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超聲波清洗效果的主要影響因素

發表日期:2015-08-18??? [0人閱讀]

超聲波頻率、聲波功率密度、清洗液性質和溫度以及零件在聲場的位置等基本因素對超聲波清洗的作用有很大的影響。

(1)超聲波頻率

超聲波頻率決定空化泡破裂產生沖擊波的強度。超聲波清洗的頻率一般在20~100kHz之間。對于表面粗糙度要求較高,只有小直徑孔或狹縫的零件,宜用波長較短、能量集中的高頻超聲波清洗(一般40kHz)較好。但高頻超聲振動在清洗液中衰減較大,作用距離較短,空化強度也較弱,清洗效率較低,而且由于高頻的方向性而產生的“陰影”區,使零件某些部位清洗不到。在使用無頻率跟蹤的超聲波清洗裝置時,需要經常調節發生器的頻率旋鈕,使其輸出信號的頻率與換能器的固有振動頻率保持一致。此時空化最強,在透明的清洗液中可以看到白色聚流,用手試探時有針刺感。在使用水或水洗劑時由于空化作用引起的物理清洗力對低頻有利,一般用15~30kHz的超聲波。對于鐘表零件清洗時用40kHz的頻率較好。當然在進行半導體制造工藝的硅片清洗時,則可以選用兆赫級超聲清洗設備。

(2)超聲波的功率密度

聲波功率密度對超聲波清洗效率影響很大。使用超聲清洗的主要參數就是功率,或更確切地說,是清洗池內被清洗件表面處的功率密度的大小,它直接影響到超聲聲強的大小。聲強大小又是直接影響空化效果的因素。

超聲清洗效果不一定完全與功率 X 清洗時間成正比??梢韵胂?,有時用小功率的清洗機,花費很長時間也不會有特別明顯的效果。如果功率達到一定值,則可以很快將污垢去除。功率過大,空化強度將大大增加,清洗效果提高了,但會使較精密的零件產生蝕點,得不償失,而且清洗缸底部振動處空化嚴重,很容易受到水點腐蝕,減少超聲清洗機的壽命。太高的聲強會造成空化泡過多,形成聲波屏障,使聲波不容易傳播到整個液體空間。在遠離聲源的地方,聲波強度會減弱很快,不能形成有效的清洗。趕聲波的功率密度越高,空穴作用越強,其清洗效果越好,對表面污垢嚴重、形狀復雜、有深孔盲孔的零件,應選用較大的功率密度。但是,功率密度太大,長時間的強洗會由于空穴作用發生腐蝕。頻率20~50kHz,超聲能量密度2-3W/cm2最好;而使用溶劑時,能量密度1~2W/cm2。一般情況下,超聲波的功率密度設在0.5~1W/cm2。

超聲波空化效應示意圖

空化效應示意圖

(3)清洗溫度

清洗溫度的升高對空化作用有利,對于超聲波來說,其空穴作用在30~40℃時最強。但溫度升高,會使空化泡沖擊力下降,清洗液中產生的氣泡會折斷聲波,使超聲波減弱。因此,必須保持一定的溫度范圍(清洗液一般在45℃左右,三氯乙烯為75℃,水為60℃左右)。對于易蒸發和易燃的清洗液,溫度不宜太高。如對于油脂類的臟污,使用水基清洗劑時在較高的溫度下清洗效果好,一般場合液溫設在50~60℃。各種不同的清洗液,空化強度隨溫度有一個最人值,在表3-39中表明了相同超聲強度和超聲頻率下,相同時間內鋁在不同液體中溫度與腐蝕量的關系。

(4)零件的位置

零件表面接近并面向發生器時,清洗質量最好。一般都把零件放在金屬網內,故應采用帶有聚焦系統的發生器。被清洗零件不能直接壓在超聲振動的輻射面上。應將重點清洗部位對準超聲源,被洗下的污物應能順利地排出零件,以便于清洗液在清洗槽內對流。一般來說,清洗液液面至少應該高于振動表面100mm以上。例如在300W,24kHz的超聲清洗機內的清洗液液面約高12mm;在600W,24kHz的超聲清洗機內的清洗液液面約高150mm。由于單頻清洗機受駐波場的影響,波節處振幅很小,波峰處振幅大造成清洗不均勻。因此一般最佳清洗物放置應該在波峰處?;蛘吒郊悠渌侄问刮锲飞舷乱苿?,均勻清洗。當選用了多頻和調頻清洗后,效果也要好一些。

表3-39 鋁在不同液體中的空化腐蝕量/mg

介質 溫度
-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、噴射的方法進行預洗。在清洗了大部分污垢之后,再用超聲清洗余下的污垢,則效果更好。清洗小物品及形狀復雜的物品時,如果采用清洗網或者使清洗物旋轉,一邊振動一邊用超聲輻射,就能取得均勻清洗的良好效果。

總之,超聲波清洗機的功率大小,清洗缸內的功率密度的設計,換能器頻率及功率的選擇及換能器在清洗缸中擺放的位置(底部、側面、上部等),清洗液的選擇及清洗溫度等因素影響著清洗的效果,使用者應更多地聽取權威生產廠家的指導,以取得最佳的使用效果。

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