超聲波清洗技術

2013/10/11 17:05:31
超聲波清洗技術

超聲波清洗技術

詳細介紹
   上海化學清洗公司專業提供各類 超聲波清洗技術服務,超聲波清洗技術是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和汙物直接、間接的作用,使汙物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。目前所用的超聲波清洗機中,空化作用和直進流作用應用得更多。  
    按頻率波可以分為三種,即次聲波、聲波、超聲波。次聲波的頻率為20Hz以下;聲波的頻率為20Hz~20kHz;超聲波的頻率則為20kHz以上。其中的次聲波和超聲波一般人耳是聽不到的。超聲波由於頻率高、波長短,因而傳播的方向性好、穿透能力強,這也就是為什麽設計製作超聲波清洗機的原因。
    一超聲清洗技術工藝及清洗液的選擇
    在購買清洗係統之前,應對被清洗件做如下應用分析:
1. 明確被洗件的材料構成、結構和數量;
2. 分析並明確要清除的汙物;
3. 決定所要使用的清洗方法,判斷應用水性清洗液還是用溶劑,最終需做清洗實驗。
隻有這樣,才能提供合適的清洗係統、設計合理的清洗工序以及清洗液。
    化學藥劑的選擇
考慮到清洗液的物理特性對超聲清洗的影響,其中蒸汽壓、表麵張力、黏度以及 密度應為最顯著的影響因素。溫度能影響這些因素,所以它也會影響空化作用的效率。
任何清洗係統必須使用清洗液。水性係統通常由敞口槽組成,工件浸沒其中。而複雜的係統會由多個槽組成,並配備循環過濾係統、衝淋槽、幹燥槽以及其它附件。
對於使用溶劑的係統,多為超聲波汽相除油脂清洗機,常配備廢液連續回收裝置。超聲波汽相清除油脂過程是由溶劑蒸發槽和超聲浸洗槽組成的集成式多槽係統完成的。在熱的溶劑蒸汽和超聲激蕩共同作用下,油、脂、蠟以及其他溶於溶劑的汙垢就被除去。經過一係列清洗工序後下料的工件發熱、潔淨、幹燥。
    選擇清洗液時,應考慮以下三個因素:
1. 清洗效率:選擇最有效的清洗溶劑時,一定要作實驗。如在現有的清洗工藝中引入超聲,所使用的溶劑一般不必變更;
2. 操作簡單:所使用的液體應安全無毒、操作簡單且使用壽命長;
3. 成本:最廉價的清洗溶劑的使用成本並不一定最低。使用中必須考慮到溶劑的清洗效率、安全性、一定量的溶劑可清洗多少工件利用率最高等因素。當然,所選擇的清洗溶劑必須達到清洗效果,並應與所清洗的工件材料相容。水為最普通的清洗液,故使用水基溶液的係統操作簡便、使用成本低、應用廣泛。然而對於某些材料以及汙垢等並不適用於水性溶液,那麽還有許多溶劑可供選用。
    二超聲波清洗技術清洗件處理
超聲清洗的另一個考慮因素是清洗件的上、下料或者說是放置清洗件的工裝的設計。清洗件在超聲清洗槽內時,無論清洗件還是清洗件籃都不得觸及槽底。清洗件總的橫截麵積不應超過超聲槽橫截麵積的70%。橡膠以及非剛化塑料會吸收超聲波能量,故將此類材料用於工裝時應謹慎。絕緣的清洗件也應引起特別注意。工裝籃設計不當,或所盛工件太重,縱使最好的超聲清洗係統的效率也會被大大降低。任何材料,如果網眼高於50目,對於超聲波就表現出實體的性能,將超聲波反射回去。當網眼大於1/4英寸時,對於超聲波才表現出開放式材料的性能。鉤子、架子以及燒杯都可用來支持清洗件。
    三超聲波清洗技術參數
1,超聲頻率:
當工作頻率很低(在人的聽覺範圍內)就會產生噪音。當頻率低於20kHz時,工作噪音不僅變得很大,而且可能超出職業安全與保健法或其他條例所規定的安全噪音的限度。在需要高功率去除汙垢而不用考慮工件表麵損傷的應用中,通常選擇從20kHz到30kHz範圍內的較低清洗頻率該頻率範圍內的清洗頻率常常被用於清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。
高頻通常被用於清洗較小、較精密的零件,或清除微小顆粒。高頻還被用於被工件表麵不允許損傷的應用。使用高頻可從幾個方麵改善清洗性能。隨著頻率的增加,空化泡的數量呈線形增加,從而產生更多更密集的衝擊波使其能進入到更小的縫隙中。如果功率保持不變,空化泡變小,其釋放的能量相應減少,這樣有效地減小了對工件表麵的損傷。高頻的另一個優勢在於減小了粘滯邊界層(泊努裏效應),使得超聲波能夠'發現'極細小的微粒。市場上常用頻率的產品有28KHz、32KHz、40kHz。
2,功率密度:
功率密度=發射功率(W)/發射麵積(cm2),通常≥0.5W/cm2.超聲波的功率密度越高,空化效果越強,清洗速度越快,清洗效果越好.但長時間,高密度的清洗,容易造成清洗物件表麵產生"空化"腐蝕。
3,清洗溫度:
一般來說,超聲波在50℃-85℃時,效果最好。
    四影響超聲波清洗因素
清洗介質:采用超聲波清洗,一般有兩類清洗劑即化學溶劑和水基清洗劑。清洗介質的化學作用可以加速超聲波清洗效果,超聲波清洗是物理作用,兩種作用相結合,依對物件進行充分、徹底的清洗。  
功率密度:超聲波的功率密度越高,空化效果越強,速度越快,清洗效果越好,但對於精密的表麵光潔度甚高的物件,采用長時間的高功率密度清洗會對物件表麵產生空化、腐蝕。
超聲頻率:超聲波頻率越低,在液體中產生的空化越容易,產生的力度大,作用也越強,適用於工件粗、髒、初洗,頻率高則超聲波方向性強,適合於精細的物件清洗。
清洗高溫:一般來說,超聲波在50°C~60°C時的空化效果最好,清洗劑也不是溫度越高,作用越顯著,有可能會高溫失效,通常超聲波在超過85°C時,清洗效果已變差。所以實際應用超聲波清洗時,采用50°C~70°C的工作溫度。
    五超聲波清洗技術應用領域
電器工業方麵超聲波可以清洗機器零部件、繼電器、開關、印刷電路板、電位器、真空管零件、半導體元件、矽片、電容器、照相機快門等;印刷板油墨、焊料、油質防腐劑、石蠟、磨料、染料;繡、氧化物、鹽、手垢、塵土等。
1,玉石加工、鍾表、光學、機械等精密工業
在玉石加工、鍾表、光學、機械等精密工業方麵超聲波可以清洗儀器、儀表、鍾表字盤、零部件;齒輪、彈簧、軸承、寶石、透鏡、眼鏡架、貴金屬裝飾品;塗料、噴漆、油脂、複合物、玻璃纖維有機性清洗液(三氯乙烯、氟溶液);染料、塑料殘留物。
2汽車行業
在汽車業方麵超聲波可以清洗氣門、點火栓、氣化栓、燃料泵、蓄電池電極、活塞環、及其操縱盤零件、摩托車和汽車油箱;油、油脂、防腐劑、機械切屑、塑料殘留物、研磨磨料、玻璃纖維、塵埃、石墨、焦油。
3橡膠工業:
在橡膠工業方麵超聲波可以清洗手套、帶、輪胎、外科醫用橡膠手套;指紋、塵埃、染料、防腐劑、墨跡、塑料殘留物、橡膠殘渣。
4奶酪、釀造業:
在奶酪、釀造業方麵超聲波可以清洗瓶子、蓋、烹調器具、料理盤碟;食物殘留物、指印、塵土、染料、蛋白、標簽印刷上彩前的墨跡。
5航空工業:
在航空工業方麵超聲波可以清洗燃料油過濾器、燃料儀器、儀器儀表、注入噴嘴、流量控製設備、機械控製設備用的零件、水力、水壓係列產品氧化物、塵土、切屑、油類、油脂、磨粉、防腐劑;鏽、碳、水垢。
6印刷行業
在印刷業方麵超聲波可以清洗旋轉機、金屬板;墨跡、指紋、油、染料;公共事業、電力、煤氣、新聞通訊路燈、燃料油表、電力計、燈泡、軟片、電傳機;墨跡、油、塵土、紗屑、鏽、泥、接觸海水的鹽分。
7原子能工業:
在原子能工業方麵超聲波可以清洗控製棒、燃料泵、鋁管類、容器、玻璃、分析試料;放射能量粒子、塵埃、矽油、油脂。
8醫療行業
在醫療行業超聲波可以清洗注射器、手術機械、吸量管、玻璃容器、食道鏡、齒科機械、直腸鏡、方向鏡、顯微鏡用試料玻璃;血液、凝膠體、指紋、料理物殘留物、蛋白(卵白)、混入血液中的汙垢。
9金融機關:
在金融機關超聲波可以清洗圖章、標簽、號碼機、高級陶瓷、銀製品手垢、塵土、指紋、印泥、糊狀物等。
10機械工具:
超聲波可以清洗的絲杆、噴嘴、齒輪、夾具、固定裝置用附件、彈簧、氣門、遊標卡尺等工量具;磨料、鐵屑、防鏽劑、複合物、切削油、冷卻油、研磨油、塵土、拋光蠟、氧化物。
11電鍍工業
電鍍工藝對工件表麵清潔度要求較高,而超聲波清洗技術是能達到此要求的理想技術。利用超聲波清洗技術,可以替代溶劑清洗油汙;可以替代電解除油;可以替代強酸浸蝕去除碳鋼及低合金鋼表麵的鐵鏽及氧化皮。超聲波清洗技術的應用,可以使許多傳統的清洗工藝得到簡化,並大大提高清洗質量和生產效率。特別是對那些形狀較為複雜、邊角要求較高的工件更具有優越性。利用超聲波清洗技術,還可以在很大的範圍內替代強酸、強堿的作用,大大減少對和環境的汙染,並改善工人的勞動環境,降低勞動強度,對保護生態環境,作出貢獻。
    六超聲波清洗技術工藝
    光學鏡片加工中不同的工序應有不同的清洗工藝,從整體流程看,可分為四道工序:洗滌、漂洗、脫水、幹燥。
1,洗滌主要利用有機溶劑如三氯乙烯對上盤膠、蠟、防黴劑等的高度溶解而達預洗目的,然後利用洗滌劑對鏡片表麵的濕潤、滲透、乳化而綜合成的去汙作用。
2,漂洗通過清水對鏡片表麵的衝洗及超聲作用,使洗滌後鬆散於鏡片表麵的洗滌劑脫離鏡片表麵。
3,脫水:經漂洗後的鏡片表麵含有大量水分,進入脫水劑中進行脫水,脫水劑多為有機溶劑,和水能充分混溶。
4幹燥:幹燥劑應和脫水劑沸點相近,互溶性好,
   幹燥過程大略為:
   (1)幹燥劑蒸汽在鏡片表麵冷凝為液體;
   (2)幹燥劑液體和鏡片表麵的脫水劑形成共沸物;
   (3)一部分共沸物形成蒸汽離開鏡片表麵;
   (4)一部分共沸物以液體的狀態流經鏡片表麵對鏡片引衝洗作用。經過這些過程後,使鏡片表麵潔淨、幹燥。由於使用的脫水劑及幹燥劑均為有機溶劑,對環境及操作人員都有或多或少的影響,為了避免這些影響,現代的超聲波清洗技術已對幹燥工藝進行了改良,使用純水漂洗,而省略脫水,漂洗後的鏡片表麵為純水狀態,再由過濾的熱風幹燥,既為快速、有效地幹燥鏡片,又可避免有機溶劑對環境及工作人員的影響
    七超聲波清洗技術的應用
    1超聲波在電子行業的應用
電子行業是超聲波清洗應用最早,最為普及的行業。
    電子零件的清洗:電子零件,如半導體管的殼座、IC的殼座、晶體的殼座、繼電器的殼座、電子管座等。
    電子元器件的基體清洗:電子元器件的基體是由半導體材料製成並封裝在金屬或塑料殼座中形成的,在封裝前,不但對殼座必須清洗,而且也必須對基體進行清洗,如IC芯片、電阻、晶體、半導體、原膜電路等。
    PCB板的清洗:中國電子行業中,絕大多數企業都在使用PCB,PCB組件焊接采用的助焊劑分為水溶型、鬆香型和免清洗型三類,使用較多的為前兩種,多采用超聲波清洗(也有不少是采用酒精刷洗),免清洗型原則上應該不清洗,但是,目前世界各國的大多數廠家即使采用免清洗型焊劑焊接組件,仍需要清洗。特別是高密度PCB以及高密度IC出腳不清洗或不采用超聲波清洗,必將導致高密度線路之間和IC出腳之間吸附塵埃,一旦環境濕度大,極易發生高密度線間和腳間短路而出現故障,而一旦環境幹燥,短路故障又自行消失,這類故障又不易查找。所以世界各國的電子整機廠均堅持對PCB板作超聲波清洗。在中國,軍工電子整機廠已開始推廣,並收到了因此舉既提高了產品可靠性,又降低了售後服務成本的雙重效益。
     接插件、連接件、轉接器等器件的生產中,電鍍和組裝前也必須清洗,否則吸附在這些組裝零件上的灰塵、油汙必將影響其導電和絕緣性能,特別是一些複雜的多芯連接器尤其如此。
    電子材料加工成型後的清洗:如晶片、矽片、壓電陶瓷片等電子材料是供給元器件廠家的產品,其產品出廠前必須清洗,特別是作出口業務的廠家,其產品清洗成為一大難題,超聲波清洗是最有效的途徑。
    2超聲波清洗在機電行業中的應用
    機電行業中,從機械零件到機械部件,從電器零件到電器部件都有清洗的要求,如齒輪、曲軸乃至齒輪箱,又如電器零件上機械和電器的組合件,還有一些精密機械零件和電器零件,這些都離不開清洗,大多數企業采用的是傳統的清洗方法,諸如浸潤清洗、噴淋清洗。這種清洗方法不但勞動強度大,而且易造成環境汙染和水資源浪費。目前,不少企業開始進行技術改造,采用超聲波清洗以消除傳統清洗的弊端,特別是一些形狀複雜的機械零件,是傳統清洗所無能為力的。
    3超聲波清洗在製藥工業的應用
    超聲波清洗技術經過眾多製藥企業的應用而得到廣泛使用,特別是對西林瓶、口服液瓶、安瓶、大輸液瓶的清洗以及對丁基膠塞、天然膠塞的清洗方麵,已經得到首肯。對於瓶類的清洗,是用超聲波清洗技術代替原有的毛刷機,它經過翻轉注水、超聲清洗、內外衝洗、空氣吹幹、翻轉等流程而實現的。
    4超聲波清洗在輕紡行業中的應用
    輕工行業,如空調、冷櫃、冰箱中的壓縮機;鍾表零件、手表元件等;紡織行業,如精密紡織器材、噴絲嘴等;珠寶行業,如金銀首飾、珠寶玉器等,都需要清洗,有些零件、部件和組件,如壓縮機、噴絲嘴等或形狀複雜,或盲孔、微孔,隻能由超聲波清洗,有些規模生產廠甚至采用超聲波鏈式或升降式成套設備。
    5超聲波清洗在表麵處理行業的應用
    表麵處理是輕工行業的組成部分,包含機械零件電鍍、金屬和非金屬機箱櫃塗覆、光學玻璃或鏡片鍍膜等,電鍍前後或塗覆前的清洗采用超聲波清洗技術已成為一種新的典型工藝,特別是軍工電子產品中的一些多芯插座,因質量要求必須進行電鍍,而電鍍後其質量要求多芯之間必須絕緣,往往因電鍍後致使多芯間不絕緣,采用丙酮、酒精等方法浸潤清洗後測試其阻值要求無窮大,但達不到質量要求,而采用超聲波清洗,經烘幹後,則完全達到質量要求。將超聲波直接引入電鍍還可提高鍍液的勻度和鍍層的密度。
超聲波除油
    將黏附有油汙的製件放在除油液中,並使除油過程處於一定頻率的超聲波場作用下的除油過程,稱為超聲波除油。引入超聲波可以強化除油過程、縮短除油時間、提高除油質量、降低化學藥品的消耗量。尤其對複雜外形零件、小型精密零件、表麵有難除汙物的零件及絕緣材料製成的零件有顯著的除油效果,可以省去費時的手工勞動,防止零件的損傷。
    超聲波除油的效果與零件的形狀、尺寸、表麵油汙性質、溶液成分、零件的放置位置等有關,因此,最佳的超聲波除油工藝要通過試驗確定。超聲波除油所用的頻率一般為30kHz左右。零件小時,采用高一些的頻率;零件大時,采用較低的頻率。超聲波是直線傳播的,難以達到被遮蔽的部分,因此應該使零件在除油槽內旋轉或翻動,以使其表麵上各個部位都能得到超聲波的輻照,受到較好的除油效果。另外超聲波除油溶液的濃度和溫度要比相應的化學除油和電化學除油低,以免影響超聲波的傳播,也可減少金屬材料表麵的腐蝕。
    6超聲波清洗技術在磷化處理中的應用
    產品噴塗前處理工藝非常重要,一般的傳統工藝使用酸液對工件進行處理,對環境汙染較重,工作環境較差,同時,最大的弊端是結構複雜零件酸洗除鏽後的殘酸很難衝洗幹淨。工件噴塗後,時間不長,沿著夾縫出現鏽蝕現象,破壞塗層表麵,嚴重影響產品外觀和內在質量。超聲波清洗技術應用到塗裝前處理後,不僅能使物體表麵和縫隙中的汙垢迅速剝落,而且塗裝件噴塗層牢固不會返鏽。
    7超聲波清洗在鐵路段修領域的應用
    中國鐵道部《三機檢修規程》以及鐵路係統的一些段修技術規程都涉及到清洗。超聲波清洗在鐵路係統的應用較為普遍,但用於對列車空調機組、柴油發動機組、機車散熱器等大型設備的不拆禦清洗則是一個嶄新的課題。中國檢修客車的車輛段,采用超聲波清洗設備對列車空調的不拆禦清洗實為首創之舉。其勞動強度的減低、清洗質量的提高、環境保護成本的降低、文明生產、現場管理水平的提升,均開創了一個新的局麵,但目前的普及水平很低。
    8超聲波清洗在軍事裝備領域的應用
    軍事裝備不外乎光、機、電類裝備或光、機、電一體化裝備,軍事裝備在儲備狀態下,儲存於軍事倉庫,這些裝備在儲備、訓練、演習狀態均免不了塵埃、汙垢的吸附、汙染,特別是一些複雜的兵器裝備靠人工擦拭保養,難度較大,而一旦采用超聲波清洗技術保養兵器裝備,問題就迎刃而解。《中國電子報》2001.04.17 文/杜水源超聲清洗器的作用:超聲波清洗器是一種無損無汙染的清洗設備。它是利用超聲波在液體中的空化作用,產生非常強大的能量,將汙粒從物體上剝落以達到清洗之目的;同時超聲波在液體化學反應中還能起到加速溶解和乳化作用,並能有效的脫去液體中的氣體。
    9超聲波清洗在電鍍、噴塗前工藝應用
產品噴塗前處理工藝非常重要,一般的傳統工藝使用酸液對工件進行處理,對環境汙染較重,工作環境較差,同時,最大的弊端是結構複雜零件酸洗除鏽後的殘酸很難衝洗幹淨。工件噴塗後,時間不長,沿著夾縫出現鏽蝕現象,破壞塗層表麵,嚴重影響產品外觀和內在質量。超聲波清洗技術應用到塗裝前處理後,不僅能使物體表麵和縫隙中的汙垢迅速剝落,而且塗裝件噴塗層牢固不會返鏽。 
    利用超聲波在液體中產生的空化效應,可以清洗掉工件表麵沾附的油汙,配合適當的清洗劑,可以迅速地對工件表麵實現高清潔度的處理。 
電鍍工藝,對工件表麵清潔度要求較高,而超聲波清洗技術是能達到此要求的理想技術。利用超聲波清洗技術,可以替代溶劑清洗油汙;可以替代電解除油;可以替代強酸浸蝕去除碳鋼及低合金鋼表麵的鐵鏽及氧化皮
       八超聲波清洗的基礎
(1)空化作用:空化作用就是超聲波以每秒兩萬次以上的壓縮力和減壓力交互性的高頻變換方式向液體進行透射。在減壓力作用時,液體中產生真空核群泡的現象,在壓縮力作用時,真空核群泡受壓力壓碎時產生強大的衝擊力,由此剝離被清洗物表麵的汙垢,從而達到精密洗淨目的。
(2)直進流作用:超聲波在液體中沿聲的傳播方向產生流動的現象稱為直進流。聲波強度在0.5W/cm2時,肉眼能看到直進流,垂直於振動麵產生流動,流速約為10cm/s。通過此直進流使被清洗物表麵的微油汙垢被攪拌,汙垢表麵的清洗液也產生對流,溶解汙物的溶解液與新液混合,使溶解速度加快,對汙物的搬運起著很大的作用。
(3)加速度:液體粒子推動產生的加速度。對於頻率較高的超聲波清洗機,空化作用就很不顯著了,這時的清洗主要靠液體粒子超聲作用下的加速度撞擊粒子對汙物進行超精密清洗。
     九超聲波清洗的原理
關於“超聲波清洗[1]”:由超聲波發生器發出的高頻振蕩信號,通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到介質---清洗溶劑中,超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射,使液體流動而產生數以萬計的直徑為50-500μm的微小氣泡,存在於液體中的微小氣泡在聲場的作用下振動。這些氣泡在超聲波縱向傳播的負壓區形成、生長,而在正壓區,當聲壓達到一定值時,氣泡迅速增大,然後突然閉合。並在氣泡閉合時產生衝擊波,在其周圍產生上千個大氣壓,破壞不溶性汙物而使他們分散於清洗液中,當團體粒子被油汙裹著而黏附在 清洗件表麵是,油被乳化,固體粒子及脫離,從而達到清洗件淨化的目的。在這種被稱之為“空化”效應的過程中,氣泡閉合可形成幾百度的高溫和超過1000個氣壓的瞬間高壓,連續不斷地產生瞬間高壓就象一連串小“爆炸”不斷地衝擊物件表麵,使物件的表麵及縫隙中的汙垢迅速剝落,從而達到物件表麵清洗淨化的目的。
第二超聲波在液體中傳播,使液體,與清洗槽在超聲波頻率下一起振動,液體與清洗槽振動時有自己固有頻率,這種振動頻率是聲波頻率,所以人們就聽到嗡嗡聲。
另外,在超聲波清洗過程中,肉眼能看見的泡並不是真空核群泡,而是空氣氣泡,它對空化作用產生抑製作用降低清洗效率。隻有液體中的空氣氣泡被完全拖走,空化作用的真空核群泡才能達到最佳效果。
      十超聲波清洗技術的特點
1、清洗效果好,清潔度高且全部工件清潔度一致
2、清洗速度快,提高生產效率,不須人手接觸清洗液,安全可靠 3、對深孔、細縫和工件隱蔽處亦可清洗幹淨
4、對工件表麵無損傷,節省溶劑、熱能、工作場地和人工等。
超聲波清洗方式超過一般的常規清洗方法,特別是工件的表麵比較複雜象一些表麵凹凸不平、有盲孔的機械零部件,一些特別小而對清潔度有較高要求的產品如:鍾表和精密機械的零件,電子元器件,電路板組件等,使用超聲波清洗都能達到很理想的效果。
    文章來源:http://www.esprit-is.com化學清洗
更多圖片