超聲波清洗機(jī)作用原理及構(gòu)成

1、超聲波清洗機(jī)是由超聲波發(fā)生器、超聲波換能器及清洗槽構(gòu)成，決定超聲波清洗效果的好壞及超聲波清洗機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵在于超聲波發(fā)生器。超聲波發(fā)生器實(shí)際上就是一臺(tái)大功率逆變電源，它的發(fā)展也經(jīng)歷了電子管式、閘管式、晶體管式及VMOS管式等幾個(gè)階段。電子管式超聲波清洗機(jī)由于管子自身的弱點(diǎn)，已很少生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的超聲波清洗機(jī)多為晶閘管式，由于受到器件本身特性的限制，這類(lèi)清洗機(jī)多為2KW以下，工作頻率也較低，約為20KHZ,而且其效率僅達(dá)80%左右，故障率也較高。晶體管及VMOS管式超聲波清洗機(jī)由于受管子容量的限制，只適用于小功率的超聲波清洗機(jī)，且控制電路也比較復(fù)雜。大功率超音頻IGBT電力電子器件的出現(xiàn)，給

2、超聲波清洗機(jī)帶來(lái)了革命性的變化，"英漢"始終走在電力電子行業(yè)的前沿，率先成功地開(kāi)發(fā)出了IGBT逆變式超聲波清洗機(jī)，該類(lèi)清洗機(jī)以IGBT作為主功率元件，使得電路大為簡(jiǎn)化，整機(jī)的可靠性大大提高。效率可達(dá)90%,功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便。尤其顯著的是IGBT超聲波清洗機(jī)單機(jī)可獲得5KW甚至更高的功率，此點(diǎn)對(duì)于大規(guī)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(chǎn)的超聲波清洗機(jī)在工藝上也進(jìn)行大膽的創(chuàng)新，從功能上更趨完善。功率調(diào)節(jié)、頻率跟蹤、頻率掃描使得用戶在采用"英漢"超聲波清洗機(jī)方面具有極大的靈活性，從而

3、滿足用戶特定的清洗要求。超聲波清洗發(fā)展到今天，已在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域乃至人們的日常生活得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)踐表明，超聲波清洗是現(xiàn)代工業(yè)中最有效和不可缺少的清洗手段，如汽車(chē)工業(yè)的漆前處理、電鍍行業(yè)的鍍前處理、真空離子鍍的鍍前處理等，各種構(gòu)件的清洗，已越來(lái)越離不開(kāi)超聲波清洗機(jī)。"英漢"IGBT系列超聲波清洗機(jī)以其最優(yōu)異的品質(zhì)及可靠的質(zhì)量，必將在清洗領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。值得一提的是，采用"英漢"IGBT超聲波清洗機(jī)輔以"英漢”最新研制成功的先進(jìn)的清洗工藝，將在提高清洗效率尤其是減少環(huán)境污染等方面帶來(lái)革命性的變化，因?yàn)椴捎迷撎浊逑醇夹g(shù)，可以

4、用弱酸或無(wú)酸取代強(qiáng)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(shè)備由兩部分組成：超聲波發(fā)生器（又稱超聲波電源）和換能器。超聲波發(fā)生器將工頻電轉(zhuǎn)變成20KHZ以上的高頻電信號(hào)，通過(guò)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(nèi)裝滿了液體，當(dāng)換能器被加上高頻電壓后，它的壓電陶瓷元件在電場(chǎng)作用下便產(chǎn)生縱向振動(dòng)。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(zhuǎn)換成強(qiáng)有力的超聲波振動(dòng)，在產(chǎn)生超聲波振動(dòng)時(shí)，仿佛是一個(gè)小的活塞，振幅很小，約只有幾微米。但這個(gè)振動(dòng)加速度很大（幾十至幾千個(gè)g）;槽上具有許多個(gè)換能器，施加相同的頻率及相位的電能時(shí)，就合成

5、了一個(gè)巨大的活塞進(jìn)行往復(fù)振動(dòng)，這種振動(dòng)通過(guò)固定換能器的底板傳播到清洗液中，振動(dòng)在清洗液中傳播就達(dá)到了對(duì)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(duì)物體表面白污物進(jìn)行清洗，其原理可用"空化"現(xiàn)象來(lái)解釋?zhuān)磺逑葱Ч统暡ㄔ谝后w中產(chǎn)生的"空化”強(qiáng)度有密切的關(guān)系。超聲波振動(dòng)在液體中傳播，當(dāng)其聲波壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，超聲波的功率密度約為0.35瓦/cm2,這時(shí)在液體中傳播的超聲波的聲波壓強(qiáng)峰值就可以輕易達(dá)到真空或負(fù)壓，但實(shí)際上是無(wú)負(fù)壓現(xiàn)象存在的，因而在液體中產(chǎn)生一個(gè)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

6、真空，此空洞在信號(hào)電壓（或超聲波壓強(qiáng)）值下一個(gè)半周達(dá)到最大時(shí)，由于周?chē)膲毫Φ脑龃蠖粔核?，此時(shí)液體分子激烈碰撞產(chǎn)生非常強(qiáng)大的沖擊力，將被清洗物體表面的污物撞擊下來(lái)。這些無(wú)數(shù)細(xì)小而密集的氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生沖擊波的現(xiàn)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(chǎn)生，因而對(duì)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(qiáng)的穿透固體的作用，所以這種"空化”作用對(duì)浸入超聲波作用下的液體中物體內(nèi)外表面（如管件）均能得到清洗，這是超聲波清洗優(yōu)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

7、清洗效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它清洗手段所能達(dá)到的清洗效果。清洗效果比較（根據(jù)資料報(bào)導(dǎo)）所示：超聲波清洗法達(dá)到100%,刷洗（用化學(xué)溶劑）為90%,蒸氣清洗（化學(xué)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(jù)生產(chǎn)規(guī)模，可以設(shè)立多個(gè)工位的清洗線，綜合應(yīng)用各種清洗手段對(duì)工件做徹底的清洗。3 .超聲波清洗力的來(lái)源超聲波清洗一般采用兩種清洗劑：化學(xué)溶劑和水粉劑。就對(duì)污物油脂來(lái)說(shuō)均有溶解滲透作用，這是一種化學(xué)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(jié)合了化學(xué)作用和物理作用。首先靠化學(xué)作用對(duì)污物進(jìn)行滲透、溶解，然后再通過(guò)超聲波空化作用所產(chǎn)生的沖擊力將物

8、體表面的污物層剝離，對(duì)之進(jìn)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(guān)的物理量（1）超聲波清洗效果與其功率密度的關(guān)系超聲波的功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，其清洗效果越好，清洗速度越快。對(duì)表面污物很多的被清洗件，應(yīng)采用大功率密度進(jìn)行清洗。但對(duì)精密及表面光潔度高的物件的長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)洗會(huì)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(jìn)行清洗。（2）超聲波頻率與清洗效果的關(guān)系超聲波頻率越低，在液體中的空化越容易產(chǎn)生，作用也越強(qiáng)。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，方向性不顯著，遮蔽部分較容易洗刷，但對(duì)于小間隙或細(xì)孔的污物清除效果不顯著。超聲波頻率較高時(shí)，空化作用較弱，但空化產(chǎn)生的沖擊力速

9、度大，波長(zhǎng)短而有方向性，遮蔽部分清洗效果雖不理想，但對(duì)于小間隙或細(xì)孔中的污物卻可有效清除。所以，超聲波頻率要根據(jù)被清洗物來(lái)選擇，目前最常用的頻率是2050KHz。（3）清洗劑的選擇溶劑加超聲波清洗，去污力強(qiáng)，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(yè)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(yīng)用。(4)清洗溫度根據(jù)不同的清洗劑來(lái)選擇清洗溫度，一般說(shuō)水在3040C時(shí)空化效果最好。所以超聲波一般選擇常溫工業(yè)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(guò)量蒸發(fā)的情況下，適當(dāng)提高超

10、聲波清洗溫度有利于提高清洗效率。三、超聲波清洗機(jī)的構(gòu)成超聲波系統(tǒng)：(1)換能器：采用特種錯(cuò)酸鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷片組成的三明治式的振動(dòng)頭具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易發(fā)生故障的優(yōu)點(diǎn)。換能器采用特種耐高溫、耐振動(dòng)、高粘度的樹(shù)脂膠輔以特殊的方法加以固定絕不脫落，且可耐受100c150C的高溫。(2)超聲波發(fā)生器：采用"英漢"最新研制的IGBT系列超聲波發(fā)生器，電路先進(jìn)，結(jié)構(gòu)完整，輔以靈敏可靠的集成控制系統(tǒng)，保證了超聲波清洗機(jī)在各種負(fù)載下穩(wěn)定工作。發(fā)生器體積小巧，外觀新穎，操作十分簡(jiǎn)便，產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)水準(zhǔn)可與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相媲美，一經(jīng)推出便受到了同行的重視，更得到了廣大用戶的歡迎。各

11、種超聲波發(fā)生器可獨(dú)立工作，亦可多組并聯(lián)使用，以完成大規(guī)模清洗工程。維修簡(jiǎn)單，若有一組發(fā)生故障時(shí)，不影響其它各組的工作，此點(diǎn)對(duì)于生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，更為重要。各種系列的清洗機(jī)附有指示燈，指標(biāo)各單元的工作狀態(tài)。機(jī)箱內(nèi)裝有散熱風(fēng)扇施行強(qiáng)制冷風(fēng)，確保長(zhǎng)期工作的安全性。超聲波功率可調(diào)，并可數(shù)字顯示。加熱及溫度控制系統(tǒng)：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(jī)的洗滌效果。溫度自動(dòng)控制，可在適當(dāng)范圍內(nèi)隨意調(diào)整。清洗槽：清洗槽采用SU304不銹鋼經(jīng)僦弧焊焊制而成，槽體上設(shè)置有排渣檢修口、保溫隔聲層槽液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)：在該系統(tǒng)中設(shè)有過(guò)濾器，對(duì)槽液進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)濾，以維持槽液的清潔度。當(dāng)工件出槽

12、，經(jīng)過(guò)過(guò)濾的液體流經(jīng)槽體上部的噴淋環(huán)節(jié)對(duì)工件進(jìn)行一次沖洗，以便沖掉工件出槽時(shí)表面粘附的油污，以避免其對(duì)下道槽液造成污染。輸送系統(tǒng)：根據(jù)被清洗工件的形狀、體積、批量等確定超聲波清洗機(jī)的輸送方式及控制方式。典型的輸送方式有：懸鏈、網(wǎng)帶、雙鏈、步進(jìn)、電葫蘆、自行葫蘆、滾筒、轉(zhuǎn)盤(pán)、龍門(mén)架、機(jī)械手、吊籃、推盤(pán)等等。噴淋漂洗系統(tǒng)：根據(jù)被清洗工件的表面狀況，有的清洗機(jī)配備噴淋漂洗工序，將超聲波清洗和噴淋清洗有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。烘干系統(tǒng)：根據(jù)被清洗工件的狀況，有的清洗機(jī)配備烘干系統(tǒng)，烘干系統(tǒng)主要由加熱器、風(fēng)機(jī)、吹風(fēng)噴嘴等組成，溫度自動(dòng)控制。四、超聲波清洗工藝一般來(lái)說(shuō)，清洗的工藝流程依被清洗物體清洗的難易程度及清洗

13、數(shù)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(fù)荷。2 .超聲波清洗：利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化作用及振動(dòng)將工件表面的污垢剝離脫落，同時(shí)還可將油脂性的污物分解、乳化。3 .冷漂洗：利用流動(dòng)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(jìn)一步去除懸附在工件表面上的污物微粒。6 .熱風(fēng)烘干：利用一定的溫度和風(fēng)速，使零件表面快速干燥。五、超聲波清洗應(yīng)用范圍1 .汽車(chē)、摩托車(chē)：車(chē)架、車(chē)轎、底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)缸（套）、活塞環(huán)、水箱、油箱、減震器、化油器、制動(dòng)泵、油咀等零部件清洗。2 .機(jī)械：液壓件（系統(tǒng)）、軸承、齒輪、五金件、乳膠模具、其它各種金屬結(jié)構(gòu)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(guān)鍵零件、精密五金、玻璃、工藝美術(shù)制品、樹(shù)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(diào)等結(jié)構(gòu)件漆（涂、鍍）前處理