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    超声波清洗机的工作原理

    2020-08-12 17:25:18  来源:北京汉达森技术有限公司
    超声波清洗
    超声波清洗(ultrasonic cleaning)是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用,使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中,空化作用和直进流作用应用得更多。
    原理
    超声波是一种频率超出人类听觉范围20 kHz以上的声波。超声波的传播要依靠弹性介质,其传播时,使弹性介质中的粒子振荡,并通过介质按超声波的传播方向传递能量,这种波可分为纵向波和横向波。在固体内,两者都可以传送,而在气体和液体内,只有纵向波可以传送。超声波能够引起质点振动,质点振动的加速度与超声频率的平方成正比。因此,几十千赫兹的超声会产生的作用力,强超声波在液体中传播时,由于非线性作用,会产生声空化。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力,对污层的直接反复冲击,一方面破坏污物与清洗件表面的吸附,另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能“钻入”裂缝中做振动,使污物脱落。对于有油脂性污物,由于超声空化作用,两种液体在界面迅速分散而乳化,当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子即脱落。空化气泡在振动过程中会使液体本身产生环流,即所谓声流。他可使振动气泡表面存在很高的速度梯度和粘滞应力,促使清洗件表面污物的破坏和脱落,超声空化在固体和液体表面上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层,腐蚀固体表面,增加搅拌作用,加速可溶性污物的溶解,强化化学清洗剂的清洗作用。此外,超声振动在清洗液中引起质点很大的振动速度和加速度,亦使清洗件表面的污物受到频繁而激烈的冲击。 [1] 
    影响清洗因素
    清洗介质:采用超声波清洗,一般有两类清洗剂即化学溶剂和水基清洗剂。清洗介质的化学作用可以加速超声波清洗效果,超声波清洗是物理作用,两种作用相结合,依对物件进行充分、彻底的清洗。
    功率密度:超声波的功率密度越高,空化效果越强,速度越快,清洗效果越好,但对于精密的表面光洁度甚高的物件,采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生空化、腐蚀。
    超声频率:适用于工件粗、脏、初洗,频率高则超声波方向性强,适合于精细的物件清洗。
    清洗高温:一般来说,超声波在50°C~60°C时的空化效果*好,清洗剂也不是温度越高,作用越显著,有可能会高温失效,通常超声波在超过85°C时,清洗效果已变差。所以实际应用超声波清洗时,采用50°C~70°C的工作温度。 
    超声波清洗工艺流程
    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
    超声波清洗机的构成
    超声波清洗机由以下几部分组成:
    1)超声波系统:包括换能器和超声波发生器。
    (1)换能器: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:大功率超声波发生器可由超音频IGBT电力电子器件为主要元件构成,该种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。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。
    2)加热及温度控制系统。加热器通常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。
    3)清洗槽:清洗槽一般采用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,要保证水位至少应高出换能器盒200 mm以上。
    4)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。
    5)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。
    6)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。
    7)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。
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