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超声波清洗效果的主要影响因素

发表日期:2015-08-18??? [0人阅读]

超声波频率、声波功率密度、清洗液性质和温度以及零件在声场的位置等基本因素对超声波清洗的作用有很大的影响。

(1)超声波频率

超声波频率决定空化泡破裂产生冲击波的强度。超声波清洗的频率一般在20~100kHz之间。对于表面粗糙度要求较高,只有小直径孔或狭缝的零件,宜用波长较短、能量集中的高频超声波清洗(一般40kHz)较好。但高频超声振动在清洗液中衰减较大,作用距离较短,空化强度也较弱,清洗效率较低,而且由于高频的方向性而产生的“阴影”区,使零件某些部位清洗不到。在使用无频率跟踪的超声波清洗装置时,需要经常调节发生器的频率旋钮,使其输出信号的频率与换能器的固有振动频率保持一致。此时空化最强,在透明的清洗液中可以看到白色聚流,用手试探时有针刺感。在使用水或水洗剂时由于空化作用引起的物理清洗力对低频有利,一般用15~30kHz的超声波。对于钟表零件清洗时用40kHz的频率较好。当然在进行半导体制造工艺的硅片清洗时,则可以选用兆赫级超声清洗设备。

(2)超声波的功率密度

声波功率密度对超声波清洗效率影响很大。使用超声清洗的主要参数就是功率,或更确切地说,是清洗池内被清洗件表面处的功率密度的大小,它直接影响到超声声强的大小。声强大小又是直接影响空化效果的因素。

超声清洗效果不一定完全与功率 X 清洗时间成正比。可以想象,有时用小功率的清洗机,花费很长时间也不会有特别明显的效果。如果功率达到一定值,则可以很快将污垢去除。功率过大,空化强度将大大增加,清洗效果提高了,但会使较精密的零件产生蚀点,得不偿失,而且清洗缸底部振动处空化严重,很容易受到水点腐蚀,减少超声清洗机的寿命。太高的声强会造成空化泡过多,形成声波屏障,使声波不容易传播到整个液体空间。在远离声源的地方,声波强度会减弱很快,不能形成有效的清洗。赶声波的功率密度越高,空穴作用越强,其清洗效果越好,对表面污垢严重、形状复杂、有深孔盲孔的零件,应选用较大的功率密度。但是,功率密度太大,长时间的强洗会由于空穴作用发生腐蚀。频率20~50kHz,超声能量密度2-3W/cm2最好;而使用溶剂时,能量密度1~2W/cm2。一般情况下,超声波的功率密度设在0.5~1W/cm2

超声波空化效应示意图

空化效应示意图

(3)清洗温度

清洗温度的升高对空化作用有利,对于超声波来说,其空穴作用在30~40℃时最强。但温度升高,会使空化泡冲击力下降,清洗液中产生的气泡会折断声波,使超声波减弱。因此,必须保持一定的温度范围(清洗液一般在45℃左右,三氯乙烯为75℃,水为60℃左右)。对于易蒸发和易燃的清洗液,温度不宜太高。如对于油脂类的脏污,使用水基威尼斯时在较高的温度下清洗效果好,一般场合液温设在50~60℃。各种不同的清洗液,空化强度随温度有一个最人值,在表3-39中表明了相同超声强度和超声频率下,相同时间内铝在不同液体中温度与腐蚀量的关系。

(4)零件的位置

零件表面接近并面向发生器时,清洗质量最好。一般都把零件放在金属网内,故应采用带有聚焦系统的发生器。被清洗零件不能直接压在超声振动的辐射面上。应将重点清洗部位对准超声源,被洗下的污物应能顺利地排出零件,以便于清洗液在清洗槽内对流。一般来说,清洗液液面至少应该高于振动表面100mm以上。例如在300W,24kHz的超声清洗机内的清洗液液面约高12mm;在600W,24kHz的超声清洗机内的清洗液液面约高150mm。由于单频清洗机受驻波场的影响,波节处振幅很小,波峰处振幅大造成清洗不均匀。因此一般最佳清洗物放置应该在波峰处。或者附加其他手段使物品上下移动,均匀清洗。当选用了多频和调频清洗后,效果也要好一些。

表3-39 铝在不同液体中的空化腐蚀量/mg

介质 温度
-10℃ 0℃ 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 60℃ 80℃ 90℃
    0.8 2.0 3.7 5.3 5.8 2.6 0.5
煤油 0.9 1.8 2.9 3.7 3.7 3.2 2.0 1.1  
0.2 1.0 1.3 0.9 0.6 0.4      
酒精 0.1 0.4 0.9 0.9 0.8 0.6 0.4    
丙酮 0.4 1.0 0.8 0.4 0.3 0.2      

(5)其他因素

清洗大量污垢的零件一般采用浸泡、喷射的方法进行预洗。在清洗了大部分污垢之后,再用超声清洗余下的污垢,则效果更好。清洗小物品及形状复杂的物品时,如果采用清洗网或者使清洗物旋转,一边振动一边用超声辐射,就能取得均匀清洗的良好效果。

总之,超声波清洗机的功率大小,清洗缸内的功率密度的设计,换能器频率及功率的选择及换能器在清洗缸中摆放的位置(底部、侧面、上部等),清洗液的选择及清洗温度等因素影响着清洗的效果,使用者应更多地听取权威生产厂家的引导,以取得最佳的使用效果。

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