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1、前 言 在市场经济的环境下，对产品质量要求越来越高。为保证产品质量，许多企业在产品生产过程中，将采用清洗工艺来提高产品质量，为企业创造良好的经济效益。 当前在一些工业产品生产过程中，应用超声波清洗是一种洗净效果好，价格经济，有利于环保的清洗工艺。超声波清洗机可以应用于清洗各式各样体形大小，形状复杂，清洁度要求高的许多工件。例如可用于清洗钟表零件、照相机零件、油咀油泵、汽车发动机零件、精密轴承零件、齿轮、活塞环、铣刀、锯片、宝石、医用注射器及各种光学镜头等；还可以用于清洗印制板、半导体晶片及器件、显象管内的精密零件、磁性元件、硅片、陶瓷晶片、插头座、焊片、电极引线等电子类产品。 一种物件的清洗可
2、以根据其污垢的性质，采用机械物理力清洗的方法或化学力清洗的方法，还可以用各种组合方法来进行清洗。若是用自来水或净水为清洗液的超声波清洗属物理力的清洗，若在清洗液中添加一些洗涤剂，则属于组合清洗，对不同的清洗对象选用不同的洗涤剂，更具有明显的清洗效果。表0-1为几种清洗方法洗净效果比较。表0-1 为两种清洗方法洗净效果比较。图0-1 超声波清洗效果清洗作为一种古老而又新兴的活动和技术，正日益引起人们的兴趣和关注清洗是一门技术，是一个新兴的多学科技术领域。清洗行业量大而面广，无处不有，与人类社会生产，生活各方面息息相关清洗技术的发展是人类文明的一个重要标志，清洗技术水平反映了一个人一个民族、一个国
3、家的文明进步程度和科学技术的发展水平。 今后清洗技术的发展将更加迅速普及大批的大专院校科研院所。专业公司的科技人员将加入清洗技术研究开发队伍一些现在存在的行业技术问题得到解决，行业总体技术水平大幅度提高新技术新产品大量涌现，各种新颖的清洗设备进入市场和人们的日常生活人们将不再只是依靠经验来清洗各种实用化的计算机软件将问世；行业分工更加专业、细致，行业标准和技术规范得到推广普及行业管理规范有序清洗行业的前景无限美好！买文档送全套图纸 扣扣414951605第1章 超声波清洗的原理与应用1.1 超声波清洗的原理 把液体故人清洗槽内，给槽内作用超声波。由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，介质的压
4、力作交替变化。如果对液体中某一确定点进行观察，这点的压力如图2曲线A所示。以静压(一般一个大气压)为中心，产生压力的增减，若依次增强超声波的强度，则压力振幅也随着增加，像图1-1曲线B那样，并产图1-1 清洗槽内液体的某一点受压情况生负的压力。 所谓负压，但实际上负的压力是不存在的，这是在液体中产生撕裂的力，且形成真空的空泡，并被后面的压缩力压挤而破灭。这种在声场作用下的振动，当声压达到超声波清洗一定值时，气泡将迅猛增长，然后又突然闭合，在气泡闭合时，由于液体间相互碰撞产生强大的冲击波，在其周围产生上千个大气压的压力。这也就是所说的“超声空化”。超声清洗就是利用了空化作用的冲击波，其清洗过程中
5、由下列四个因素作用所引起。 (1)因空泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层在冲击波的作用下被剥离下来，即分散及脱落。 (2)因空化现象产生如图3a所示的气泡。由冲击形成的污垢层与表面之间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡与声压同步膨胀，收缩，产生像剥皮那样的物理力重复作用于污垢层，污垢一层层被剥开，如图3b所示，小气泡再继续向前推进，直到污垢层被剥下为止。这就是空化二次效应。 图1-2 气泡的作用(3)超声清洗中清洗液的超声振动本身对清洗的作用力。例如：20kHz，2Wcm2的超声波在清洗液中传播时，它将引起质点的振动，位移幅度132lLm，速度016ms，加速度为204X104msz，(约为2删g
6、的重力加速度)，声压为145X105Pa，这表明清洗物表面的污垢层每秒将遭到2万次的激烈冲击。 (4)清洗剂也溶解了污垢，产生乳化分散的化学力。 超声清洗的主要原理是超声空化作用，要获得良好的清洗效果，合理选择清洗槽中声场的声学参数和清洗液的物理化学性质是十分重要的。 既然空化是主要的，那么如何产生空化呢?一般来说，空化不仅由介质特性决定，而且也与声场有关。空化阂的高低受到许多因素制约，主要有如下几个因素： (1)空化阂与工作频率fa有关。频率越高，空化阂值越高，产生空化越难。气泡在声场的作用下将进行振动，但不一定发生崩溃(破灭)，只有当声波的频率低于气泡的谐振频率时才可能使气泡破灭，而当声波
7、的频率高于气泡的谐振频率时，气泡只进行复杂的振动，一般不发生气泡破灭。 (2)空化阂与介质中气泡半径有关，半径越小，空化阂越高。 (3)宝化阂与声波作用时间长短有关，声波幅射时间越长，空化阐越低。 (4)空化阂与环境静压力有关，静压力越 大，空化阂越高。 (5)空化阂与介质的粘滞性有关，粘度大，表面张力大，空化阂高。 (6)空化阂与液体含气量有关，含气量越少，空化阂越高。 (7)空化阂与清洗液温度有关，清洗液温度升高，对空化有利。但清洗液温度过高时，气泡中蒸气压增大，因在气泡闭合期增强了缓冲作用而使空化减弱。而温度还与清洗液的溶解度有关。对于水清洗液较适宜的温度约为60Y。 根据超声清洗的机理
8、我们可选择最佳状态，并得到最佳的清洗效果。还应注意到选择最佳的声强。声强过高会产生大量气泡，在声波表面形成一道屏障，使声波不易辐射到整个液体空间，因而在远离声源的地方，清洗作用减弱。同时过高的声强，气泡膨胀过大，以至于在声波压缩相内，气泡来不及闭合。声强一般选在1Wcm22Wcm2，对于一些金属表面氧化膜难于清洗的污垢，则应采用较高的声强。1.2 超声波清洗的应用 1.2.1 超声波清洗的主要应用范围：工业部门 清洗产品分类 可清除主要附着物 主要清洗液 电子、电气工业机器另部件继电器、开关、印制电路板、电位器、真空管另件、半导体元件、硅片、电容器、照相机快门等。 印制板油墨、焊料、油质防腐剂
9、、石腊、磨料、染料。 使用有机性清洗液、三氯乙烯、氟、乙醇、丙酮。 锈、氧货物、盐、手垢、尘土。 碱性清洗液、中性、酸性清洗液、水。 玉石加工、钟表、光学、机械等精密工业仪器、仪表、钟表字盘、另部件；齿轮、弹簧、轴承、宝石、透镜、眼睛架、贵金属装饰品。 涂料、喷漆、油脂、复合物、玻璃纤维 有机性清洗液（三氯乙烯，氟溶液）。 染料、塑料残留物。 碱性清洗剂、中性清洗液。 汽车业气门、点火栓、气化栓、燃料泵、蓄电池电极、活塞环、机器操纵盘另件、摩托车和汽车油箱。 油、油脂、防腐剂、机械切屑、塑料残留物、研磨磨料、玻璃纤维、尘埃、石墨、焦油。 有机性清洗液（三氯乙烯等）、轻油、碱性清洗液。 橡胶工业
10、手套、带、轮胎、外科医用橡胶手套。 指纹、尘埃、染料、防腐剂、墨迹、塑料残留物、橡胶残渣。 碱性、中性及酸性清洗液 航空工业燃料油过滤器、燃料仪器、仪器仪表、注入喷咀、流量控制设备、机械控制设备用的另件、水力、水压系列产品 氧化物、尘土、切屑、油类、油脂、磨粉、防腐剂。 有机清洗液、轻油。 锈、碳、水垢 焦油分离剂酸碱清洗液 印刷业旋转机、金属板。 墨迹、指纹、油、染料。 轻油、有机性清洗液。 公共事业、电力、煤气、新闻通讯路灯、燃料油表、电力计、灯泡、软片、电传机、绝缘子。 墨迹、油、尘土、纱屑、锈、泥、接触海水的盐分。 有机性清洗剂、轻油、酸碱性清洗液 原子能工业控制棒、燃料泵、铝管类、容
11、器、玻璃、分析试料。 放射能量粒子、尘埃、硅油、油脂 碱性、中性清洗液、纯水。有机性清洗液、乙醇、丙酮等 医疗注射器、手术机械、吸量管、玻璃容器、食道镜、齿科机械、直肠镜、方向镜、显微镜用试料玻璃。 血液、凝胶体、指纹、料理物残留物、蛋白（卵白）、混入血液中的污垢。 碱性、中性清洗液、纯水。 机械工具丝杆、喷咀、齿轮、夹具、固定装置用附件、弹簧、气门、游标卡尺等工量具。 磨料、铁屑、防锈剂、复合物、切削油、冷却油、研磨油。 有机清洗液、复合剂、氟溶剂、轻油、乙醇系列。 尘土、抛光、氧化物。 碱性、中性清洗液。 1.2.2 通用超声波清洗机 超声波清洗机的结构一般有超声电源和清洗器合为一体或分开
12、布局两种形式，一般小功率(200W以下)清洗机用一体式结构，而大功率清洗机采用分体式结构。超声波清洗机分体式结构由三个主要部分组成，如图1-3所示。 图1-3 分体式超声波清洗器(1)清洗缸； (2)超声波发生器； (3)超声波换能器； 清洗缸：清洗缸是用来装载清洗液及被清洗工件的不锈钢容器，大多数工件可先装在网状框架内，再一起放人缸内清洗。 超声波发生器：超声清洗机用的超声波发生器，从使用的元器件种类可以分电子管式的，可控硅式的和晶体管式的。近几年来已经发展到用大功率“功率模块”的方式。其输出功率从几十瓦直到几千瓦，工作频率从15kHz40kHzo 超声清洗机用的超声波发生器，有以下特点：
13、(1)随着清洗液深度不同，换能器共振频率和阻抗变化很大。但是实践表明，槽内放进适量清洗物后，基本上就可以稳定在某一定数值上。 (2)一般来说，由于清洗负载变动较小，可以不要求复杂的频率自动跟踪电路。 (3)实用超声波发生器，大多数采用大功率自激式反馈振荡器。 超声波换能器：超声波清洗机用的换能器主要有以下几种： 磁致伸缩换能器 国内用的磁致伸缩换能器大多数是用镍片叠成的窗口型换能器，将它银焊在清洗缸底部，然后用导线在窗口上绕一定卷数而成。此种换能器能承受较大功率，且可靠性好，使用寿命长。缺点为效率较压电换能器低，原材料镍片价格贵。 压电式换能器 目前国内外大多数超声波清洗机用的是压电式换能器，
14、勘L形结构如图1-4。 图1-4 压电式换能器这种换能器一般有两片压电陶瓷晶片组成。一台清洗机用多个换能器，经粘接剂粘接在清洗缸底部且经并联联接组成一台清洗机的换能器。换能器基元之间距(对于频率20kH4一般在510mm为佳，太大了容易产生弯曲振动，且振动板受到腐蚀，同时辐射面相对减少。 通用超声清洗机清洗零件适用性强，已广泛应用于电子、钟表、光学、机械、汽车、航空、原子能工业、医疗器械等许多行业。1.2.3 专用超声波清洗机 一般安装在某些特定物件清洗的生产流水线上。 图6为典型的软磁器件超声波清洗设备，被清洗物件从进料口可传动的不锈钢专用网带送人超声波清洗槽清洗，再经喷淋、烘干等工序后出料
15、，实现被清洗物件可直接包装入库。各工序简要说明如下： 进料：物件进料可采用半自动进料或 出料：物件出料可采用自动收料或手工收料方式，格被清洗物件装入包装盒内。 通过上述工序就完成了物件实现利用超声波清洗的全过程。 1.2.4 超声波清洗机应用于电镀前处理 利用超声波在液体中产生的空化效应，可以清洗掉工件表面沾附的油污，配合适当的清洗剂，可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。电镀工艺，对工件表面清洁度要求较高，而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。利用超声波清洗技术，可以替代溶剂清洗油污；可以替代电解除油；可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。超声波清洗技术的应用，可以使许多传统的清洗工艺得到简化，并大大提高清洗质量和生产效率。特别是对那些形状较为复杂、边角要求较高的工件更具有优越性。利用超声波清洗技术，还可以在很大的范围内替代强酸、强碱的作用，大大减少对和环境的污染，并改善工人的劳动环境，降低劳动强度，对保护生态环
