超聲波清洗技術(shù)

二、 超聲波清洗原理

超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的高于20KHZ的超音頻電能，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成同頻率機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)傳入清洗液，超聲波疏密相間地向前傳導(dǎo)，產(chǎn)生無(wú)數(shù)的微小氣泡，這些氣泡是在超聲波縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成及生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)迅速破裂。這種微小氣泡的形成、生長(zhǎng)、迅速破裂過(guò)程稱為"空化效應(yīng)"。在空化效應(yīng)中氣泡破裂后產(chǎn)生超過(guò)10000個(gè)大氣壓的瞬時(shí)高壓，連續(xù)不斷

產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓就象一連串小爆炸不斷地轟擊物體表面，使物體表面污垢迅速脫落。

當(dāng)液體介質(zhì)中傳入一定強(qiáng)度的超聲波時(shí)，被清洗物體的表面反復(fù)出現(xiàn)加壓和減壓產(chǎn)生空化效應(yīng)，液體內(nèi)出現(xiàn)微小空洞，當(dāng)聲波達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，空洞會(huì)發(fā)生劇烈爆炸，產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞，壓力達(dá).5-50噸/平方厘米，具有很大的能量，使水分以超過(guò)10000G的加速度撞擊被清洗物體的表面，將污物撞擊下來(lái)，從而達(dá)到顯著的清洗效果，并且這種效果可隨液體到達(dá)被清洗物體的所有表面，這是手工洗刷，機(jī)械振動(dòng)等常規(guī)手段所無(wú)法達(dá)到的。

由于空化效應(yīng)形成時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲波壓力和熱效應(yīng)，故可對(duì)細(xì)菌，特別是鏈狀細(xì)菌進(jìn)行打擊，達(dá)到殺菌消毒的作用。此外，超聲波具有強(qiáng)烈的乳化作用，并能起到均勻攪拌、研磨粉碎。

三、 應(yīng)用

鑒于上述原理，超聲清洗可廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，達(dá)到其它清洗手段難以達(dá)到的目的。其主要應(yīng)用列舉如下:

(1)機(jī)械零部件的清洗(特別是精密零部件):軸承、油泵、油嘴，汽缸，機(jī)械手表芯和汽車(chē)部件(不拆卸清洗)，紡織錠子，石油鉆頭的零部件(如齒輪，刀具和刃具)等。

(2)光學(xué)零部件的清洗:光學(xué)器件、光學(xué)纖維等。

(4)機(jī)電元件的清洗及處理:觸頭、半導(dǎo)體管座、高性能電器接頭等。

(5)半導(dǎo)體芯片清洗

(6)印刷電路板的清洗

(7)金屬制品的表面處理(如除銹，除油，磷化，鈍化等)

(8)各種玻璃瓶子及器皿的清洗

(9)過(guò)濾器的清洗

(10)各種印章的清洗

(11)貴重金屬的清洗

(12)鍍前處理

(13)消除高級(jí)繪圖筆的筆頭堵塞

(14)玉器加工后的清潔處理

(15)材料的分散、超精細(xì)處理

(16)電爐絲冷拔后的表面處理

(17)餐具清洗

(18)尼龍噴絲板的梳孔清洗

(19)蓄電池橡膠隔板的梳孔清潔處理

(20)柴油和水的乳化

(21)溶劑的均勻混合

(22)酒的陳化處理

(23)種子的超聲浮選

因此，超聲技術(shù)廣泛用于機(jī)械電子行業(yè)、冶金加工、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生輕工紡織、藝術(shù)美術(shù)、印刷行業(yè)、橡膠行業(yè)、醫(yī)藥及家庭領(lǐng)域。此外，超聲技術(shù)還可用于焊接、金屬和寶石的鉆孔、金屬切削和研磨等加工過(guò)程，具有廣泛的應(yīng)用前景。

四、 產(chǎn)品技術(shù)分析

1、 超聲電源的發(fā)展

六十年代初，我國(guó)就開(kāi)始研制各種功率的超聲波發(fā)生器(超聲電源)，到目前為止，超聲電源經(jīng)歷了以電子管，晶閘管，晶體三極管，VMOS和IGBT為開(kāi)關(guān)元件的發(fā)展過(guò)程。我國(guó)電子管組成的發(fā)生器在七十年代已形成。但這種電源的設(shè)備電能的利用率極低，電源成本高，體積大。七十年代以后到八十年代初晶閘管電路的發(fā)生器開(kāi)始投入使用，這種電源與電子管電源相比其效率有了很大提高，體積和重量有所下降。但由于受開(kāi)關(guān)速度的限制和晶閘管開(kāi)關(guān)特性的影響，這種電源一般工作在20KHZ以下，電源的成本也較高，體積大，工作效率仍然不是很理想。目前仍然有許多公司家生產(chǎn)和使用上述電源。

為了減小上述電源的不足，人們廣泛開(kāi)始研制和使用VMOS電源，和晶體三管電源相比，VMOS單極型開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)速度很高，驅(qū)動(dòng)功率小，由于管子的制造工藝結(jié)構(gòu)限制，其中單管的導(dǎo)通電流較小，耐壓較低，抗沖擊電流和沖擊電壓能力較差。晶體三極管的驅(qū)動(dòng)功率較大，采用大功率復(fù)合三極管其開(kāi)關(guān)速度會(huì)大大降低，這種復(fù)合三極管一般只能在20KHZ以下使用。因此，VMOS管和晶體三極管一般適和用于較小的清洗機(jī)電源。

針對(duì)上述特點(diǎn)，我們采用了一種開(kāi)關(guān)速度快、導(dǎo)通電流大、耐壓高、抗沖擊能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)功率小的新型IGBT器件，并結(jié)和現(xiàn)代控制技術(shù)率先研制出大功率、系列化超聲波電源，使產(chǎn)品的性能有了很大的提高，成本大幅度下降。同時(shí)解決了換能器阻抗變化、中心頻率漂移等所帶來(lái)的疑難問(wèn)題，成為超聲電源的更新時(shí)代產(chǎn)品。

2、 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

超聲波清洗機(jī)主要由清洗槽和超聲電源兩部分組成，由電纜聯(lián)結(jié)。對(duì)于槽式清洗機(jī)清洗槽的下面裝有換能器;對(duì)于浸入式的清洗機(jī)，換能器密封在不銹鋼盒內(nèi)。換能器將電源送來(lái)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械波，達(dá)到清洗的目的。

(1) 清洗槽:采用SUS304或316L不銹鋼，也可根據(jù)具體清洗工藝要求選用特種不銹鋼氬氣保護(hù)焊接，必須保證絕對(duì)不漏水。

(2) 換能器:采用特種鋯酸鈦鉛壓電陶瓷片及金屬壓塊組合成的振頭，具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易損壞等優(yōu)點(diǎn)，粘接劑選用耐高溫、耐振動(dòng)、高強(qiáng)度的樹(shù)脂膠以防脫落。

(3) 超聲波發(fā)生器:電路結(jié)構(gòu)完善，機(jī)箱面板裝有電源開(kāi)關(guān)，過(guò)載指示，電表等?？筛鶕?jù)用戶需求，配置數(shù)字定時(shí)器，加裝數(shù)字功率指示器和功率調(diào)節(jié)電路。

3、 技術(shù)特點(diǎn)

ECP系列型超聲波電源作為一種新型技術(shù)產(chǎn)品，其主電路工作于匹配諧振狀態(tài)

電源具有以下特點(diǎn):

(1) 電路很容易同各種頻率和不同阻抗特性的壓電陶瓷換能器匹配

(2) 工作頻率范圍寬

(3) 單機(jī)功率大，可達(dá)數(shù)千瓦以上

(4) 電源輸入電壓為單相220V或三相380V。大功率時(shí)采用380V輸入電壓可保證三相電網(wǎng)的平衡。

(5) 便于模塊化設(shè)計(jì)。數(shù)十千瓦以上的清洗機(jī)可由數(shù)百瓦或數(shù)千瓦的功率單元組成，這樣有利于換能器的優(yōu)化組和，保證換能器都工作在最佳狀態(tài);同時(shí)每個(gè)功率模塊都有自身的保護(hù)和跟蹤系統(tǒng)，若一個(gè)單元出現(xiàn)故障，其他單元仍能正常工作損壞的單元容易更換，便于維修。

(6) 每個(gè)IGBT單元可進(jìn)行快速過(guò)流保護(hù)，有效地保護(hù)開(kāi)關(guān)管，使其避免損壞。

(7) 具有頻率反饋電路和功率反饋電路，可調(diào)節(jié)、鎖定電路和電壓相位關(guān)系，避免負(fù)載阻抗隨環(huán)境溫度、水位等因素變化而引起的較大功率波動(dòng)。

(8) 電源具有限定最大功率和最大電流的能力，從而降低電源的故障率。

(9) 可實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。

(10) 具有軟起動(dòng)和欠壓保護(hù)功能。

(11) 具有快速過(guò)載保護(hù)和輸出短路保護(hù)功能。

(12) 電源體積小，重量輕。

(13) 電源效率高。

(14) 電源不僅能夠用于超聲清洗，而且還可用于其它超聲波應(yīng)用領(lǐng)域，如超聲波焊接、超聲波打孔、超聲波細(xì)胞粉碎等。

超聲波換能器:采用夾心結(jié)構(gòu)，膠粘加壓組成，使換能器形成一體，工作穩(wěn)定可靠。

4、超聲波清洗的主要參數(shù):

頻率:≥20KHz

清洗介質(zhì):采用超聲波清洗，一般兩類(lèi)清洗劑:化學(xué)溶劑、水基清洗劑等。

清洗介質(zhì)的化學(xué)作用，可以加速超聲波清洗效果，超聲波清洗是物理作用，兩種作用相結(jié)合，以對(duì)物件進(jìn)行充分、徹底的清洗。

功率密度:功率密度=發(fā)射功率(W)/發(fā)射面積(cm2)通?！?.3W/cm2，超聲波的功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，速度越快，清洗效果越好。但對(duì)于精密的、表面光潔度甚高的物件，采用長(zhǎng)時(shí)間的高功率密度清洗會(huì)對(duì)物件表面產(chǎn)生"空化"腐蝕。

超聲波頻率:超聲波頻率越低，在液體中產(chǎn)生的空化越容易，產(chǎn)生的力度大，作用也越強(qiáng)，適用于工件(粗、臟)初洗。頻率高則超聲波方向性強(qiáng)，適用于精細(xì)的物件清洗。

清洗溫度:一般來(lái)說(shuō)，超聲波在30℃-40℃時(shí)的空化效果最好。清洗劑則溫度越高，作用越顯著。通常實(shí)際應(yīng)用超聲波時(shí)，采用50℃-70℃的工作溫度。

超聲波清洗技術(shù)

一、 被譽(yù)為現(xiàn)代清洗手段的超聲波清洗是利用超聲波在液體介質(zhì)中的空化效應(yīng)，對(duì)液體介質(zhì)所到之處拖把體內(nèi)外表面進(jìn)行清洗，具有優(yōu)質(zhì)、省力、等顯著特點(diǎn)，在西方發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家已得到了廣泛應(yīng)用，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)也開(kāi)始逐步推廣使用這種新技術(shù)。

北京東方康明科技開(kāi)發(fā)有限公司利用豐富的超聲波技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和電子元件，開(kāi)發(fā)了系列化超聲波清洗設(shè)備。本公司使用的IGBT超聲波電源自九十年代初在國(guó)內(nèi)率先投入市場(chǎng)。電源經(jīng)過(guò)多年的不斷完善，采用新的控制方法，使該產(chǎn)品在技術(shù)上達(dá)到領(lǐng)先水平，在汽車(chē)制造、電子設(shè)備、電鍍等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。目前電源功率可達(dá)數(shù)十千瓦以上，而價(jià)格遠(yuǎn)低于同類(lèi)進(jìn)口設(shè)備，且故障率低、性能穩(wěn)定。

本公司提供完善的技術(shù)咨詢和售后服務(wù)。其中電源技術(shù)已被多家采用。