超声波清洗设备主要有发生器、换能器和清洗槽三部分组成。发生器即电源,产生电磁振荡信号并提供能量;换能器即振板,是超声清洗的关键部分,它把发生器产生的电磁振动转换成换能器本身的超声振动,并传入清洗槽中产生真空空穴(以下简称空化)作用,通常置于槽底部;清洗槽用来容纳清洗液及待清洗的工件。
超声波清洗的原理
超声波清洗的频率一般为30kHz左右。超声波清洗主要利用超声波在液体中产生空化作用,将工件表面油污及氧化皮迅速剥离,达到清洗的目的。当超声波辐射到液体上时,反复交替地产生瞬间负压力,在振动产生负压的半周期内,液体中产生空化,即液体的蒸气(水蒸气、溶剂除油时产生的溶剂蒸气)或溶解于溶液中的气体进入空穴中,形成大量非稳态的微气泡和空泡(直径约50～500μm),接着,在正压力的半周期,这些气泡与瞬间产生压强高达几百乃至几千MPa的微激波,因剧烈碰撞导致破裂,使气泡周围产生上百MPa气压,对溶液产生强烈的搅拌作用,并形成冲刷工件表面污物的冲击力,使零件深凹和孔隙处的污物除去,从而加速清洗过程。
超声波清洗的特点
(1)超声波可应用于溶剂除油、化学除油、电化学除油和酸洗等场合,达到除油、除锈、除膜效果。
(2)超声波特别适用于快速、连续酸洗工艺,如线材(铁丝)连续镀锌前处理中酸洗等。
(3)超声波不仅适用于钢铁件,还适用于铝合金件的表面清洗。
(4)超声波清洗液的浓度和温度都相应比较低,清洗时间也较短。
(5)超声波清洗效率高、速度快,尤其能保证基体金属免受腐蚀,并防止阴极电解除油造成的渗氢。
影响超声波清洗效果的因素
液体
超声波清洗所用液体的浓度不宜过高,否则会阻碍超声波的传播,影响清洗效果。使用比一般除油液浓度更低的溶液,效果更好。但并不是简单地把原溶液直接稀释使用,应该合理选择组分和配比。
温度
如只用水清洗,约在50°C时,水洗能力强,温度过高,则因水中产生大量气泡阻碍超声波的传播,以致降低清洗效果。除油液清洗也有类似现象。因此,必须根据溶液组分,控制温度在[敏感词]范围。
悬浮物
超声波对于悬浮于溶液中的粒子具有振动和凝集的作用,该作用虽然能提高清洗能力,但也有再次沾污表面而影响清洗效果。因此,必须对槽液定期过滤,除去油脂、固态污物,有条件[敏感词]设置连续过滤装置。
金属杂质
特别是对于酸洗液中的氧化皮或金属溶解物的积累,使超声波辐射效果下降,影响清洗质量。因此,对酸洗液应经常更新。
网筐
对于小零件,采用网筐孔径应适度,如果网的孔径或多孔板筐的孔径过小,则减弱超声波强度,降低清洗效果。如果孔径过大,工件易漏失。因此,[敏感词]在网筐底部设置一无孔的金属薄板(约0.5～1mm),超声波能穿透该薄板来清洗网筐中的工件。
工件
由于超声波是直线传播的,如果工件是静置的,超声波对零件深凹、盲孔处及背面部位往往波及不到,即无法清洗干净或清洗不均匀。所以应将工件在槽内旋转,以便各部位都能得到超声波的辐射,从而达到理想的效果。
频率
应合理选择超声波振荡频率和强度等技术参数,一般对形状复杂的小零件应使用高频率低振辐的超声波;较大工件则使用低频率的超声波。如果超声波频率和强度不足,对溶液就不能形成气泡,工件表面污物得不到冲击而清洗无效。
综上所述,超声波因其频率高、方向性强、穿透力强,在液体中产生空化现象等特点,强化清洗过程,特别是对形状复杂、有细孔、盲孔、窄缝以及表面前处理要求高的制品更为合适、有效。
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