超聲波清洗在滲陶前處理工藝中的應(yīng)用

陳立剛 上海鐵路局上鐵機(jī)務(wù)公司

方 杰 上海鐵路局安徽鐵道發(fā)展集團(tuán)

1 前言

“復(fù)合陶瓷薄膜強(qiáng)化金屬表面技術(shù)”目前已廣泛應(yīng)用機(jī)車柴油機(jī)摩擦副工件的表面處理，該技術(shù)能顯著提高金屬表面硬度、增強(qiáng)儲(chǔ)油性、降低摩擦系數(shù)。在利用低溫等離子化學(xué)氣相沉積工藝（PCVD）進(jìn)行滲陶處理前必須對(duì)工件進(jìn)行除油清洗干燥，一般都用油類溶劑人工清洗作業(yè)，存在清洗成本高、消防安全壓力大、作業(yè)效率低等諸多缺點(diǎn)。在滲陶工藝優(yōu)化中，我們將超聲波清洗技術(shù)引進(jìn)到對(duì)工件清洗干燥作業(yè)過程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化除油作業(yè)。

2 技術(shù)方案

2.1 超聲波清洗技術(shù)

超聲波清洗技術(shù)，具有省力、高效和污染少等顯著優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)達(dá)工業(yè)國家已得到了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)近年來超聲波清洗技術(shù)也得到迅速地推廣。其原理是利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高于20 kHz的超音頻電能，通過換能器轉(zhuǎn)換成同頻率機(jī)械振動(dòng)傳入清洗介質(zhì)，超聲波疏密相間地向前傳導(dǎo)，產(chǎn)生無數(shù)的微小氣泡，這些氣泡是在超聲波縱向傳播形成“空化效應(yīng)”。在空化效應(yīng)中氣泡破裂后產(chǎn)生超過10000個(gè)大氣壓的瞬時(shí)高壓，連續(xù)不斷產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓就象一連串小爆炸不斷地轟擊物體表面，使物體表面污垢迅速脫落，從而達(dá)到顯著的清洗效果，并且這種效果可隨液體到達(dá)被清洗物體的所有表面，這是手工洗刷、機(jī)械擦拭等常規(guī)手段所無法達(dá)到的。與傳統(tǒng)清洗方式相比，超聲波清洗因其具有環(huán)保、節(jié)水、高效、低成本、低腐蝕等特征，具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。

超聲波清洗技術(shù)在初期由于設(shè)備造價(jià)昂貴，主要應(yīng)用于鏡片加工、電子元件、金屬精密件的清洗，近年來隨著技術(shù)升級(jí)設(shè)備性能完善，逐步替代傳統(tǒng)的機(jī)械清洗和化學(xué)清洗，進(jìn)入整機(jī)裝配、機(jī)械大部件的清洗領(lǐng)域，在鐵路機(jī)車檢修行業(yè)應(yīng)用也不斷擴(kuò)大。

2.2 清洗流程

影響超聲波清洗效果的主要因素有超聲波的頻率、功率、清洗時(shí)間和溫度，理論上超聲波的頻率越高功率越大，清洗除污能力越強(qiáng)，但同時(shí)超聲波對(duì)工件的表面物理傷害和腐蝕強(qiáng)度也在增加，因此，在設(shè)計(jì)超聲波清洗工藝時(shí)，需要根據(jù)清洗對(duì)象材料性能，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的清洗流程。

合肥金陶公司滲陶加工前處理工藝主要是去除滲陶母體表面的防銹油涂層，油污程度不是很多；滲陶母體材料主要為金屬合金鑄件，除油后在水中很容易上銹。根據(jù)這些特點(diǎn)，我們在超聲波清洗水介質(zhì)中添加適量的金屬防銹劑，清洗后增加及時(shí)烘干步驟。超聲波清洗工藝主要過程如圖1。

圖1 清洗工藝流程圖

整個(gè)清洗工藝以自來水為清洗介質(zhì)，設(shè)計(jì)兩遍超聲波清洗，便于油污的及時(shí)去除和漂洗，根據(jù)需要在水槽中可適量添加化學(xué)清洗劑，浸泡槽主要起防銹處理減低工件表面電解質(zhì)，最后經(jīng)熱風(fēng)烘干后可直接進(jìn)入滲陶加工爐。

2.3 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)金陶公司滲陶加工線的工作量和工件外形尺寸，超聲波清洗設(shè)備設(shè)計(jì)為四槽串聯(lián)清洗工作線，以受可編程邏輯控制器（PLC）指揮的單臂小車操作清洗籃在清洗槽間移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化清洗作業(yè)。本設(shè)備外觀結(jié)構(gòu)美觀大方，自動(dòng)化程度高，清洗效率高，適合大批量連續(xù)清洗生產(chǎn)。清洗設(shè)備外觀如圖2。設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表1。

圖2 清洗設(shè)備外觀圖

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)圖

3 應(yīng)用效果

本套超聲波自動(dòng)清洗線自2012年6月投入金陶公司滲陶加工線使用，已完全取代以前的人工溶劑清洗作業(yè)，與以前的清洗方式相比具有明顯優(yōu)勢。

（1）用自來水替換易燃溶劑油為清洗介質(zhì)，大大減輕了消防壓力，清洗間也一級(jí)防火防爆區(qū)域降為一般防火區(qū)域，以前每月500 kg的優(yōu)質(zhì)汽油自然取消，節(jié)約了清洗費(fèi)用。

（2）實(shí)現(xiàn)了工件除油自動(dòng)化作業(yè)，工人的作業(yè)強(qiáng)度大為降低，以機(jī)械化連續(xù)作業(yè)清洗效率極大改善，以前滲陶工件必須提前一個(gè)工作日清洗烘干，現(xiàn)在清洗滲陶可在一個(gè)班次中完成。同時(shí)清洗過程無人體接觸，減少了化學(xué)藥劑對(duì)人體的傷害。

（3）作為清洗介質(zhì)的自來水可以循環(huán)利用，減輕污染排放的壓力，避免了以前清洗廢汽油二次處理的難題。

（4）與傳統(tǒng)清洗方式相比，對(duì)盲孔和各種幾何狀物體，超聲波清洗具有絕對(duì)優(yōu)勢，可以對(duì)人工或機(jī)械接觸不到的地方進(jìn)行深度除污。

（5）經(jīng)過多次現(xiàn)場對(duì)比檢驗(yàn)，改為超聲波清洗后對(duì)金屬工件的滲陶加工效果沒有負(fù)面影響。

4 結(jié)束語

以二次超聲波清洗為核心而設(shè)計(jì)的金屬工件除油清洗線在合肥金陶公司應(yīng)用取得了良好的效果，替代工件滲陶前的除油清污人工作業(yè)，在清洗效率和安全生產(chǎn)方面都帶來了極大的改善。鐵路機(jī)車車輛檢修中涉及除油清污作業(yè)的要求很多，本次設(shè)計(jì)的超聲波清洗工藝在機(jī)車車輛大部件清潔作業(yè)中具有推廣意義。