槽构成,决定超声波清洗效果的好坏及超声波清洗机质量的关键在于超声波发 生器。超声波发生器实际上就是一台大功率逆变电源,它的发展也经历了电子管式、闸管式、晶体管式及VMOS管式等几个阶段。电子管式超声波清洗机由于管子 自身的弱点,已很少生产。目前国内外生产的超声波清洗机多为晶闸管式,由于受到器件本身特性的限制,这类清洗机多为2KW以下,工作频率也较低,约为 20KHZ,而且其效率仅达80%左右,故障率也较高。晶体管及VMOS管式超声波清洗机由于受管子容量的限制,只适用于小功率的超声波清洗机,且控制电 路也比较复杂。大功率超音频IGBT电力电子器件的出现,给超声波清洗机带来了革命性的变化,"英汉"始终走在电力电子行业的前沿,率先成功地开发出了 IGBT逆变式超声波清洗机,该类清洗机以IGBT作为主功率元件,使得电路大为简化,整机的可靠性大大提高。效率可达90%,功率因数达到0.95以 上。体积小、重量轻、操作简便。尤其显著的是IGBT超声波清洗机单机

可获得5KW甚至更高的功率,此点对于大规模超声清洗或清洗线 具有异乎寻常的意义。此外,"英汉"研制生产的超声波清洗机在工艺上也进行大胆的创新,从功能上更趋完善。功率调节、频率跟踪、频率扫描使得用户在采用" 英汉"超声波清洗机方面具有极大的灵活性,从而满足用户特定的清洗要求。

超声波清洗发展到今天,已在工业的各个领域乃至人们的日常生 活得到广泛的应用。国内外的生产实践表明,超声波清洗是现代工业中最有效和不可缺少的清洗手段,如汽车工业的漆前处理、电镀行业的镀前处理、真空离子镀的 镀前处理等,各种构件的清洗,已越来越离不开超声波清洗机。"英汉"IGBT系列超声波清洗机以其最优异的品质及可靠的质量,必将在清洗领域发挥越来越重 要的作用。值得一提的是,采用"英汉"IGBT超声波清洗机辅以"英汉"最新研制成功的先进的清洗工艺,将在提高清洗效率尤其是减少环境污染等方面带来革 命性的变化,因为采用该套清洗技术,可以用弱酸或无酸取代强酸,却能得到同等甚至更佳的清洗效果。

二、 超声波清洗 作用原理

超声波清洗设备由两部分组成:超声波发生器(又称超声波电源)和换能器。超声波发生器将工频电转变成 20KHZ以上的高频电信号,通过高频电缆输送到换能器上。一般超声波换能器是固定在清洗槽的底板上,清洗槽内装满了液体,当换能器被加上高频电压后,它 的压电陶瓷元件在电场作用下便产生纵向振动。超声波换能器(又称声头)是一种高效率的换能元件,能将电能转换成强有力的超声波振动,在产生超声波振动时, 仿佛是一个小的活塞,振幅很小,约只有几微米。但这个振动加速度很大(几十至几千个g);槽上具有许多个换能器,施加相同的频率及相位的电能时,就合成了 一个巨大的活塞进行往复振动,这种振动通过固定换能器的底板传播到清洗液中,振动在清洗液中传播就达到了对浸入其中的工件清洗的目的。

1.空化作用(CAVITATION)

在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗,其原 理可用"空化"现象来解释;清洗效果和超声波在液体中产生的"空化"强度有密切的关系。超声波振动在液体中传播,当其声波压强达到一个大气压时,超声波的 功率密度约为0.35瓦/cm2,这时在液体中传播的超声波的声波压强峰值就可以轻易达到真空或负压,但实际上是无负压现象存在的,因而在液体中产生一个 很大的力,将液体分子拉裂成空洞(空化核),此空洞为真空或非常接近真空,此空洞在信号电压(或超声波压强)值下一个半周达到最大时,由于周围的压力的增 大而被压碎,此时液体分子激烈碰撞产生非常强大的冲击力,将被清洗物体表面的污物撞击下来。这些无数细小而密集的气泡破裂时产生冲击波的现象被称之为"空 化"作用。这种空化作用非常容易在固体与液体的交界处产生,因而对于浸入超声作用下的液体中的物体具有超乎寻常的清洗作用。另外,由于超声波具有很强的穿 透固体的作用,所以这种"空化"作用对浸入超声波作用下的液体中物体内外表面(如管件)均能得到清洗,这是超声波清 洗优于其它清洗手段的重要方面。

2.超声波清洗和其它清洗手段效果的比较

由 于超声波的空化作用,其清洗效果远远优于其它清洗手段所能达到的清洗效果。清洗效果比较(根据资料报导)所示:超声波清洗法达到100%,刷洗(用化学溶 剂)为90%,蒸气清洗(化学溶剂)为35%,溶剂压力清洗为30%,溶剂浸洗为15%。从上看出,超声波清洗是最有效的清洗手段。根据生产规模,可以设 立多个工位的清洗线,综合应用各种清洗手段对工件做彻底的清洗。

3.超声波清洗力的来源

超声波清洗一般采用两种清洗剂:化学溶剂和水粉剂。就对污物油脂来说均有溶解渗透作用,这是一种化学作用力。而超声波的空化作用却是物理性的。超声波清 洗是结合了化学作用和物理作用。首先靠化学作用对污物进行渗透、溶解,然后再通过超声波空化作用所产生的冲击力将物体表面的污物层剥离,对之进行搅拌、分 散、乳化并防止已脱离物体表面的污物重新附着在物体上。

4.超声波清洗效果相关的物理量

(1)超声波清洗效果与其功率密度的关系

超声波的功率密度越高,空化效果越强,其清洗效果越好,清洗速度越快。对表面污物很多的被 清洗件,应采用大功率密度进行清洗。但对精密及表面光洁度高的物件的长时间强洗会由于空化腐蚀而使表面受到损伤,因此宜采用较低功率密度进行清洗。

(2)超声波频率与清洗效果的关系

超声波频率越低,在液体中的空化越容易产生,作用也越强。波长越长,方向性不显著,遮蔽部分较容 易洗刷,但对于小间隙或细孔的污物清除效果不显著。

超声波频率较高时,空化作用较弱,但空化产生的冲击力速度大,波长短而有方向性, 遮蔽部分清洗效果虽不理想,但对于小间隙或细孔中的污物却可有效清除。

所以,超声波频率要根据被清洗物来选择,目前最常用的频率是 20~50KHZ。

(3)清洗剂的选择

溶剂加超声波清洗,去污力强,但成本高且一般于人体健康不 利。如三氯乙稀、三氯乙烷、丙酮等,所以只在特殊要求高的情况下采用。工业清洗剂在超声波的作用下可以取得很好的清洗效果,所以在超声波清洗中得到了广泛 的应用。

(4)清洗温度

根据不同的清洗剂来选择清洗温度,一般说水在30~40℃时空化效果最好。所以超声波一 般选择常温工业冼净剂。由于油脂污物在溶剂中的溶解速度随着温度的提高而提高,所以在溶剂不分解和过量蒸发的情况下,适当提高超声波清洗温度有利于提高清 洗效率。

三、超声波清洗机的构成

超声波系统:

(1)换 能器:采用特种锆酸钛酸铅(PZT)压电陶瓷片组成的三明治式的振动头具有效率高、寿命长、不易发生故障的优点。换能器采用特种耐高温、耐振动、高粘度的 树脂胶辅以特殊的方法加以固定绝不脱落,且可耐受100℃~150℃的高温。

(2)超声波发生器:采用"英汉"最新研制的IGBT系 列超声波发生器,电路先进,结构完整,辅以灵敏可靠的集成控制系统,保证了超声波清洗机在各种负载下稳定工作。发生器体积小巧,外观新颖,操作十分简便, 产品质量及技术水准可与国外同类产品相媲美,一经推出便受到了同行的重视,更得到了广大用户的欢迎。各种超声波发生器可独立工作,亦可多组并联使用,以完 成大规模清洗工程。维修简单,若有一组发生故障时,不影响其它各组的工作,此点对于生产线来说,更为重要。各种系列的清洗机附有指示灯,指标各单元的工作 状态。机箱内装有散热风扇施行强制冷风,确保长期工作的安全性。超声波功率可调,并可数字显示。

加热及温度控制系统:

加热器采用不锈钢管材制成,可耐酸碱。加热的目的是将清洗剂加热以增加清洗机的洗涤效果。温度自动控制,可在适当范围内随意调整。

清洗槽:

清洗槽采用SU304不锈钢经氩弧焊焊制而成,槽体上设置有排渣检修口、保温隔声层等。

槽液循环过滤系 统:

在该系统中设有过滤器,对槽液进行动态过滤,以维持槽液的清洁度。当工件出槽,经过过滤的液体流经槽体上部的喷淋环节对工件进行 一次冲洗,以便冲掉工件出槽时表面粘附的油污,以避免其对下道槽液造成污染。

输送系统:

根据被清洗工件的形状、 体积、批量等确定超声波清洗机的输送方式及控制方式。典型的输送方式有:悬链、网带、双链、步进、电葫芦、自行葫芦、滚筒、转盘、龙门架、机械手、吊篮、 推盘等等。

喷淋漂洗系统:

根据被清洗工件的表面状况,有的清洗机配备喷淋漂洗工序,将超声波清洗和喷淋清洗有机 地结合起来。

烘干系统:

根据被清洗工件的状况,有的清洗机配备烘干系统,烘干系统主要由加热器、风机、吹风喷嘴 等组成,温度自动控制。

四、超声波清洗工艺

一般来说,清洗的工艺流程依被清 洗物体清洗的难易程度及清洗数量而决定。主要清洗流程如下:

1.热浸洗或喷洗:目的是将工件上的污染物软化、分离、溶解,并减轻下道 清洗工序的负荷。

2.超声波清洗:利用超声波产生的强烈空化作用及振动将工件表面的污垢剥离脱落,同时还可将油脂性的污物分解、乳 化。

3.冷漂洗:利用流动的净水将已脱落但尚浮在工件表面上污物冲洗干净。

4.超声波漂洗:溶剂为干净的清水, 工件浸入后,利用超声波将浮在工件各边、角及孔隙处的污物清洗干净。

5.热净水及冷净水漂洗:进一步去除悬附在工件表面上的污物微 粒。

6.热风烘干:利用一定的温度和风速,使零件表面快速干燥。

五、超声波清洗应用范围

1.汽车、摩托车:车架、车轿、底盘、发动机缸(套)、活塞环、水箱、油箱、减震器、化油器、制动泵、油咀等零部件清洗。

2.机 械:液压件(系统)、轴承、齿轮、五金件、乳胶模具、其它各种金属结构件、冷热轧材等去油、去锈、去氧化皮。

3.真空离子镀膜:不锈 钢板、刃量工具、关键零件、精密五金、玻璃、工艺美术制品、树脂片、首饰、灯饰、钟表零件、镜片、镜架、透镜等镀膜前高清洁度清洗。

4.家电:彩电、冰箱、空调等结构件漆(涂、镀)前处理,彩显管零件、音频磁头等清洗。

5.电子、半导体:线路板、电子元器件、半导 体材料等去污。

6.化纤:喷丝板、绦纶过滤芯等微孔去污。

7.医疗器械:生产制作过程中和使用后消毒时的清洗。

8.饮食容器:酒瓶、饮料瓶、不锈钢餐(厨)具等清洗。

9.军工、航空产品:子弹、炮弹、枪械、装甲、飞机等零部件清洗。

10.机电:轴(套)、线圈材料、磁性材料清洗;线圈、变压器、整流器、电机采用超声波浸漆,可有效加速浸漆速度,提高浸漆质量。

超声波清洗技术在以上和其它领域的应用十分广泛,甚至应用到日常生活中清洗金银首饰、酒店餐饮具等,大大提高了工作效率和清洗质量。随着经济的发展、科学 技术的进步,超声波清洗技术将被更普遍地应用在生产和生活的各个领域。

[来源:原创] [作者:国创电气] [日期:10-03-01]
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