超聲波清洗技術(shù)
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技術(shù)，是利用超聲波在液體介質(zhì)中的空化效應(yīng)，對液體介質(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、高效和無污染等顯著優(yōu)點(diǎn)，在西方發(fā)達(dá)工業(yè)國家已得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。我國也開始逐步推廣使用這種新技術(shù)。
微譜技術(shù)分析實(shí)驗(yàn)室利用豐富的超聲波技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，采用國際一流的精密分析儀器，并結(jié)合了國外先進(jìn)技術(shù)和電子元件，開發(fā)了一系列的超聲波清洗劑分析技術(shù)。所使用的IGBT超聲波電源自九十年代初在國內(nèi)率先投入市場。同時(shí)這種超聲波電源經(jīng)過多年的不斷完善，采用新的控制方法，使該技術(shù)在國內(nèi)外技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到領(lǐng)先水平，在汽車制造、電子設(shè)備、電鍍、機(jī)械設(shè)備等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。并且這種電源功率可達(dá)數(shù)十千瓦以上，同時(shí)它的故障率低、性能穩(wěn)定。
本公司提供完善的技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)。其中超聲波電源清洗劑分析技術(shù)已被多家工廠企業(yè)采用。
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，而在正壓區(qū)迅速破裂。這種微小氣泡的形成、生長、迅速破裂過程稱為“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10000G的加速度撞擊被清洗物體的表面，將污物撞擊下來，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、研磨粉碎和加速化學(xué)反應(yīng)的作用。
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。
?。?）光學(xué)零部件的清洗：光學(xué)器件、光學(xué)纖維等。
?。?）液壓元件的清洗
?。?）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
?。?）印刷電路板的清洗
?。?）金屬制品的表面處理（如除銹，除油，磷化，鈍化等）
?。?）各種玻璃瓶子及器皿的清洗
?。?）過濾器的清洗
?。?0）各種印章的清洗
?。?1）貴重金屬的清洗
?。?2）鍍前處理
（13）消除高級繪圖筆的筆頭堵塞
?。?4）玉器加工后的清潔處理
?。?5）材料的分散、超精細(xì)處理
（16）電爐絲冷拔后的表面處理
?。?7）餐具清洗
?。?8）尼龍噴絲板的梳孔清洗
?。?9）蓄電池橡膠隔板的梳孔清潔處理
（20）柴油和水的乳化
?。?1）溶劑的均勻混合
?。?2）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，我國就開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為開關(guān)元件的發(fā)展過程。我國電子管組成的發(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。但由于受開關(guān)速度的限制和晶閘管開關(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，人們廣泛開始研制和使用VMOS電源，和晶體三管電源相比，VMOS單極型開關(guān)管開關(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。
針對上述特點(diǎn)，我們采用了一種開關(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的疑難問題，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)。對于槽式清洗機(jī)清洗槽的下面裝有換能器；對于浸入式的清洗機(jī)，換能器密封在不銹鋼盒內(nèi)。換能器將電源送來的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械波，達(dá)到清洗的目的。
?。?） 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，必須保證絕對不漏水。
?。?） 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、不易損壞等優(yōu)點(diǎn)，粘接劑選用耐高溫、耐振動(dòng)、高強(qiáng)度的樹脂膠以防脫落。
?。?） 超聲波發(fā)生器：電路結(jié)構(gòu)完善，機(jī)箱面板裝有電源開關(guān)，過載指示，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)：
?。?） 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
?。?） 工作頻率范圍寬
?。?） 單機(jī)功率大，可達(dá)數(shù)千瓦以上
?。?） 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。
?。?） 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。
?。?） 每個(gè)IGBT單元可進(jìn)行快速過流保護(hù)，有效地保護(hù)開關(guān)管，使其避免損壞。
?。?） 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)。
?。?） 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。
?。?） 可實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。
?。?0） 具有軟起動(dòng)和欠壓保護(hù)功能。
?。?1） 具有快速過載保護(hù)和輸出短路保護(hù)功能。
?。?2） 電源體積小，重量輕。
?。?3） 電源效率高。
?。?4） 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）通常≥0.3W/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。但對于精密的、表面光潔度甚高的物件，采用長時(shí)間的高功率密度清洗會(huì)對物件表面產(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：一般來說，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。
