超声波清洗技术

添加时间：	2020-06-08 14:32:47

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超声波清洗技术是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。  
按频率波可以分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20Hz以下；声波的频率为20Hz~20kHz；超声波的频率则为20kHz以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗机的原因。

一，超声清洗技术工艺及清洗液的选择

在购买清洗系统之前，应对被清洗件做如下应用分析：

1. 明确被洗件的材料构成、结构和数量；

2. 分析并明确要清除的污物；

3. 决定所要使用的清洗方法，判断应用水性清洗液还是用溶剂，需做清洗实验。

只有这样，才能提供合适的清洗系统、设计合理的清洗工序以及清洗液。

化学药剂的选择

考虑到清洗液的物理特性对超声清洗的影响，其中蒸汽压、表面张力、黏度以及 密度应为显着的影响因素。温度能影响这些因素，所以它也会影响空化作用的效率。

任何清洗系统须使用清洗液。水性系统通常由敞口槽组成，工件浸没其中。而复杂的系统会由多个槽组成，并配备循环过滤系统、冲淋槽、干燥槽以及其它附件。

对於使用溶剂的系统，多为超声波汽相除油脂清洗机，常配备废液连续回收装置。超声波汽相清除油脂过程是由溶剂蒸发槽和超声浸洗槽组成的集成式多槽系统完成的。在热的溶剂蒸汽和超声激荡共同作用下，油、脂、蜡以及其他溶於溶剂的污垢就被除去。经过一系列清洗工序后下料的工件发热、洁净、干燥。

    选择清洗液时，应考虑以下三个因素：

1. 清洗效率：选择有效的清洗溶剂时，一定要作实验。如在现有的清洗工艺中引入超声，所使用的溶剂一般不必变更；

2. 操作简单：所使用的液体应安全无毒、操作简单且使用寿命长；

3. 成本：廉价的清洗溶剂的使用成本并不一定低。使用中须考虑到溶剂的清洗效率、安全性、一定量的溶剂可清洗多少工件利用率高等因素。当然，所选择的清洗溶剂须达到清洗效果，并应与所清洗的工件材料相容。水为普通的清洗液，故使用水基溶液的系统操作简便、使用成本低、应用广泛。然而对於某些材料以及污垢等并不适用於水性溶液，那么还有许多溶剂可供选用。

    二，超声波清洗技术清洗件处理

超声清洗的另一个考虑因素是清洗件的上、下料或者说是放置清洗件的工装的设计。清洗件在超声清洗槽内时，无论清洗件还是清洗件篮都不得触及槽底。清洗件总的横截面积不应超过超声槽横截面积的70%。橡胶以及非刚化塑料会吸收超声波能量，故将此类材料用於工装时应谨慎。绝缘的清洗件也应引起特别注意。工装篮设计不当，或所盛工件太重，纵使好的超声清洗系统的效率也会被大大降低。任何材料，如果网眼高於50目，对于超声波就表现出实体的性能，将超声波反射回去。当网眼大於1/4英寸时，对於超声波才表现出开放式材料的性能。钩子、架子以及烧杯都可用来支持清洗件。

    三，超声波清洗技术参数

1，超声频率:

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，工作噪音不***变得很大，而且可能超出职业安全与保健法或其他条例所规定的安全噪音的限度。在需要高功率去除污垢而不用考虑工件表面损伤的应用中，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于清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。

高频通常被用于清洗较小、较精密的零件，或清除微小颗粒。高频还被用于被工件表面不允许损伤的应用。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。高频的另一个优势在于减小了粘滞边界层（泊努里效应），使得超声波能够'发现'极细小的微粒。市场上常用频率的产品有28KHz、32KHz、40kHz。

2，功率密度:

功率密度=发射功率(W)/发射面积(cm2),通常≥0.5W/cm2.超声波的功率密度越高,空化效果越强,清洗速度越快,清洗效果越好.但长时间,高密度的清洗,容易造成清洗物件表面产生"空化"腐蚀。

3，清洗温度:

一般来说,超声波在50℃-85℃时,效果好。
    四，影响超声波清洗因素

清洗介质：采用超声波清洗，一般有两类清洗剂即化学溶剂和水基清洗剂。清洗介质的化学作用可以加速超声波清洗效果，超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，依对物件进行充分的清洗。 　

功率密度：超声波的功率密度越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越好，但对于精密的表面光洁度甚高的物件，采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生空化、腐蚀。

超声频率：超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度大，作用也越强，适用于工件粗、脏、初洗，频率高则超声波方向性强，适合于精细的物件清洗。

清洗高温：一般来说，超声波在50°C~60°C时的空化效果好，清洗剂也不是温度越高，作用越显著，有可能会高温失效，通常超声波在超过85°C时，清洗效果已变差。所以实际应用超声波清洗时，采用50°C~70°C的工作温度。
    五，超声波清洗技术应用领域

电器工业方面超声波可以清洗机器零部件、继电器、开关、印刷电路板、电位器、真空管零件、半导体元件、硅片、电容器、照相机快门等；印刷板油墨、焊料、油质防腐剂、石蜡、磨料、染料；绣、氧化物、盐、手垢、尘土等。

1，玉石加工、钟表、光学、机械等精密工业

在玉石加工、钟表、光学、机械等精密工业方面超声波可以清洗仪器、仪表、钟表字盘、零部件；齿轮、弹簧、轴承、宝石、透镜、眼镜架、贵金属装饰品；涂料、喷漆、油脂、复合物、玻璃纤维有机性清洗液（三氯乙烯、氟溶液）；染料、塑料残留物。

2、汽车行业：

在汽车业方面超声波可以清洗气门、点火栓、气化栓、燃料泵、蓄电池电极、活塞环、及其操纵盘零件、摩托车和汽车油箱；油、油脂、防腐剂、机械切屑、塑料残留物、研磨磨料、玻璃纤维、尘埃、石墨、焦油。

3、橡胶工业：

在橡胶工业方面超声波可以清洗手套、带、轮胎、外科医用橡胶手套；指纹、尘埃、染料、防腐剂、墨迹、塑料残留物、橡胶残渣。

4、奶酪、酿造业：

在奶酪、酿造业方面超声波可以清洗瓶子、盖、烹调器具、料理盘碟；食物残留物、指印、尘土、染料、蛋白、标签印刷上彩前的墨迹。

5、航空工业：

在航空工业方面超声波可以清洗燃料油过滤器、燃料仪器、仪器仪表、注入喷嘴、流量控制设备、机械控制设备用的零件、水力、水压系列产品氧化物、尘土、切屑、油类、油脂、磨粉、防腐剂；锈、碳、水垢。

6、印刷行业：

在印刷业方面超声波可以清洗旋转机、金属板；墨迹、指纹、油、染料；公共事业、电力、煤气、新闻通讯路灯、燃料油表、电力计、灯泡、软片、电传机；墨迹、油、尘土、纱屑、锈、泥、接触海水的盐分。

7、原子能工业：

在原子能工业方面超声波可以清洗控制棒、燃料泵、铝管类、容器、玻璃、分析试料；放射能量粒子、尘埃、硅油、油脂。

8、医疗行业：

在医疗行业超声波可以清洗注射器、手术机械、吸量管、玻璃容器、食道镜、齿科机械、直肠镜、方向镜、显微镜用试料玻璃；血液、凝胶体、指纹、料理物残留物、蛋白（卵白）、混入血液中的污垢。

9、金融机关：

在金融机关超声波可以清洗图章、标签、号码机、高级陶瓷、银制品手垢、尘土、指纹、印泥、糊状物等。

10、机械工具：

超声波可以清洗的丝杆、喷嘴、齿轮、夹具、固定装置用附件、弹簧、气门、游标卡尺等工量具；磨料、铁屑、防锈剂、复合物、切削油、冷却油、研磨油、尘土、抛光蜡、氧化物。

11、电镀工业

电镀工艺对工件表面清洁度要求较高，而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。利用超声波清洗技术，可以替代溶剂清洗油污；可以替代电解除油；可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。超声波清洗技术的应用，可以使许多传统的清洗工艺得到简化，并大大提高清洗质量和生产效率。特别是对那些形状较为复杂、边角要求较高的工件更具有优越性。利用超声波清洗技术，还可以在很大的范围内替代强酸、强碱的作用，大大减少对和环境的污染，并改善工人的劳动环境，降低劳动强度，对保护生态环境，作出贡献。
六，超声波清洗技术工艺

光学镜片加工中不同的工序应有不同的清洗工艺，从整体流程看，可分为四道工序：洗涤、漂洗、脱水、干燥。
1，洗涤：主要利用有机溶剂如三氯乙烯对上盘胶、蜡、防霉剂等的高度溶解而达预洗目的，然后利用洗涤剂对镜片表面的湿润、渗透、乳化而综合成的去污作用。

2，漂洗：通过清水对镜片表面的冲洗及超声作用，使洗涤后松散于镜片表面的洗涤剂脱离镜片表面。

3，脱水：经漂洗后的镜片表面含有大量水分，进入脱水剂中进行脱水，脱水剂多为有机溶剂，和水能充分混溶。 
4，干燥：干燥剂应和脱水剂沸点相近，互溶性好，

干燥过程大略为：
(1)干燥剂蒸汽在镜片表面冷凝为液体；
(2)干燥剂液体和镜片表面的脱水剂形成共沸物；
(3)一部分共沸物形成蒸汽离开镜片表面；
(4)一部分共沸物以液体的状态流经镜片表面对镜片引冲洗作用。经过这些过程后，使镜片表面洁净、干燥。由于使用的脱水剂及干燥剂均为有机溶剂，对环境及操作人员都有或多或少的影响，为了避免这些影响，现代的超声波清洗技术已对干燥工艺进行了改良，使用纯水漂洗，而省略脱水，漂洗后的镜片表面为纯水状态，再由过滤的热风干燥，既为快速、有效地干燥镜片，又可避免有机溶剂对环境及工作人员的影响

七，超声波清洗技术的应用

1、超声波在电子行业的应用

电子行业是超声波清洗应用早，zui为普及的行业。

电子零件的清洗：电子零件，如半导体管的壳座、IC的壳座、晶体的壳座、继电器的壳座、电子管座等。

电子元器件的基体清洗：电子元器件的基体是由半导体材料制成并封装在金属或塑料壳座中形成的，在封装前，不但对壳座须清洗，而且也须对基体进行清洗，如IC芯片、电阻、晶体、半导体、原膜电路等。

PCB板的清洗：中国电子行业中，绝大多数企业都在使用PCB，PCB组件焊接采用的助焊剂分为水溶型、松香型和免清洗型三类，使用较多的为前两种，多采用超声波清洗（也有不少是采用酒精刷洗），免清洗型原则上应该不清洗，但是，目前世界各国的大多数厂家即使采用免清洗型焊剂焊接组件，仍需要清洗。特别是高密度PCB以及高密度IC出脚不清洗或不采用超声波清洗，必将导致高密度线路之间和IC出脚之间吸附尘埃，一旦环境湿度大，极易发生高密度线间和脚间短路而出现故障，而一旦环境干燥，短路故障又自行消失，这类故障又不易查找。所以世界各国的电子整机厂均坚持对PCB板作超声波清洗。在中国，军工电子整机厂已开始推广，并收到了因此举既提高了产品可靠性，又降低了售后服务成本的双重效益。

接插件、连接件、转接器等器件的生产中，电镀和组装前也须清洗，否则吸附在这些组装零件上的灰尘、油污必将影响其导电和绝缘性能，特别是一些复杂的多芯连接器尤其如此。

电子材料加工成型后的清洗：如晶片、硅片、压电陶瓷片等电子材料是供给元器件厂家的产品，其产品出厂前须清洗，特别是作出口业务的厂家，其产品清洗成为一大难题，超声波清洗是有效的途径。

2、超声波清洗在机电行业中的应用

机电行业中，从机械零件到机械部件，从电器零件到电器部件都有清洗的要求，如齿轮、曲轴乃至齿轮箱，又如电器零件上机械和电器的组合件，还有一些精密机械零件和电器零件，这些都离不开清洗，大多数企业采用的是传统的清洗方法，诸如浸润清洗、喷淋清洗。这种清洗方法不但劳动强度大，而且易造成环境污染和水资源浪费。目前，不少企业开始进行技术改造，采用超声波清洗以消除传统清洗的弊端，特别是一些形状复杂的机械零件，是传统清洗所无能为力的。

3、超声波清洗在制药工业的应用

超声波清洗技术经过众多制药企业的应用而得到广泛使用，特别是对西林瓶、口服液瓶、安瓶、大输液瓶的清洗以及对丁基胶塞、天然胶塞的清洗方面，已经得到首肯。对于瓶类的清洗，是用超声波清洗技术代替原有的毛刷机，它经过翻转注水、超声清洗、内外冲洗、空气吹干、翻转等流程而实现的。

4、超声波清洗在轻纺行业中的应用

轻工行业，如空调、冷柜、冰箱中的压缩机；钟表零件、手表元件等；纺织行业，如精密纺织器材、喷丝嘴等；珠宝行业，如金银首饰、珠宝玉器等，都需要清洗，有些零件、部件和组件，如压缩机、喷丝嘴等或形状复杂，或盲孔、微孔，只能由超声波清洗，有些规模生产厂甚至采用超声波链式或升降式成套设备。

5、超声波清洗在表面处理行业的应用

表面处理是轻工行业的组成部分，包含机械零件电镀、金属和非金属机箱柜涂覆、光学玻璃或镜片镀膜等，电镀前后或涂覆前的清洗采用超声波清洗技术已成为一种新的典型工艺，特别是军工电子产品中的一些多芯插座，因质量要求须进行电镀，而电镀后其质量要求多芯之间须绝缘，往往因电镀后致使多芯间不绝缘，采用丙***、酒精等方法浸润清洗后测试其阻值要求无穷大，但达不到质量要求，而采用超声波清洗，经烘干后，则完全达到质量要求。将超声波直接引入电镀还可提高镀液的匀度和镀层的密度。

超声波除油

将黏附有油污的制件放在除油液中，并使除油过程处于一定频率的超声波场作用下的除油过程，称为超声波除油。引入超声波可以强化除油过程、缩短除油时间、提高除油质量、降低化学药品的消耗量。尤其对复杂外形零件、小型精密零件、表面有难除污物的零件及绝缘材料制成的零件有显著的除油效果，可以省去费时的手工劳动，防止零件的损伤。

超声波除油的效果与零件的形状、尺寸、表面油污性质、溶液成分、零件的放置位置等有关，因此，更佳的超声波除油工艺要通过试验确定。超声波除油所用的频率一般为30kHz左右。零件小时，采用高一些的频率；零件大时，采用较低的频率。超声波是直线传播的，难以达到被遮蔽的部分，因此应该使零件在除油槽内旋转或翻动，以使其表面上各个部位都能得到超声波的辐照，受到较好的除油效果。另外超声波除油溶液的浓度和温度要比相应的化学除油和电化学除油低，以免影响超声波的传播，也可减少金属材料表面的腐蚀。

6、超声波清洗技术在磷化处理中的应用

产品喷涂前处理工艺非常重要，一般的传统工艺使用酸液对工件进行处理，对环境污染较重，工作环境较差，同时，***大的弊端是结构复杂零件酸洗除锈后的残酸很难冲洗干净。工件喷涂后，时间不长，沿着夹缝出现锈蚀现象，破坏涂层表面，严重影响产品外观和内在质量。超声波清洗技术应用到涂装前处理后，不***能使物体表面和缝隙中的污垢迅速剥落，而且涂装件喷涂层牢固不会返锈。

7、超声波清洗在铁路段修领域的应用

中国铁道部《三机检修规程》以及铁路系统的一些段修技术规程都涉及到清洗。超声波清洗在铁路系统的应用较为普遍，但用于对列车空调机组、柴油发动机组、机车散热器等大型设备的不拆御清洗则是一个崭新的课题。中国检修客车的车辆段，采用超声波清洗设备对列车空调的不拆御清洗实为******之举。其劳动强度的减低、清洗质量的提高、环境保护成本的降低、文明生产、现场管理水平的提升，均开创了一个新的局面，但目前的普及水平很低。

8、超声波清洗在军事装备领域的应用

军事装备不外乎光、机、电类装备或光、机、电一体化装备，军事装备在储备状态下，储存于军事仓库，这些装备在储备、训练、演习状态均免不了尘埃、污垢的吸附、污染，特别是一些复杂的兵器装备靠人工擦拭保养，难度较大，而一旦采用超声波清洗技术保养兵器装备，问题就迎刃而解。《中国电子报》2001.04.17 文/杜水源超声清洗器的作用：超声波清洗器是一种无损无污染的清洗设备。它是利用超声波在液体中的空化作用，产生非常强大的能量，将污粒从物体上剥落以达到清洗之目的；同时超声波在液体化学反应中还能起到加速溶解和乳化作用，并能有效的脱去液体中的气体。

9、超声波清洗在电镀、喷涂前工艺应用

产品喷涂前处理工艺非常重要，一般的传统工艺使用酸液对工件进行处理，对环境污染较重，工作环境较差，同时，***大的弊端是结构复杂零件酸洗除锈后的残酸很难冲洗干净。工件喷涂后，时间不长，沿着夹缝出现锈蚀现象，破坏涂层表面，严重影响产品外观和内在质量。超声波清洗技术应用到涂装前处理后，不***能使物体表面和缝隙中的污垢迅速剥落，而且涂装件喷涂层牢固不会返锈。　

利用超声波在液体中产生的空化效应，可以清洗掉工件表面沾附的油污，配合适当的清洗剂，可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。　

电镀工艺，对工件表面清洁度要求较高，而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。利用超声波清洗技术，可以替代溶剂清洗油污；可以替代电解除油；可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮
八，超声波清洗的基础

（1）空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。

（2）直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在0.5W/cm2时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生流动，流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。

（3）加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。
九，超声波清洗的原理

关于“超声波清洗”：由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质---清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500μm的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中,当团体粒子被油污裹着而黏附在 清洗件表面是,油被乳化,固体粒子及脱离,从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面清洗净化的目的。

第二超声波在液体中传播，使液体，与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声。

另外，在超声波清洗过程中，肉眼能看见的泡并不是真空核群泡，而是空气气泡，它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全拖走，空化作用的真空核群泡才能达到更佳效果。

十，超声波清洗技术的特点

1、清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致

2、清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠 3、对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净

4、对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工等。

超声波清洗方式超过一般的常规清洗方法，特别是工件的表面比较复杂象一些表面凹凸不平、有盲孔的机械零部件，一些特别小而对清洁度有较高要求的产品如：钟表和精密机械的零件，电子元器件，电路板组件等，使用超声波清洗都能达到很理想的效果。