超聲波清洗原理及工藝

摘 要：超聲波清洗技術(shù)以其清洗潔凈、清洗快速，并節(jié)省大量人力、物力而得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)從超聲波的清洗原理、超聲波清洗機(jī)構(gòu)成、超聲波清洗工藝等幾個方面提供意見，以供參考。

關(guān)鍵詞：超聲波；清洗；清洗劑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.042

就目前來看，制動閥零件清潔一直都是一個難點問題，制動閥零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運行過程中，容易沾上大量的鐵碎與粘砂，清潔起來難度較高。要從本質(zhì)上解決這一問題，需要創(chuàng)新傳統(tǒng)的清潔技術(shù)，目前，超聲波清洗設(shè)備已經(jīng)開始在制動閥零件清潔中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的成效。

1 超聲波清洗原理分析

超聲波與聲波類似，均為機(jī)械振動在介質(zhì)中的傳播，只是兩者的頻率有所差異。利用超聲波清洗設(shè)備，可以借助于超聲波的作用產(chǎn)生振動，通過該種疏密相間的振動來拉伸、壓縮液體，在“疏”的位置，形成空穴，“密”的位置則會產(chǎn)生壓縮。在超聲波的振動下，清洗液內(nèi)部會頻繁拉伸、壓縮，促使微氣泡產(chǎn)生、破裂，在破裂時，周圍清洗液會進(jìn)入氣泡中心，以巨大的速度產(chǎn)生水擊。在具體運行過程中，通過肉眼是可以直接觀察到整個作用過程的，此時，如果將手指放置在清洗液中，會產(chǎn)生針刺的感覺。這就是超聲波的超聲空化現(xiàn)象。經(jīng)過一段時間的清洗之后，外表的污垢會慢慢脫落，達(dá)到清潔的目的。

2 超聲波清洗機(jī)的構(gòu)成分析

超聲波清洗機(jī)由如下幾個部分構(gòu)成：

（1）超聲波系統(tǒng)。超聲波系統(tǒng)包括換能器、超聲波發(fā)生器兩個部分組成。其中，換能器是清洗設(shè)備中的核心部件，能夠?qū)㈦姽β兽D(zhuǎn)化為機(jī)械振動，并借助于不銹鋼槽體輻射來促使清洗工作的順利完成。超聲波發(fā)生器的主要元件為超音頻IGBT電力電子器件，在系統(tǒng)的運行過程中，起著重要的輔助作用。

（2）加熱與溫度控制系統(tǒng)。加熱與溫度控制系統(tǒng)也是超聲波清洗系統(tǒng)中不可或缺的重要組成，加熱清洗劑，可以獲取滿意的洗滌效果，系統(tǒng)在運行過程中可以自動控制溫度，根據(jù)清洗設(shè)備的差異自動來調(diào)節(jié)溫度。

（3）清洗槽?，F(xiàn)行的清洗槽多由不銹鋼氬弧焊接制作而成，硬度高。

（4）槽液循環(huán)過濾系統(tǒng)。在槽液循環(huán)過濾系統(tǒng)之中，設(shè)置了過濾

器，可以實現(xiàn)動態(tài)過濾，有效提高了槽液的清潔度。

（5）輸送系統(tǒng)。在清洗前，系統(tǒng)可以根據(jù)被清洗件的體積、形狀、數(shù)量等來確定清洗控制和輸送方式。

（6）噴淋漂洗系統(tǒng)。噴淋漂洗系統(tǒng)可以根據(jù)被清洗件的實際情

況，配合相應(yīng)的漂洗工具，將噴淋清洗工藝與超聲波清洗工藝相結(jié)合，達(dá)到理想的清洗效果。

（7）烘干系統(tǒng)。烘干系統(tǒng)屬于清洗設(shè)備的輔助系統(tǒng)，主要包括風(fēng)

機(jī)、加熱器、吹風(fēng)噴嘴組成。

3 超聲波清洗工藝的應(yīng)用

為了確保超聲波清洗的質(zhì)量，必須要選擇適宜的清洗工藝，控制好功率密度、超聲波頻率、超聲波清洗時間等指標(biāo)，具體來看，需要注意幾個事項：

（1）超聲波頻率的選擇。超聲波清洗系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的就是選擇好超聲波頻率，這對最終的清洗效果起著決定性影響，頻率越低，清洗效果越好，但是在清洗過程中會產(chǎn)生較大的噪音。因此，如果沒有特殊的要求，超聲波頻率一般控制在20千赫左右，此時空化效果理想，清洗效果也非常好。

（2）功率密度的選擇。在超聲波清洗過程中，隨著功率密度的增加，清洗效果也會逐漸提高，但是如果功率密度過高，容易對清洗件造成侵蝕影響，損傷清洗件的表面，這就是我們常說的空化腐蝕。這一問題對于各類鍍層清洗件的影響非常突出。為了在保證清洗效果的同時避免對清洗件造成損傷，對于形狀復(fù)雜、油污情況嚴(yán)重、有盲孔或者深孔的被清洗件，可以適當(dāng)增加功率密度，抵消作用距離短、衰減大的問題。如果清洗液的粘度較小，可以適當(dāng)減少超聲波功率密度。

（3）清洗時間的控制。超聲波清洗時間與清洗效果有著直接關(guān)系，如果清洗時間過短，無法達(dá)到清洗要求，如果清洗時間過長，不僅影響工效，且會由于清洗的空化腐蝕作用影響了清洗件的表面質(zhì)量。

（4）清洗時間與放置方式。一般情況下，在清洗方式的選擇上，是將被清洗件直接放置在槽內(nèi)，對于外形尺寸較大的零件，多采用局部清洗法，將被清洗件部分放置在槽內(nèi)，在清洗完畢后，再將其余部分放置在槽內(nèi)，直到完全清洗完畢。

（5）清洗液的選擇。清洗液的選擇，要滿足幾個要求，對于油脂、油污、膏狀粘附物，要起到良好的溶解效果，并具備表面張力，粘度和密度，確保空化作用可以順利完成。同時，要盡可能減少超聲波在清洗液中的能量衰減，安全無毒，對環(huán)境的副作用小。

目前，常用的超聲波清洗液有金屬清洗劑清洗液、堿性清洗液、混合烴類有機(jī)溶劑、鹵代烴類有機(jī)溶劑等，其中，鹵代烴類有機(jī)溶劑對油污的溶解效用更高，振蕩程度高，更加適宜應(yīng)用在超聲波清洗領(lǐng)域之中。在具體的清洗流程上，可以分為洗滌、漂洗、脫水、干燥四個流程，洗滌是利用有機(jī)溶劑的溶解達(dá)到去污作用，再借助清洗劑的濕潤、滲透以及乳化來完成去污；漂洗則是通過清水的作用將洗滌劑脫離于清洗工件表面；在漂洗之后，清洗物中有大量水分，需要采用脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理；最后，利用風(fēng)速、溫度讓清洗件表面可以快速干燥，達(dá)到清洗效果。

4 小結(jié)

超聲波清洗具有清洗凈度高、速度快和清洗均勻等特點。廣泛應(yīng)用于精密零件裝配、成型和加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。普遍要求既能夠均勻的清洗掉塵?；蝾w粒附著物、機(jī)油、水點等污物又不能對被清洗工件產(chǎn)生損傷。由于能夠穿透細(xì)微的縫隙和小孔， 所以能清洗復(fù)雜形狀的零件， 超聲波清洗也被廣泛應(yīng)用于閥類零件。超聲波清洗是現(xiàn)代工藝最有效和不可缺少的清洗手段，超聲波清洗技術(shù)將被更加普遍的應(yīng)用在生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。

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作者簡介：李偉烈（1988-），男，湖南湘潭人，助理工程師，研究方向：制動系統(tǒng)工藝。