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    超聲波清洗原理以及清洗工藝

    超聲波清潔是將超聲波的振蕩能量傳到達清潔液中,運用兩者的歸納作用,來鏟除被清潔件上的塵垢。 
      超聲波清潔在工業上運用對比廣泛,shou要用于對零、部件清潔請求對比嚴厲的場合,如零件在精加工進程中的清潔、安裝前的清潔、幾許形狀雜亂(多孔、深孔、彎孔、盲孔、微孔)的孔類零件的清潔,以及塵垢粘附較牢的中小型零件的清潔。 
      超聲波清潔除了能鏟除零、部件外表的油污外,關于零件外表殘留的研磨膏、拋光膏等膏狀塵垢也有杰出的清潔作用。此外,還可用來鏟除零件外表輕度的銹蝕層或氧化層。超聲波清潔關于鏟除積碳作用極好(需選用專門制造的清潔液),并已有較老練的運用經驗。   在內燃機車制造及修補有些,已將超聲波清潔運用于一些中、小型零件和精細偶件的清潔,如缸蓋、滾動軸承、齒輪、閥類零件、泵類零件、各種濾清元件、短軸、高壓油泵柱塞副、噴油器針閥副、高壓油泵出油閥副等的清潔。   在G外,已選用大功率的超聲波清潔設備,來清潔柴油機機體及機車上的大型零、部件。中G有的柴油機修補工廠也開始選用大功率的超聲波清潔機來清潔待修補的柴油機機體(缸徑為150~230毫米),并獲得了抱負的清潔作用。 
      選用超聲波清潔,技術簡略,操作簡潔,勞動強度低,清潔質量好,清潔功率高,并且易于完成零、部件清潔自動化,因而是一種很有發展前途的清潔辦法。   一、超聲波清潔原理 
      超聲波在本質上和聲波是一樣的,都是機械振蕩在彈性介質中的傳達進程,超聲波和聲波的差異僅在于頻率規模的不一樣。   聲波是指人耳能聽到的聲響,通常以為聲波的頻率在20~20000赫規模內,而振蕩頻率超越20千赫以上的聲波則稱為超聲波。超聲波中振蕩頻率在100千赫以下的稱為低頻超聲波;振蕩頻率在100千赫以上到數十兆赫的稱為高頻超聲波。用于清潔的超聲波所選用的頻率為20~400千赫,歸于低頻及高頻超聲波的規模。 
      超聲波清潔時,在超聲波的作用下,機械振蕩傳到清潔槽內的清潔液中,使清潔液體內替換出現疏密相間的振蕩,液體不斷遭到拉伸和緊縮。疏的當地遭到拉伸,構成微氣泡(空穴);密的當地遭到緊縮。由于清潔液內部受超聲波的振蕩而頻頻地拉伸和緊縮,其成果使微氣泡不斷地發作和不斷地決裂。微氣泡決裂時,周圍的清潔液以無窮的速度從各個方向伸向氣泡的基地,發作水擊。這種景象能夠經過肉眼直接觀察到,即在清潔液中能夠看到有劇烈活動的氣泡,并且清潔液上下對流。此刻若將手指浸入清潔液中,則有激烈針刺的感受。上述這種景象稱為超聲空化作用。 
      在超聲空化作用必定時刻后,被清潔件上的塵垢逐步墜落(當然也有清潔液自身的作用在內),這即是超聲波清潔的基本原理。   較長時刻的超聲空化作用,會使被清潔件外表的基體金屬有必定程度的掉落,這稱為空化的浸蝕作用。 
      超聲沖擊波能在液體中發作微沖流,具有拌和作用。在不相溶的兩相液體中,微沖流能促進兩液相面加快彼此渙散,具有乳化作用。 
      超聲空化的發作是依附于空化核進行的,而被清潔件外表的縫隙正好是空化核的基地。   總之,超聲波清潔是超聲空化作用、浸蝕作用、拌和作用、乳化作用及空化核作用的歸納表現。其間空化作用在超聲波清潔中是起shou要作用的,它能損壞塵垢微粒在被清潔件外表的粘附狀況。再加上微沖流的作用,使清潔液發作振蕩和拌和,將塵垢從被清潔件外表鏟除潔凈。而乳化作用則使清潔下來的油污很快地渙散、乳化在清潔液中。   應當指出,超聲波清潔進程中,除了超聲波的上述作用外,還有所選用的清潔液的滋潤、滲透、乳化、渙散及溶解等作用,其成果必然大大加快清潔進程,進步清潔作用。   二、超聲波清潔設備 
      超聲波清潔設備shou要由超聲波發作器及清潔槽兩大有些構成。在被清潔件批量較大的情況下,還附有清潔液循環設備;有時為了完成清潔進程自動化,還附有被清潔件傳送設備。   通常情況下,超聲波發作器和清潔槽是兩個構造上彼此獨立的設備,它們之間僅用一根電纜線銜接起來,以傳送電功率。但也有的超聲波清潔設備是將發作器與清潔槽組合為一體的。 
      超聲波發作器是發作超聲頻電信號的功率源。常用的超聲波發作器從構造上分為:電子管式、晶體管式、可控硅管式和高頻電機式四種。其間可控硅管式超聲波發作器體積小、功率高、操作簡潔。CFS-3型超聲波發作器就歸于這種類型。   超聲波發作器的外部構造為一箱體,內裝有各種電氣元件。為了確保這些電氣元件的正常作業,在功率較大的超聲波發作器內還裝有冷卻電扇。發作器外部設有操控臺,操控臺上設有電源開關、高壓開關、功率調理旋鈕、頻率調理旋鈕以及顯現陰極電流和屏極電壓的電流、電壓表??煽毓韫苁匠暡òl作器無頻率調理旋鈕。   超聲波清潔槽由不銹鋼槽體、換能器及支架等構成。   換能器是超聲波清潔設備中的shou要部件,換能器的功用是將超聲波發作器運送過來的電功率變換成超聲波的機械振蕩,然后經過不銹鋼槽體的輻射,來促進清潔液也發作超聲波的機械振蕩。 #p#分頁標題#e#
      常用的換能器有磁致彈性型及壓電型兩種。磁致彈性型換能器用鐵、鎳、鉆等鐵磁性資料或其合金制成,運用其磁致彈性效應在高頻電流所構成的磁場中發作超聲波的機械振蕩。壓電型換能器是用壓電晶體資料(如鋯欽酸鉛、鈦酸鋇等)制成,運用其壓電效應,將電能變換為超聲波的機械振蕩。 
      磁致彈性型換能器激起的超聲機械振蕩屬低頻(頻率為20~60千赫),適用于較大型零、部件的超聲波清潔。壓電型換能器激起的超聲機械振蕩屬高頻(頻率為100千赫~1兆赫),適用于小型零件及形狀雜亂零件的清潔。     為了獲得較高的變換功率,換能器應盡也許地作業在其固有頻率上。由于只有當外加電壓的頻率與換能器的固有頻率持平或附近時,就會發作共振景象,此刻輸出的超聲波有**大的振幅值,方能得到**大的輸出功率。 
      壓電型換能器的換能功率要較磁致彈性型換能器為高,并且構造簡略,超聲波散布均勻,因而被廣泛選用。從構造上看,壓電型換能器是在兩種不一樣密度的資料——鐵塊和鋁塊——之間放置二片鋯鈦酸鉛壓電晶體,然后用螺栓將其夾緊銜接而成。   通常情況下,在一個清潔槽上通常均勻散布地粘結有若干個換能器,其數量視超聲波發作器的輸出功率巨細而定。同一組各個換能器的阻抗應持平或附近,以便使各個換能器上載荷均衡。一起還請求各個換能器的作業頻率共同(頻率差應在士0.1%規模內),這么方能使各個換能器均有較高的變換功率。為此,同一臺設備的換能器有必要按阻抗及作業頻率進行選配,選配好的換能器用E-1膠粘結在清潔槽體槽外底部。換能器與清潔槽體的粘結技術及E-1膠的配方附于本節末。 
      為了能滿意超聲波清潔大型零件的需求,還有一種能夠浸沒在清潔液中作業的所謂浸沒式換能器。浸沒式換能器外面有密封的殼體,運用時,能夠根據大型工件的形狀,將換能器自在放置于清潔槽內,以到達用較小功率的換能器,來清潔較大工件的意圖。 
      清潔槽體用不銹鋼板焊制而成,具有耐腐蝕、耐疲勞、聲導功能好、強度高、重量輕等特色。槽體選用不銹鋼資料是由于清潔槽內也許運用各種酸、堿清潔液,并且超聲波的能量在超聲空化區域內非常會集,對槽體資料的強度請求較高。中、小型清潔槽的槽壁厚度通常為1~2毫米,大型清潔槽的槽壁厚度則為3~4毫米。清潔槽底請求光整滑潤,經過槽底進出管道的銜接要緊固,避免漏泄和清潔時發作振蕩噪音。   通常場合下,一臺超聲波發作器裝備一臺清潔槽,可是一臺大功率的超聲波發作器也能夠一起裝備幾臺功率較小的清潔槽,只需它們之間功率能匹配持平即可。   在清潔大型零件或運用大型清潔槽時,除了選用大功率的超聲波發作器外,還常常將幾臺中小功率的超聲波發作器組合運用。如用三臺功率各為2千瓦的超聲波發作器組合起來清潔磨床的花鍵軸即為一例。 
      為了使超聲波清潔設備的作業狀況**好,其發作器的輸出阻抗與換能器的總的動態阻抗應相共同,發作器與換能器的作業頻率也應相共同。這么,在額外工況下,超聲波發作器經過換能器變換出來的聲功率**大。   
    三、超聲波清潔技術剖析 
      超聲波的清潔作用取決于超聲波清潔技術的準確選用。為此,對一些技術參數(如超聲波頻率、超聲波功率密度、超聲波清潔時刻)、被清潔件的放置、對清潔液的請求及其配方等作一扼要剖析。   (一)超聲波頻率   在超聲波清潔中,shou先要準確選用超聲波的頻率。超聲波頻率是起決定性作用的技術參數,由于它對空化作用有直接的影響。超聲波頻率越低,超聲空化作用越強,清潔作用也對比抱負,但噪音較大。故通常選用的超聲波頻率為20千赫擺布,此刻的空化作用強,清潔作用也對比好。 
      關于外表光潔度較高的零件以及具有較小直徑的孔類零件,宜選用波長較短、能量較會集的高頻超聲波清潔。但高頻的超聲振蕩在清潔液中衰減較大、作用間隔較短、空化強度較弱,因而清潔功率也較低。此外,還由于高頻超聲波的方向性所發作的“暗影”,會形成被清潔件的某些部位清潔不到的景象。 
      在運用無頻率盯梢的超聲波清潔機時,需常常調理超聲波發作器的“頻率調理”旋鈕,以便使其輸出信號的頻率與換能器的固有頻率始終保持共同,然后到達空化作用**強、清潔作用**好的意圖。 
      (二)超聲波功率密度   超聲波清潔中,清潔作用是跟著超聲波功率密度添加而進步的。但過高的功率密度會由于空化作用過份激烈而致使被清潔件外表的浸蝕(即所謂空化腐蝕),然后使被清潔件外表遭到損傷。這種景象特別對工件上的各種鍍層以及鋁合金件更為杰出。為此,關于油污程度嚴峻、形狀雜亂、有深孔和盲孔的被清潔件,以及在清潔槽較深、清潔液粘度較大時,可選用較大的功率密度。高頻超聲波清潔時,功率密度也能夠選大一些,以抵消其衰減大、作用間隔短的缺點。若在粘度較小的清潔液中進行漂洗時,則超聲波功率密度能夠選小一些。   (三)清潔時刻 #p#分頁標題#e#
      超聲波清潔的作用和質量與超聲波清潔的時刻有關。清潔時刻太短會達不到清潔的質量請求;但清潔時刻過長,不只下降工效,并且由于超聲波對被清潔件外表的空化腐蝕作用而影響了零件的外表質量。 
      油污程度嚴峻、形狀雜亂的零件清潔時刻宜略長一些;具有各種鍍層的零件、鋁及鋁合金件的清潔時刻應短些;外表光潔度較高的零件,通常情況下油污會相對少一些,此刻清潔時刻也不宜過長。 
      關于不一樣件的詳細清潔時刻應經過試洗斷定之。   (四)被清潔件的放置及清潔辦法常用的超聲波清潔辦法是將被清潔件放在清潔槽內清潔液中進行清潔,這shou要適用于通常中、小型零件。關于外形尺寸較大的大型零件,可選用局部清潔辦法。即將被清潔件有些浸入清潔液中進行清潔,待清潔結束后再將沒有清潔的部位浸入清潔液中持續清潔,順次直**徹底洗遍。關于能在清潔槽中放下的大型零件(如曲軸),則可選用浸沒式換能器進行超聲波清潔。 
      關于油污程度嚴峻的零件,可先加熱浸洗或沖刷,然后再選用超聲波清潔。這么能夠進步清潔功率和下降清潔本錢。 
      關于幾許形狀對比雜亂(如有巨細不等的孔穴、凹角等)的零件,則可選用多種頻率的超聲波清潔,即分別在幾種不一樣的超聲波頻率下進行清潔。 
      關于請求嚴厲的工件,可選用幾種不一樣配方的清潔液,分槽順次進行超聲波清潔。若運用水溶性清潔液(如堿性清潔液和金屬清潔劑清潔液)進行清潔,則**終運用熱水對工件進行漂洗。 
      在同一清潔槽內,超聲波的空化強度并不是均勻持平的。就清潔槽的垂直方向而言,分為空化激烈區和不激烈區??栈ち覅^與不激烈區相間,超聲波清潔時,應將被清潔件置于空化激烈區內,以便獲得較好的清潔作用。若工件較大,則可在清潔時使工件作緩慢的移動??栈ち覅^內,越挨近超聲源,空化強度越高。為此,超聲波清潔時,應使被清潔件盡也許地挨近超聲源。若被清潔件離開超聲源太遠,則超聲波的有些能量將被清潔液所吸收。   關于那些精度較高的零件,在超聲波清潔進程中,為了使它們互相不**彼此碰擊而損壞工件的外表精度,應制備一些形狀簡略的掛具放在清潔槽內,以吊掛各種被清潔件。這么做還可避免工件直接壓放在清潔槽底的輻射面上。 
      關于小型零件,超聲波清潔時,應將它們會集于清潔筐內,然后放入清潔槽中。清潔筐的網眼應盡也許大些(以零件不**于墜落為限),由于清潔筐的網眼越小,超聲波能量的衰減越大。 
      超聲波清潔進程中,能夠將吊掛的被清潔件在清潔槽內來回移動,這么能夠使工件能常常經過空化區域,一起也加強了清潔液的攪動,有利于進步清潔功率。   被清潔件在清潔槽內的安放方位應盡也許地挨近槽底輻射面,但jue不能直接擱放在槽底輻射面上。這是由于清潔槽底的超聲波輻射面受壓今后,不光會直接影響超聲波的機械振蕩,下降清潔作用;并且由于換能器是一直處于作業狀況下,而超聲波能量卻發出不出去,**終會致使換能器從清潔槽底部墜落和換能器中的壓電晶體資料的破損。   在清潔槽內放置工件時,應將被清潔件的重點清潔部位對準超聲源。一起還應思考到清潔時要使被鏟除下來的塵垢能順利地從被清潔件內排出,如清潔噴油器時,應將噴油器的噴油孔一端朝上,大孔朝下。 
      關于被清潔件上的盲孔的清潔,應先在盲孔內注滿清潔液,然后將盲孔朝下對準超聲源。在清潔進程中,有必要使盲孔內的清潔液始終保持充溢狀況,這么方能獲得清潔作用。   應當指出,有一些零件在清潔前應先進行退磁處理,不然清潔件內殘存的鐵屑不易在清潔中鏟除潔凈。 
      (五)對清潔液的請求 
      由于超聲波清潔的特色,關于所選用的清潔液應有如下請求: 
      1.對油污、油脂、塵土及膏狀粘附物有杰出的溶解能力,清潔作用要好。 
      2.要有必定的外表張力、恰當的密度和粘度,以有利于空化作用的發作。外表張力大,空化強度強;清潔液粘度小,簡單發作空化。   3.超聲波在清潔液中能量衰減要小。   4.對精細件的清潔有緩蝕作用。   5.運用安全,公害要小。常用于超聲波清潔的清潔液有:堿性清潔液、金屬清潔劑清潔液、混合烴類有機溶劑(汽油、煤油、柴油等)、鹵代烴類有機溶劑(三氯乙烯等)和芳香烴類有機溶劑(如酒精)。但其間混合烴類有機溶劑由于其外表張力較低,因而超聲空化作用較差。而鹵代烴類有機溶劑則由于其發作振蕩的程度高,溶解油污的能力強等特色,因而對比適用于超聲波清潔。   (六)清潔液的作業溫度、加熱和過濾   超聲波清潔時,清潔液的溫度關于超聲空化作用有必定的影響。恰當進步清潔液的作業溫度有利于空化作用。關于不一樣的清潔液均有不一樣的**好空化溫度。  #p#分頁標題#e#
      通常有利于空化的溫度為: 
      水                  43~65℃   三氯乙烯               32~48℃   混合烴類有機溶劑           20~35℃   金屬清潔劑清潔液           20~35℃ 
      可是清潔作用并不是徹底取決于**好空化時的溫度,它還取決于所選用的清潔液在必定溫度時所具有的**好清潔功能。若只從后者動身思考,則清潔液溫 高(當然也有必定的極限),清潔作用越好。   為此,有必要對上述兩方面的要素加以歸納思考,一起還要確保換能器與清潔槽底的粘結強度,故清潔液的作業溫度不宜過高。如在超聲波清潔時,選用金屬清潔液其作業溫度可在45℃擺布,而三氯乙烯的作業溫度可在40℃擺布。 超聲波清潔時,清潔液的清潔功能有如下特色: 
     1.低濃度(有必定極限)的清潔液比高濃度的清潔液的清潔能力強。 
    2.低溫文中溫的清潔液比高溫的清潔液的清潔能力強。 
     3.關于各種類型的塵垢,弱堿性的清潔液比不選用超聲波清潔的強堿性清   洗液的清潔作用要好。 
      關于水溶性清潔液可選用蒸汽加熱或用管狀加熱器加熱(即電阻絲加熱);關于各類有機溶劑只能選用管狀加熱器對其加熱。 
      清潔液的加熱應在清潔槽外進行。由于在槽內加熱,會使熱源直接加熱換能器與清潔槽底的粘結部位,然后影響其結合強度。選用蒸汽直接加熱清潔液,形成清潔液濃度的不穩定,因而清潔液的蒸汽加熱應選用熱交換的辦法。 在被清潔件批量較大的情況下,清潔液對比易于污化。清潔液中塵垢成份的添加不只會下降清潔功能,還會影響超聲空化作用。為此能夠選用如圖2-25所示的清潔液過濾凈化循環設備來處理清潔液。該設備由清潔槽、清潔液濾清器、電動輸液泵及加熱器等構成,它能夠起到清潔液的加熱和濾清的兩層作用。應當指出,在超聲波清潔中,清潔液的循環不能太快,不然會使清潔液中因帶入氣體而影響空化程度。 
     該設備中的清潔液濾清器分為粗濾器和精濾器兩有些。粗濾器內裝填有羊毛氈、砂、木屑等物,精濾器可運用作廢的內燃機車燃油濾清器來替代。這么的粗、精濾器制造便利,本錢較低,濾清作用也極好。若要進一步濾清清潔液中直徑為0.002毫米以下的研磨砂粒時,則需求選用靜電過濾等辦法。選用上述清潔液加熱及過濾凈化循環設備,不光進步了清潔作用,還能夠延伸清潔液的運用期限,下降清潔本錢。    
      (七)換能器與清潔槽體的粘結技術及E-1膠的配方換能器是用粘結的辦法將其粘固在清潔槽體(槽外底部)上,由于換能器是處在高頻振蕩及較高的作業溫度條件下作業,因而它很簡單從槽體上墜落下來。在超聲波清潔設備的維修作業中,修補及膠粘換能器占很大的比重。   關于墜落下來的換能器,應查看其無缺狀況。若發現其壓電晶體片有破損、緊固螺栓有裂損等,應予以替換。然后將修復或新的換能器用E-1膠粘結到清潔槽體底面。   E-1膠的配方為: 
      A組 6010環氧樹脂………………………………100份      聚丁二烯環氧…………………………………30份      聚硫橡膠………………………………………10份   B組 4-乙基、2一乙基咪唑………………………7份      固體咪唑………………………………………3份      磷苯二甲酸聚烯脂……………………………5份   C組 石英粉(200~300目)(經高溫焙燒)   運用組份: 
      A:B:C=3.5:0.375:0.75(重量比)   詳細粘結技術如下:      
      粘結前,先對不銹鋼槽體的粘結處外表進行噴砂處理,然后進行整形,請求粘結外表粗糙而平坦。將待粘結外表清潔潔凈,并用丙酮擦凈。然后將其予熱**80℃,用調組好的E-1膠(約2克)放到換能器粘結面的基地,再合放到槽體的粘結部位。此刻應一面加壓,一面慢慢地旋變換能器,使E-1膠從換能器基地均勻地向附近溢出,以避免粘結處有氣泡存在。膠層應越薄越好。   上完E-1膠后,將清潔槽(連同粘結在上的換能器)放入烘箱,每個換能器上加壓數公斤。然后將烘箱溫度由室溫增加到100℃(約1小時),再保溫2小時,**終待烘箱冷卻到室溫時即可取出。 
      超聲波清潔時,為了確保換能器與清潔槽體之間有滿足的粘結強度,清潔液的作業溫度**好要操控在80℃以下。
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