工作原理

一、超聲波清洗原理     超聲波清洗原理:超聲波清洗機是通過超聲波發生器將高於20KHz頻率的有震蕩信號進行電功率放大後經超聲波換能器(震頭)的逆壓電效應轉換成高頻機械振動能量通過清洗介質中的聲輻射,使清洗液分子振動並產生無數微小氣泡,氣泡沿超聲傳播方向在負壓區形成、生長,並在正壓區迅速閉合而產生上千個大氣壓的瞬間高壓而爆破,形成無數微觀高壓衝擊波作用於被清洗工件表麵。此即超聲波清洗中的“空化效應”。超聲波清洗機就是基於“空化效應”的基本原理工作的,因此,超聲清洗對具有內外結構複雜、微觀不平表麵、狹縫、盲孔、拐角、死角、元件密集等特點的工件均具有卓越的洗淨能力,是其他清洗方法無可比擬的。隨著超聲頻率的提高,氣泡數量增加而爆破衝擊力減弱,設備因此,高頻超聲特別適用於小顆粒汙垢的清洗而不破環其工件表麵。 二、空化泡的擴大以及爆裂(內爆)     氣泡是在液體中施加高頻(超聲頻率)、高強度的聲波而產生的。因此,任何超聲清洗係統都必須具備三個基本元件:盛放清洗液的槽、將電能轉化為機械能的換能器以及產生高頻電信號的超聲波發生器。 三、換能器和發生器     超聲清洗係統最重要的部分是換能器。現存兩種換能器,一種是磁力換能器,由鎳或鎳合金製成;一種壓電換能器,由鋯鈦酸鉛或其他陶瓷製成。將壓電材料放入電壓變化的電場中時,它會發生變形,這就是所謂的'壓電效應'。相對來說,磁力換能器是用會在變化的磁場中發生變形的材料製成的。 無論使用何種換能器,通常最基本的因素為其產生的空化效應的強度。超聲波和其它聲波一樣,是一係列的壓力點,即一種壓縮和膨脹交替的波。如果聲能足夠強,液體在波的膨脹階段被推開,由此產生氣泡;而在波的壓縮階段,這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內爆,產生一種非常有效的衝擊力,特別適用於清洗。這個過程被稱做空化作用。 四、聲波的壓縮和膨脹     從理論上分析,爆裂的空化泡會產生超過10,000 psi的壓力和20,000 °F (11,000 °C) 的高溫,並在其爆裂的瞬間衝擊波會迅速向外輻射。單個空化泡所釋放的能量很小,但每秒鍾內有幾百萬的空化泡同時爆裂,累計起來的效果將是非常強烈的,產生的強大的衝擊力將工件表麵的汙物剝落,這就是所有超聲清洗的特點。如果超聲能量足夠大,空化現象會在清洗液各處產生,所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔。空化作用也促進了化學反應並加速了表麵膜的溶解。 然而隻有在某區域的液體壓力低於該氣泡內氣體壓力時才會在該區域產生空化現象,故由換能器產生的超聲波振幅足夠大時才能滿足這一條件。產生空化所需的最小功率被稱做空化臨界點。不同的液體存在不同的空化臨界點,故超聲波能量必須超過該臨界點才能達到清洗效果。也就是說,隻有能量超過臨界點才能產生空化泡,以便進行超聲清洗。 五、頻率的重要性     當工作頻率很低(在人的聽覺範圍內)就會產生噪音。當頻率低於20kHz時,工作噪音不僅變得很大,而且可能超出職業安全與保健法或其他條例所規定的安全噪音的限度。在需要高功率去除汙垢而不用考慮工件表麵損傷的應用中,通常選擇從20kHz到30kHz範圍內的較低清洗頻率該頻率範圍內的清洗頻率常常被用於清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。高頻通常被用於清洗較小、較精密的零件,或清除微小顆粒。高頻還被用於被工件表麵不允許損傷的應用。使用高頻可從幾個方麵改善清洗性能。隨著頻率的增加,空化泡的數量呈線形增加,從而產生更多更密集的衝擊波使其能進入到更小的縫隙中。如果功率保持不變,空化泡變小,其釋放的能量相應減少,這樣有效地減小了對工件表麵的損傷。高頻的另一個優勢在於減小了粘滯邊界層(泊努裏效應),使得超聲波能夠'發現'極細小的微粒。 六、超聲清洗的優越性     1.高精度: 由於超聲波的能量能夠穿透細微的縫隙和小孔,故可以應用與任何零部件或裝配件清洗。被清洗件為精密部件或裝配件時,超聲清洗往往成為能滿足其特殊技術要求的唯一的清洗方式;     2.快速: 超聲清洗相對常規清洗方法在工件除塵除垢方麵要快得多。裝配件無須拆卸即可清洗。超聲清洗可節省勞動力的優點往往使其成為最經濟的清洗方式;     3.一致:無論被清洗件是大是小,簡單還是複雜,單件還是批量或在自動流水線上,使用超聲清洗都可以獲得手工清洗無可比擬的均一的清潔度。 七、超聲清洗工藝及清洗液的選擇     在購買清洗係統之前,應對被清洗件做如下應用分析: 明確被洗件的材料構成、結構和數量, 分析並明確要清除的汙物,這些都是決定所要使用什麽樣的清洗方法,判斷應用水性清洗液還是用溶劑的先決條件。最終的清洗工藝還需做清洗實驗來驗證。隻有這樣,才能提供合適的清洗係統、設計合理的清洗工序以及清洗液。 八、清洗液的選擇     考慮到清洗液的物理特性對超聲清洗的影響,其中蒸汽壓、表麵張力、黏度以及密度應為最顯著的影響因素。溫度能影響這些因素,所以它也會影響空化作用的效率。 任何清洗係統必須使用清洗液。 選擇清洗液時,應考慮以下三個因素:     1.清洗效率:選擇最有效的清洗溶劑時,一定要做實驗。如在現有的清洗工藝中引入超聲,使用的溶劑一般不必變更;     2.操作簡單:所使用的液體應安全無毒、操作簡單且使用壽命長;     3.成本:最廉價的清洗溶劑的使用成本並不一定最低。使用中必須考慮到溶劑的清洗效率、安全性、一定量的溶劑可清洗多少工件利用率最高等因素。當然,所選擇的清洗溶劑必須達到清洗效果,並應與所清洗的工件材料相容。水為最普通的清洗液,故使用水基溶液的係統操作簡便、使用成本低、應用廣泛。然而對某些材料以及汙垢等並不適用於水性溶液,那麽還有許多溶劑可供選用。 九、兩種由清洗液不同而區分的清洗係統     水性係統:通常由敞口槽組成,工件浸沒其中。而複雜的係統會由多個槽組成,並配備循環過濾係統、衝淋槽、幹燥槽以及其它附件。溶劑係統:多為超聲波汽相除油脂清洗機,常配備廢液連續回收裝置。超聲波汽相清除油脂過程是由溶劑蒸發槽和超聲浸洗槽組成的集成式多槽係統完成的。在熱的溶劑蒸汽和超聲激蕩共同作用下,油、脂、蠟以及其他溶於溶劑的汙垢就被除去。經過一係列清洗工序後下料的工件發熱、潔淨、幹燥。 十、清洗件處理     超聲清洗的另一個考慮因素是清洗件的上、下料或者說是放置清洗件的工裝的設計。清洗件在超聲清洗槽內時,無論清洗件還是清洗件籃都不得觸及槽底。清洗件總的橫截麵積不應超過超聲槽橫截麵積的70%。橡膠以及非剛化塑料會吸收超聲波能量,故將此類材料用於工裝時應謹慎。絕緣的清洗件也應引起特別注意。工裝籃設計不當,或所盛工件太重,縱使最好的超聲清洗係統的效率也會被大大降低。鉤子、架子以及燒杯都可用來支持清洗件