超声波清洗原理及工艺

摘 要：超声波清洗技术以其清洗洁净、清洗快速，并节省大量人力、物力而得到广泛应用。现从超声波的清洗原理、超声波清洗机构成、超声波清洗工艺等几个方面提供意见，以供参考。

关键词：超声波；清洗；清洗剂

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.042

就目前来看，制动阀零件清洁一直都是一个难点问题，制动阀零件内部结构复杂，在运行过程中，容易沾上大量的铁碎与粘砂，清洁起来难度较高。要从本质上解决这一问题，需要创新传统的清洁技术，目前，超声波清洗设备已经开始在制动阀零件清洁中得到了广泛应用，并取得了良好的成效。

1 超声波清洗原理分析

超声波与声波类似，均为机械振动在介质中的传播，只是两者的频率有所差异。利用超声波清洗设备，可以借助于超声波的作用产生振动，通过该种疏密相间的振动来拉伸、压缩液体，在“疏”的位置，形成空穴，“密”的位置则会产生压缩。在超声波的振动下，清洗液内部会频繁拉伸、压缩，促使微气泡产生、破裂，在破裂时，周围清洗液会进入气泡中心，以巨大的速度产生水击。在具体运行过程中，通过肉眼是可以直接观察到整个作用过程的，此时，如果将手指放置在清洗液中，会产生针刺的感觉。这就是超声波的超声空化现象。经过一段时间的清洗之后，外表的污垢会慢慢脱落，达到清洁的目的。

2 超声波清洗机的构成分析

超声波清洗机由如下几个部分构成：

（1）超声波系统。超声波系统包括換能器、超声波发生器两个部分组成。其中，换能器是清洗设备中的核心部件，能够将电功率转化为机械振动，并借助于不锈钢槽体辐射来促使清洗工作的顺利完成。超声波发生器的主要元件为超音频IGBT电力电子器件，在系统的运行过程中，起着重要的辅助作用。

（2）加热与温度控制系统。加热与温度控制系统也是超声波清洗系统中不可或缺的重要组成，加热清洗剂，可以获取满意的洗涤效果，系统在运行过程中可以自动控制温度，根据清洗设备的差异自动来调节温度。

（3）清洗槽。现行的清洗槽多由不锈钢氩弧焊接制作而成，硬度高。

（4）槽液循环过滤系统。在槽液循环过滤系统之中，设置了过滤

器，可以实现动态过滤，有效提高了槽液的清洁度。

（5）输送系统。在清洗前，系统可以根据被清洗件的体积、形状、数量等来确定清洗控制和输送方式。

（6）喷淋漂洗系统。喷淋漂洗系统可以根据被清洗件的实际情

况，配合相应的漂洗工具，将喷淋清洗工艺与超声波清洗工艺相结合，达到理想的清洗效果。

（7）烘干系统。烘干系统属于清洗设备的辅助系统，主要包括风

机、加热器、吹风喷嘴组成。

3 超声波清洗工艺的应用

为了确保超声波清洗的质量，必须要选择适宜的清洗工艺，控制好功率密度、超声波频率、超声波清洗时间等指标，具体来看，需要注意几个事项：

（1）超声波频率的选择。超声波清洗系统中最为关键的就是选择好超声波频率，这对最终的清洗效果起着决定性影响，频率越低，清洗效果越好，但是在清洗过程中会产生较大的噪音。因此，如果没有特殊的要求，超声波频率一般控制在20千赫左右，此时空化效果理想，清洗效果也非常好。

（2）功率密度的选择。在超声波清洗过程中，随着功率密度的增加，清洗效果也会逐渐提高，但是如果功率密度过高，容易对清洗件造成侵蚀影响，损伤清洗件的表面，这就是我们常说的空化腐蚀。这一问题对于各类镀层清洗件的影响非常突出。为了在保证清洗效果的同时避免对清洗件造成损伤，对于形状复杂、油污情况严重、有盲孔或者深孔的被清洗件，可以适当增加功率密度，抵消作用距离短、衰减大的问题。如果清洗液的粘度较小，可以适当减少超声波功率密度。

（3）清洗时间的控制。超声波清洗时间与清洗效果有着直接关系，如果清洗时间过短，无法达到清洗要求，如果清洗时间过长，不仅影响工效，且会由于清洗的空化腐蚀作用影响了清洗件的表面质量。

（4）清洗时间与放置方式。一般情况下，在清洗方式的选择上，是将被清洗件直接放置在槽内，对于外形尺寸较大的零件，多采用局部清洗法，将被清洗件部分放置在槽内，在清洗完毕后，再将其余部分放置在槽内，直到完全清洗完毕。

（5）清洗液的选择。清洗液的选择，要满足几个要求，对于油脂、油污、膏状粘附物，要起到良好的溶解效果，并具备表面张力，粘度和密度，确保空化作用可以顺利完成。同时，要尽可能减少超声波在清洗液中的能量衰减，安全无毒，对环境的副作用小。

目前，常用的超声波清洗液有金属清洗剂清洗液、碱性清洗液、混合烃类有机溶剂、卤代烃类有机溶剂等，其中，卤代烃类有机溶剂对油污的溶解效用更高，振荡程度高，更加适宜应用在超声波清洗领域之中。在具体的清洗流程上，可以分为洗涤、漂洗、脱水、干燥四个流程，洗涤是利用有机溶剂的溶解达到去污作用，再借助清洗剂的湿润、渗透以及乳化来完成去污；漂洗则是通过清水的作用将洗涤剂脱离于清洗工件表面；在漂洗之后，清洗物中有大量水分，需要采用脱水机进行脱水处理；最后，利用风速、温度让清洗件表面可以快速干燥，达到清洗效果。

4 小结

超声波清洗具有清洗净度高、速度快和清洗均匀等特点。广泛应用于精密零件装配、成型和加工等生产环节。普遍要求既能够均匀的清洗掉尘埃或颗粒附着物、机油、水点等污物又不能对被清洗工件产生损伤。由于能够穿透细微的缝隙和小孔， 所以能清洗复杂形状的零件， 超声波清洗也被广泛应用于阀类零件。超声波清洗是现代工艺最有效和不可缺少的清洗手段，超声波清洗技术将被更加普遍的应用在生产和生活的各个领域。

参考文献：

[1]梁治齐主编.实用清洗技术手册第二版[M].化工出版社，2005.

[2]胡兴军，杨燕.超声波清洗技术的应用及优势[J].苏南科技开发，2004（06）.

[3]陈思忠.超声波清洗技术与进展[J].洗净技术，2004（02）.

作者简介：李伟烈（1988-），男，湖南湘潭人，助理工程师，研究方向：制动系统工艺。