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技术原理

功率超声波清洗设备和超声波无损检测仪器

       超声波清洗是基于超声波的空化作用,即在清洗液中无数气泡快速形成并迅速内爆。由此产生的冲击波将浸没在清洗液中的工件内外表面的污物剥落下来。随着超声频率的提高,气泡数量增加而爆破冲击力减弱,因此,高频超声特别适用於小颗粒污垢的清洗。气泡是在液体中施加高频(超声频率)、高强度的声波而产生的。因此,任何超声清洗系统都必须具备三个基本元素:盛放清洗液的槽体、将电能转化为机械能的换能器以及产生高频电信号的超声波发生器。

换能器和发生器

       超声清洗系统最重要的部分是换能器。常用的一种压电换能器,由锆钛酸铅或其他陶瓷制成。 将压电材料放入电压变化的电场中时,它会发生变形,这就是所谓的’压电效应’。

       无论使用何种换能器,通常最基本的因素为其产生的空化效应的强度。超声波和其它声波一样,是一系列的压力点,即一种压缩和膨胀交替的波(如下图示)。如果声能足够强,液体在波的膨胀阶段被推开,由此产生气泡;而在波的压缩阶段,这些气泡就在液体中瞬间爆裂或内爆,产生一种非常有效的冲击力,特别适用於清洗。这个过程被称做空化作用。从理论上分析,爆裂的空化泡会产生超过10,000 psi的压力和20,000 °F (11,000 °C) 的高温,并在其爆裂的瞬间冲击波会迅速向外辐射。单个空化泡所释放的能量很小,但每秒钟内有几百万的空化泡同时爆裂,累计起来的效果将是非常强烈的,产生的强大的冲击力将工件表面的污物剥落,这就是所有超声清洗的特点。

       如果超声能量足够大,空化现象会在清洗液各处产生,所以超声波能够有效清洗微小的裂缝和孔。空化作用也促进了化学反应并加速了表面膜的溶解。

       然而只有在某区域的液体压力低於该气泡内气体压力时才会在该区域产生空化现象,故由换能器产生的超声波振幅足够大时才能满足这一条件。产生空化所需的最小功率被称做空化临界点。不同的液体存在不同的空化临界点,故超声波能量必须超过该临界点才能达到清洗效果。也就是说,只有能量超过临界点才能产生空化泡,以便进行超声清洗。

超声波频率

       当工作频率很低(在人的听觉范围内)就会产生噪音。当频率低於20kHz时,在需要高功率去除污垢的应用中,通常选择从20kHz到30kHz范围内的较低清洗频率。该频率范围内的清洗频率常常被用於清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。 高频通常被用於清洗较小、较精密的零件,或清除微小颗粒。使用高频可从几个方面改善清洗性能。随着频率的增加,空化泡的数量呈线形增加,从而产生更多更密集的冲击波使其能进入到更小的缝隙中。如果功率保持不变,空化泡变小,其释放的能量相应减少,这样有效地减小了对工件表面的损伤。

超声波清洗原理图示:  

       清洗是指清除工件表面上液体和固体的污染物,使工件表面达到一定的洁净程度。清洗过程是清洗介质、污染物、工件表面三者之间的相互作用,是一种复杂的物理、化学作用的过程。清洗不仅与污染物的性质、种类、形态以及粘附的程度有关、与清洗介质的理化性质、清洗性能、工件的材质、表面状态有关、还与清洗的条件如温度、压力以及附加的超声振动、机械外力等因素有关。因此,选择科学合理的清洗工艺,必须进行工艺分析。

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浸渍清洗在清洗槽中加入清洗液,将被洗物浸渍其中的清洗方式。由于仅靠清洗液的化学作用清洗,所以洗涤能力弱,需要长时间。循环清洗液。

喷气清洗在清洗槽内安装喷气管(多个吸管),用汽体将清洗液喷射到被洗物上的清洗方式。压力为20kg/cm2以上。

喷流清洗从槽的侧面将清洗液在液相中喷出,靠清洗液的搅拌力(物理作用)促进清涤。洗涤能力比浸渍清洗强。

刷洗在清洗腔室安装刷子、工件有专门的支承或夹具、在清洗剂浸渍或淋润的同时,主要靠刷子与工件的机械磨擦力进行清洗,作为初级清洗、效果直接。

超声波清洗在清洗槽内安装超声波振子,产生超声波能量(数千个大气压的冲击波),将被洗物全部清洗的方式。

喷淋清洗在清洗槽内安装喷淋管,在气相中将清洗液喷射到被清洗物上,压力不足2kg/cm2。

减压清洗在清洗槽内产生负压,由于减压,洗涤剂能较好地渗透到被洗物的缝隙之间。若和超声波作用,清洗效果会大大增强。

喷雾清洗在洗涤槽内安装喷雾管,在气相中将洗涤喷附到被清洗物上的清洗方式。压力2-20kg/cm2。 

旋转筒清洗在槽内安装旋转装置,同时旋转筒体和搅拌被清洗物。多与喷流、超声波洗涤组合使用。

摇动清洗在槽内安装摇动机构,装入被洗物,使之在洗涤槽内上下运动,多与喷流、超声波洗涤组合使用。


超声波清洗机维修保养:

清洗机由超声波发生器和超声波换能器组成,超声波换能器是由压电陶瓷材料制造的夹芯式换能器,压电陶瓷材料在交变电场的作用下会产生机械振动。 

超声波换能器常见问题: 
1  超声波振子受潮,可以用兆欧表检查与换能器相连接的插头,检查绝缘电阻值就可以判断基本情况,一般要求绝缘 电阻大于5兆欧以上。如果达不到这个绝缘电阻值,一般是换能器受潮,可以把换能器整体(不包括喷塑外壳)放进烘箱设定100 ℃左右烘干3小时或者使用电吹风去潮至阻值正常为止。 
2  换能器振子打火,陶瓷材料碎裂,可以用肉眼和兆欧表结合检查,一般作为应急处理的措施,可以把个别损坏的振子断开,不会影响到别的振子正常使用。 
3 振子脱胶,我们的换能器是采用胶结,螺钉紧固双重保证工艺,在一般情况下不会出现这种情况。 
4 不锈钢振动面穿孔,一般换能器满负荷使用10年以后可能会出现振动面穿孔的情况

   



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