超声波清洗已经在多种机械零件的装配前清洗 、电镀前清洗、涂装前清洗、热处理过程中、脱醋、除腊、除锈等各个方面得到大量的应用 。与常规的清洗手段相比, 超声波清洗具有不可比拟的优势: ①速度快。超声波的清洗时间通常可以在几十秒到几分钟之内完成。②清洁度高 。③适合于复杂零件。声波的特性使得零件的孔、狭缝、内壁等都得到良好的处理。④易于采用环保化的清洗手段。
其作用是通过逆变电路将50Hz的交流电转换成超过20000Hz高频的功率输出。所谓“他激式”是指超声波发生器具有完整的电路控制、保护系统, 适合于连续工作; 与其对应的是“自激式”的超声波发生器, 电路相对简单, 成本低, 可靠性差。
换能器是一种电声转换器件, 典型的清洗用换能器如下图所示。在上端尾块和下端发射块之间夹着压电晶体(压电陶瓷) , 常用的压电陶瓷是钛锆酸铅。当在压电陶瓷两极之间施加电压时, 陶瓷的几何尺寸会发生改变。当施加高频交流电压时,陶瓷就驱动换能器整体做高频往复振动, 从而发出大功率的超声波。将一组换能器粘接到一个发射面上, 就成为超声波矩阵(换能器盒)。换能器的上方是清洗容器(槽) , 被清洗的零件需要浸没在槽中的清洗液中以进行清洗。这样就构成一个基本的超声波清洗系统。
超声波的“空化” 作用 超声波清洗力主要来源于“ 空化” 作用。直观地讲, 当换能器组以相同相位做高频振动时, 宛如一个巨大的活塞, 当振动的功率足够大时 (超过阀值) , 这个活塞将液体中拉裂出无数细小的气泡(空化泡)。反向的振动使其迅速破裂, 这种空洞产生和破裂的速度如此之快, 使其具有极高的运动加速度( >200g ) 和爆破冲击力, 而且这种“空化”作用最易在固液交界面上产生, 可快速彻底地剥离附着在零件表面的污物。
超声波设备的工艺条件 要达到有效地清洗
, 需要满足一定的工艺条件。设备方面功率密度: 超声波输出必须达到一定的强度才能产生空化作用, 这个强度我们用功率密度来衡量, 最低的密度应大于 0.35 W/cm2 实际应用多采用 0.4 ~ 0.8 W/cm2 。频率: 工业用超声波清洗设备的频率通常在16 ~ 80kHz之间, 常用的频率包括 20、25、28、33 和 40kHz。工艺方面温度: 超声波清洗一般采用中温( 40 ～ 60℃ )。清洗液: 根据清洗对象选取不同的清洗液。清洗液有水激清洗液和溶剂型的清洗液两大类。目前水激清洗液得到越来越广的应用。除油可采用碱性、中性或酸性脱脂液; 除锈及氧化皮可采用磷酸等弱酸清洗。氟里昂、三氧乙烯、汽油等都是良好的清洗溶剂, 但这些物质或污染环境、或毒害人体、或易燃易爆, 使用中受到严格限制。一种由法国 ATOCHEM 出品的 ALTENE D6 通过了欧洲和美国的环境认证, 且性能出色, 很有应用价值。
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