超声波清洗设备及清洗工艺

超声波清洗设备主要由超声波发生器及清洗槽两大部分组成。在被清洗件批量较大的情况下，还附有清洗液循环装置；有时为了实现清洗过程自动化，还附有被清洗件传送装置。一般情况下，超声波发生器和清洗槽是两个结构上互相独立的装置，它们之间仅用一根电缆线连接起来，以传送电功率。但也有的超声波清洗设备是将发生器与清洗槽组合为一体的。超声波发生器是产生超声频电信号的功率源。常用的超声波发生器从结构上分为:电子管式、晶体管式、可控硅管式和高频电机式四种。其中可控硅管式超声波发生器体积小、效率高、操作简便。超声波发生器的外部结构为一箱体，内装有各种电气元件。为了保证这些电气元件的正常工作，在功率较大的超声波发生器内还装有冷却风扇。发生器外部设有控制台，控制台上设有电源开关、高压开关、功率调节旋钮、频率调节旋钮以及显示阴极电流和屏极电压的电流、电压表。可控硅管式超声波发生器无频率调节旋钮。超声波清洗槽由不锈钢槽体、换能器及支架等组成。换能器是超声波清洗设备中的主要部件，换能器的功用是将超声波发生器输送过来的电功率转换成超声波的机械振动，然后通过不锈钢槽体的辐射，来促使清洗液也产生超声波的机械振动。常用的换能器有磁致伸缩型及压电型两种。磁致伸缩型换能器用铁、镍、钻等铁磁性材料或其合金制成，利用其磁致伸缩效应在高频电流所形成的磁场中发生超声波的机械振动。压电型换能器是用压电晶体材料(如锆钦酸铅、钛酸钡等)制成，利用其压电效应，将电能转换为超声波的机械振动。压电型换能器激发的超声机械振动属高频,适用于小型零件及形状复杂零件的清洗。为了获得较高的转换效率，换能器应尽可能地工作在其固有频率上。因为只有当外加电压的频率与换能器的固有频率相等或相近时，就会产生共振现象，此时输出的超声波有最大的振幅值，方能得到最大的输出功率。压电型换能器的换能效率要较磁致伸缩型换能器为高，而且结构简单，超声波分布均匀，因此被广泛采用。从结构上看，压电型换能器是在两种不同密度的材料铁块和铝块之间放置二片锆钛酸铅压电晶体，然后用螺栓将其夹紧连接而成。一般情况下，在一个清洗槽上往往均匀分布地粘结有若干个换能器，其数量视超声波发生器的输出功率大小而定。同一组各个换能器的阻抗应相等或相近，以便使各个换能器上载荷均衡。同时还要求各个换能器的工作频率一致(频率差应在士0.1%范围内)，这样方能使各个换能器均有较高的转换效率。为此，同一台设备的换能器必须按阻抗及工作频率进行选配，选配好的换能器用E-1胶粘结在清洗槽体槽外底部。换能器与清洗槽体的粘结工艺及E-1胶的配方附于本节末。为了能满足超声波清洗大型零件的需要，还有一种可以浸没在清洗液中工作的所谓浸没式换能器。浸没式换能器外面有密封的壳体，使用时，可以根据大型工件的形状，将换能器自由放置于清洗槽内，以达到用较小功率的换能器，来清洗较大工件的目的。为了使超声波清洗设备的工作状态最佳，其发生器的输出阻抗与换能器的总的动态阻抗应相一致，发生器与换能器的工作频率也应相一致。这样，在额定工况下，超声波发生器通过换能器转换出来的声功率最大。