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技術原理

功率超聲波清洗設備和超聲波無損檢測儀器

       超聲波清洗是基於超聲波的空化作用,即在清洗液中無數氣泡快速形成並迅速內爆。由此產生的衝擊波將浸沒在清洗液中的工件內外表麵的汙物剝落下來。隨著超聲頻率的提高,氣泡數量增加而爆破衝擊力減弱,因此,高頻超聲特別適用於小顆粒汙垢的清洗。氣泡是在液體中施加高頻(超聲頻率)、高強度的聲波而產生的。因此,任何超聲清洗係統都要具備三個基本元素:盛放清洗液的槽體、將電能轉化為機械能的換能器以及產生高頻電信號的超聲波發生器。

換能器和發生器

        超聲清洗係統重要的部分是換能器。常用的一種壓電換能器,由鋯鈦酸鉛或其他陶瓷製成。 將壓電材料放入電壓變化的電場中時,它會發生變形,這就是所謂的’壓電效應’。

       無論使用何種換能器,通常基本的因素為其產生的空化效應的強度。超聲波和其它聲波一樣,是一係列的壓力點,即一種壓縮和膨脹交替的波(如下圖示)。如果聲能足夠強,液體在波的膨脹階段被推開,由此產生氣泡;而在波的壓縮階段,這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內爆,產生一種衝擊力,特別適用於清洗。這個過程被稱做空化作用。從理論上分析,爆裂的空化泡會產生超過10,000 psi的壓力和20,000 °F (11,000 °C) 的高溫,並在其爆裂的瞬間衝擊波會迅速向外輻射。單個空化泡所釋放的能量很小,但每秒鍾內有幾百萬的空化泡同時爆裂,累計起來的效果將是非常強烈的,產生的強大的衝擊力將工件表麵的汙物剝落,這就是所有超聲清洗的特點。  

       如果超聲能量足夠大,空化現象會在清洗液各處產生,所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔。空化作用也促進了化學反應並加速了表麵膜的溶解。

       然而隻有在某區域的液體壓力低於該氣泡內氣體壓力時才會在該區域產生空化現象,故由換能器產生的超聲波振幅足夠大時才能滿足這一條件。不同的液體存在不同的空化臨界點,故超聲波能量要超過該臨界點才能達到清洗效果。也就是說,隻有能量超過臨界點才能產生空化泡,以便進行超聲清洗。

超聲波頻率

        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,在需要高功率去除汙垢的應用中,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、較小的零件,或清除微小顆粒。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。

超聲波清洗原理圖示:  

        清洗是指清除工件表麵上液體和固體的汙染物,使工件表麵達到一定的潔淨程度。清洗過程是清洗介質、汙染物、工件表麵三者之間的相互作用,是一種複雜的物理、化學作用的過程。清洗不僅與汙染物的性質、種類、形態以及粘附的程度有關、與清洗介質的理化性質、清洗性能、工件的材質、表麵狀態有關、還與清洗的條件如溫度、壓力以及附加的超聲振動、機械外力等因素有關。因此,選擇科學合理的清洗工藝,進行工藝分析。

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浸漬清洗在清洗槽中加入清洗液,將被洗物浸漬其中的清洗方式。由於僅靠清洗液的化學作用清洗,所以洗滌能力弱,需要長時間。循環清洗液。

噴氣清洗在清洗槽內安裝噴氣管(多個吸管),用汽體將清洗液噴射到被洗物上的清洗方式。壓力為20kg/cm2以上。

噴流清洗從槽的側麵將清洗液在液相中噴出,靠清洗液的攪拌力(物理作用)促進清滌。洗滌能力比浸漬清洗強。

刷洗在清洗腔室安裝刷子、工件有專門的支承或夾具、在清洗劑浸漬或淋潤的同時,主要靠刷子與工件的機械磨擦力進行清洗,作為初級清洗、效果直接。

超聲波清洗在清洗槽內安裝超聲波振子,產生超聲波能量(數千個大氣壓的衝擊波),將被洗物全部清洗的方式。

噴淋清洗在清洗槽內安裝噴淋管,在氣相中將清洗液噴射到被清洗物上,壓力不足2kg/cm2。

減壓清洗在清洗槽內產生負壓,由於減壓,洗滌劑能較好地滲透到被洗物的縫隙之間。若和超聲波作用,清洗效果會大大增強。

噴霧清洗在洗滌槽內安裝噴霧管,在氣相中將洗滌噴附到被清洗物上的清洗方式。壓力2-20kg/cm2。 

旋轉筒清洗在槽內安裝旋轉裝置,同時旋轉筒體和攪拌被清洗物。多與噴流、超聲波洗滌組合使用。

搖動清洗在槽內安裝搖動機構,裝入被洗物,使之在洗滌槽內上下運動,多與噴流、超聲波洗滌組合使用。


超聲波清洗機維修保養:

清洗機由超聲波發生器和超聲波換能器組成,超聲波換能器是由壓電陶瓷材料製造的夾芯式換能器,壓電陶瓷材料在交變電場的作用下會產生機械振動。

超聲波換能器常見問題: 

1  超聲波振子受潮,可以用兆歐表檢查與換能器相連接的插頭,檢查絕緣電阻值就可以判斷基本情況,一般要求絕緣 電阻大於5兆歐以上。如果達不到這個絕緣電阻值,一般是換能器受潮,可以把換能器整體(不包括噴塑外殼)放進烘箱設定100 ℃左右烘幹3小時或者使用電吹風去潮至阻值正常為止。 

2  換能器振子打火,陶瓷材料碎裂,可以用肉眼和兆歐表結合檢查,一般作為應急處理的措施,可以把個別損壞的振子斷開,不會影響到別的振子正常使用。 

3 振子脫膠,AG環亞集團的換能器是采用膠結,螺釘緊固雙重保證工藝,在一般情況下不會出現這種情況。 

4 不鏽鋼振動麵穿孔,一般換能器滿負荷使用10年以後可能會出現振動麵穿孔的情況。

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