超聲波清洗機作用原理及構成
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一、超聲波清洗機概述
超聲波清洗機是由超聲波發生器、超聲波換能器及清洗槽構成，決定超聲波清洗效果的好壞及超聲波清洗機質量的關鍵在于超聲波發生器。超聲波發生器實際上就是一臺大功率逆變電源，它的發展也經歷了電子管式、閘管式、晶體管式及VMOS管式等幾個階段。電子管式超聲波清洗機由于管子自身的弱點，已很少生產。目前國內外生產的超聲波清洗機多為晶閘管式，由于受到器件本身特性的限制，這類清洗機多為2KW以下，工作頻率也較低，約為20KHZ，而且其效率僅達80%左右，故障率也較高。晶體管及VMOS管式超聲波清洗機由于受管子容量的限制，只適用于小功率的超聲波清洗機，且控制電路也比較復雜。大功率超音頻IGBT電力電子器件的出現，給超聲波清洗機帶來了革命性的變化，"英漢"始終走在電力電子行業的前沿，率先成功地開發出了IGBT逆變式超聲波清洗機，該類清洗機以IGBT作為主功率元件，使得電路大為簡化，整機的可靠性大大提高。效率可達90%，功率因數達到0.95以上。體積小、重量輕、操作簡便。尤其顯著的是IGBT超聲波清洗機單機
可獲得5KW甚至更高的功率，此點對于大規模超聲清洗或清洗線具有異乎尋常的意義。此外，"英漢"研制生產的超聲波清洗機在工藝上也進行大膽的創新，從功能上更趨完善。功率調節、頻率跟蹤、頻率掃描使得用戶在采用"英漢"超聲波清洗機方面具有極大的靈活性，從而滿足用戶特定的清洗要求。
超聲波清洗發展到今天，已在工業的各個領域乃至人們的日常生活得到廣泛的應用。國內外的生產實踐表明，超聲波清洗是現代工業中最有效和不可缺少的清洗手段，如汽車工業的漆前處理、電鍍行業的鍍前處理、真空離子鍍的鍍前處理等，各種構件的清洗，已越來越離不開超聲波清洗機。"英漢"IGBT系列超聲波清洗機以其最優異的品質及可靠的質量，必將在清洗領域發揮越來越重要的作用。值得一提的是，采用"英漢"IGBT超聲波清洗機輔以"英漢"最新研制成功的先進的清洗工藝，將在提高清洗效率尤其是減少環境污染等方面帶來革命性的變化，因為采用該套清洗技術，可以用弱酸或無酸取代強酸，卻能得到同等甚至更佳的清洗效果。
二、 超聲波清洗作用原理
超聲波清洗設備由兩部分組成：超聲波發生器（又稱超聲波電源）和換能器。超聲波發生器將工頻電轉變成20KHZ以上的高頻電信號，通過高頻電纜輸送到換能器上。一般超聲波換能器是固定在清洗槽的底板上，清洗槽內裝滿了液體，當換能器被加上高頻電壓后，它的壓電陶瓷元件在電場作用下便產生縱向振動。超聲波換能器（又稱聲頭）是一種高效率的換能元件，能將電能轉換成強有力的超聲波振動，在產生超聲波振動時，仿佛是一個小的活塞，振幅很小，約只有幾微米。但這個振動加速度很大（幾十至幾千個g）；槽上具有許多個換能器，施加相同的頻率及相位的電能時，就合成了一個巨大的活塞進行往復振動，這種振動通過固定換能器的底板傳播到清洗液中，振動在清洗液中傳播就達到了對浸入其中的工件清洗的目的。
1.空化作用（CAVITATION）
在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗，其原理可用"空化"現象來解釋；清洗效果和超聲波在液體中產生的"空化"強度有密切的關系。超聲波振動在液體中傳播，當其聲波壓強達到一個大氣壓時，超聲波的功率密度約為0.35瓦/cm2，這時在液體中傳播的超聲波的聲波壓強峰值就可以輕易達到真空或負壓，但實際上是無負壓現象存在的，因而在液體中產生一個很大的力，將液體分子拉裂成空洞（空化核），此空洞為真空或非常接近真空，此空洞在信號電壓（或超聲波壓強）值下一個半周達到最大時，由于周圍的壓力的增大而被壓碎，此時液體分子激烈碰撞產生非常強大的沖擊力，將被清洗物體表面的污物撞擊下來。這些無數細小而密集的氣泡破裂時產生沖擊波的現象被稱之為"空化"作用。這種空化作用非常容易在固體與液體的交界處產生，因而對于浸入超聲作用下的液體中的物體具有超乎尋常的清洗作用。另外，由于超聲波具有很強的穿透固體的作用，所以這種"空化"作用對浸入超聲波作用下的液體中物體內外表面（如管件）均能得到清洗，這是超聲波清洗優于其它清洗手段的重要方面。
2.超聲波清洗和其它清洗手段效果的比較
由于超聲波的空化作用，其清洗效果遠遠優于其它清洗手段所能達到的清洗效果。清洗效果比較（根據資料報導）所示：超聲波清洗法達到100%，刷洗（用化學溶劑）為90%，蒸氣清洗（化學溶劑）為35%，溶劑壓力清洗為30%，溶劑浸洗為15%。從上看出，超聲波清洗是最有效的清洗手段。根據生產規模，可以設立多個工位的清洗線，綜合應用各種清洗手段對工件做徹底的清洗。
3.超聲波清洗力的來源
超聲波清洗一般采用兩種清洗劑：化學溶劑和水粉劑。就對污物油脂來說均有溶解滲透作用，這是一種化學作用力。而超聲波的空化作用卻是物理性的。超聲波清洗是結合了化學作用和物理作用。首先靠化學作用對污物進行滲透、溶解，然后再通過超聲波空化作用所產生的沖擊力將物體表面的污物層剝離，對之進行攪拌、分散、乳化并防止已脫離物體表面的污物重新附著在物體上。
4.超聲波清洗效果相關的物理量
(1)超聲波清洗效果與其功率密度的關系
超聲波的功率密度越高，空化效果越強，其清洗效果越好，清洗速度越快。對表面污物很多的被清洗件，應采用大功率密度進行清洗。但對精密及表面光潔度高的物件的長時間強洗會由于空化腐蝕而使表面受到損傷，因此宜采用較低功率密度進行清洗。
(2)超聲波頻率與清洗效果的關系
超聲波頻率越低，在液體中的空化越容易產生，作用也越強。波長越長，方向性不顯著，遮蔽部分較容易洗刷，但對于小間隙或細孔的污物清除效果不顯著。
超聲波頻率較高時，空化作用較弱，但空化產生的沖擊力速度大，波長短而有方向性，遮蔽部分清洗效果雖不理想，但對于小間隙或細孔中的污物卻可有效清除。
所以，超聲波頻率要根據被清洗物來選擇，目前最常用的頻率是20~50KHZ。
(3)清洗劑的選擇
溶劑加超聲波清洗，去污力強，但成本高且一般于人體健康不利。如三氯乙稀、三氯乙烷、丙酮等，所以只在特殊要求高的情況下采用。工業清洗劑在超聲波的作用下可以取得很好的清洗效果，所以在超聲波清洗中得到了廣泛的應用。
(4)清洗溫度
根據不同的清洗劑來選擇清洗溫度，一般說水在30~40℃時空化效果最好。所以超聲波一般選擇常溫工業冼凈劑。由于油脂污物在溶劑中的溶解速度隨著溫度的提高而提高，所以在溶劑不分解和過量蒸發的情況下，適當提高超聲波清洗溫度有利于提高清洗效率。
三、超聲波清洗機的構成
超聲波系統：
(1)換能器：采用特種鋯酸鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷片組成的三明治式的振動頭具有效率高、壽命長、不易發生故障的優點。換能器采用特種耐高溫、耐振動、高粘度的樹脂膠輔以特殊的方法加以固定絕不脫落，且可耐受100℃~150℃的高溫。
(2)超聲波發生器：采用"英漢"最新研制的IGBT系列超聲波發生器，電路先進，結構完整，輔以靈敏可靠的集成控制系統，保證了超聲波清洗機在各種負載下穩定工作。發生器體積小巧，外觀新穎，操作十分簡便，產品質量及技術水準可與國外同類產品相媲美，一經推出便受到了同行的重視，更得到了廣大用戶的歡迎。各種超聲波發生器可獨立工作，亦可多組并聯使用，以完成大規模清洗工程。維修簡單，若有一組發生故障時，不影響其它各組的工作，此點對于生產線來說，更為重要。各種系列的清洗機附有指示燈，指標各單元的工作狀態。機箱內裝有散熱風扇施行強制冷風，確保長期工作的安全性。超聲波功率可調，并可數字顯示。
加熱及溫度控制系統：
加熱器采用不銹鋼管材制成，可耐酸堿。加熱的目的是將清洗劑加熱以增加清洗機的洗滌效果。溫度自動控制，可在適當范圍內隨意調整。
清洗槽：
清洗槽采用SU304不銹鋼經氬弧焊焊制而成，槽體上設置有排渣檢修口、保溫隔聲層等。
槽液循環過濾系統：
在該系統中設有過濾器，對槽液進行動態過濾，以維持槽液的清潔度。當工件出槽，經過過濾的液體流經槽體上部的噴淋環節對工件進行一次沖洗，以便沖掉工件出槽時表面粘附的油污，以避免其對下道槽液造成污染。
輸送系統：
根據被清洗工件的形狀、體積、批量等確定超聲波清洗機的輸送方式及控制方式。典型的輸送方式有：懸鏈、網帶、雙鏈、步進、電葫蘆、自行葫蘆、滾筒、轉盤、龍門架、機械手、吊籃、推盤等等。
噴淋漂洗系統：
根據被清洗工件的表面狀況，有的清洗機配備噴淋漂洗工序，將超聲波清洗和噴淋清洗有機地結合起來。
烘干系統：
根據被清洗工件的狀況，有的清洗機配備烘干系統，烘干系統主要由加熱器、風機、吹風噴嘴等組成，溫度自動控制。
四、超聲波清洗工藝
一般來說，清洗的工藝流程依被清洗物體清洗的難易程度及清洗數量而決定。主要清洗流程如下：
1.熱浸洗或噴洗：目的是將工件上的污染物軟化、分離、溶解，并減輕下道清洗工序的負荷。
2.超聲波清洗：利用超聲波產生的強烈空化作用及振動將工件表面的污垢剝離脫落，同時還可將油脂性的污物分解、乳化。
3.冷漂洗：利用流動的凈水將已脫落但尚浮在工件表面上污物沖洗干凈。
4.超聲波漂洗：溶劑為干凈的清水，工件浸入后，利用超聲波將浮在工件各邊、角及孔隙處的污物清洗干凈。
5.熱凈水及冷凈水漂洗：進一步去除懸附在工件表面上的污物微粒。
6.熱風烘干：利用一定的溫度和風速，使零件表面快速干燥。
五、超聲波清洗應用范圍
1.汽車、摩托車：車架、車轎、底盤、發動機缸（套）、活塞環、水箱、油箱、減震器、化油器、制動泵、油咀等零部件清洗。
2.機械：液壓件（系統）、軸承、齒輪、五金件、乳膠模具、其它各種金屬結構件、冷熱軋材等去油、去銹、去氧化皮。
3.真空離子鍍膜：不銹鋼板、刃量工具、關鍵零件、精密五金、玻璃、工藝美術制品、樹脂片、首飾、燈飾、鐘表零件、鏡片、鏡架、透鏡等鍍膜前高清潔度清洗。
4.家電：彩電、冰箱、空調等結構件漆（涂、鍍）前處理，彩顯管零件、音頻磁頭等清洗。
5.電子、半導體：線路板、電子元器件、半導體材料等去污。
6.化纖：噴絲板、絳綸過濾芯等微孔去污。
7.醫療器械：生產制作過程中和使用后消毒時的清洗。
8.飲食容器：酒瓶、飲料瓶、不銹鋼餐（廚）具等清洗。
9.軍工、航空產品：子彈、炮彈、槍械、裝甲、飛機等零部件清洗。
10.機電：軸（套）、線圈材料、磁性材料清洗；線圈、變壓器、整流器、電機采用超聲波浸漆，可有效加速浸漆速度，提高浸漆質量。
