超声波清洗机的应用及清洗剂的选择.docx

超声波清洗机的应用及清洗剂的选择一、 超声波清洗机清洗原理：1•什么是超声波？众所周知，人们所听到的声音是频率20〜20000Hz的声波信号，高于 20000Hz的声波称之为超声波即超出人类听觉范围外的声波2. 超声波清洗工作原理：超声波电源将50Hz的日常供电频率利用发生器改变为高于20KHz的高 频电讯号，通过换能器转换在为高频的机械振荡而传入到清洗介质中，超声 波疏密相间的向前辐射，使液体流动，并产生数以万的微小气泡，这些气泡 是在超声波纵向传播的负压形成及生长，而在正压区迅速闭合（熄灭）这 种微小气泡的形成、生长、迅速闭合称为“空化效应”，这种现象也叫“空 化现象”产生空化现象时气泡闭合时形成超过1000个大气压的瞬时高压 和几百度的高温，连续不断产生的瞬时高压就象一连串小爆炸不断地轰击物 体表面，使物体表面的凹凸不平及微小缝隙中的脏物迅速脱落，从而达到工 件彻底清洁的目的二、 超声波清洗机（清洗装置）结构功能简介及安装方法（只详细讲解单槽机）:1•何谓超声波清洗装置：不锈钢清洗槽，安装在槽底或一侧的换能器（震子或震头），加上超声波发生 器（通俗说法叫电控箱）；或现有普通设备中，已有清洗槽，加浸入式超声 波震板，改装成为超声波清洗槽，然后配上超声波发生器，都可以叫超声波 清洗装置。

所有的浸入式震板，适用于各种情况的要求及入置形式，如挂边式、沉底式、浮 面式等2. 换能器及震板安装方式：一般来说，超声波换能器具体安装粘贴在槽体的底部、侧面还是底部和 侧面都粘贴换能器，要根据清洗工件的原有特性如大小、材质、形状，以及 要清洗的污渍特性等来确定基本安装方式有：底震式、侧震式、顶置式三 种比如除油清洗，通常情况下采用底震式，但是如果工件又大又长，几个 面还有通孔、盲孔，而且盲孔又深又小，这时需采用底震式+侧震式的方式， 即两个面或者三个面都要粘贴换能器才能达到清洗干净的效果如果是不锈 钢工件如不锈钢表壳、表带、不锈钢刀叉等经过抛光后的除蜡清洗，由于蜡 质经过清洗后会沉集在槽底，经常的与钢板摩擦，会加大钢板的损耗，同时 换能器的功率散发不出来，容易造成换能器炯烧，很容易烧掉所以普遍采 用侧震式，当然，工件非常大的情况下还是要几种方式都要采用的，这样使 用时需经常进行掏渣处理对于一些大型工件如牵引机车的空调机组、热交 换器、航空航天的飞机论毂、大型发电机的转子定子的除油清洗，由于油渍 污渍严重很难清洗，因此在清洗槽中的四面及底面都安置有超声波震板现有普通设备中，已有清洗槽，可以在槽里加超声波震板即成为超声波 清洗装置。

超声波震板按照放置的方有挂边式、沉底式、浮面式等3. （单槽机）组成部分及功能：a. 清洗槽：盛放待洗工件通常由不锈钢制成，可安装加热及控温装置b. 换能器和超声波发生器：将电能转换成机械能的执彳丁兀件和控制系统 换能器采用压电陶瓷换能器c. 电源：为换能器提供所需电能采用逆变电源，进口 IGBT元件，安装过流保护线路d. 清洗篮（工装夹具）：使用材料一般采用不锈钢网板及不锈钢钢枝制成的网篮，也有用有机玻 璃烧杯和塑胶洗篮的在清洗小零件物品时，常使用网篮，由于网眼要 引起超声衰减，要特别引起注意当频率为28khz时使用10mm以上的网 眼为好4. 机器的安装：一般情况下超声波使用电源都是单相220V/50Hz，加热装置可以根据用 户工厂实际用电配置来定，既可以选择单相220V/50Hz，也可以选择三相五 线220V/50Hz，安装时可靠接地就行5. 超声波清洗的几个注意问题：机器在使用过程中，由于环境或其它因素的影响，可能引起故障，换 能器压电陶瓷如受潮，导电粉尘的污染以及外来剧烈撞击，将会产生漏电、 短路、陶瓷晶片破裂，换能器脱落等故障，超声波发生器在电源电压大幅 度波动等影响下，也会出现元器件损坏、变压器烧毁等故障。

因此，使用 过程中应注意：a. 清洗槽内无清洗液时，绝对不能启动超声，否则会导致损坏换能器的严 重后果b. 槽内无清洗液或清洗液未达到水位要求时，绝对禁止加热，否则会损坏 发热板或发热线c. 不得将物体直接放入清洗槽，如有异物落入槽底应及时取出，否则会损 坏超声波换能器d. 在使用过程中防止清洗液溢出缸面，特别是漂洗于液面的泡沫应及时清 除，以免引起换能器和线路故障e. 切不可使用可燃性溶剂作清洗液f. 紧急停机时应按电源按钮，正常情况下断开机器总电源前应将控制面板 上的开关全部断开g. 旧液换新时，排液应在温控旋转开关、超声波开关置于“关闭”的位置 及在常温下进行h. 清洗槽内沉积物过多时应及时放液冲洗清除i. 环境湿度过大时应经常将换能器上附着的潮气、水珠吹干j. 在清洗槽注满清洗液的情况下应尽量避免推动或搬移机体k. 避免强力撞击超声清洗槽底6•简单故障与排除：a. 清洗槽加热失效：检查该槽发热板是否烧毁b. 无超声波：检查保险座内保险是否烧毁，超声波发生器元件是否损坏或 在运输过程中磁棒震脱、与线路基板的连接是否断开，换能器有否短路c. 超声波减弱：振板表面堆积有脏物换能器如受潮、导电粉尘沾染及强 击，产生漏电、短路、击穿、裂纹甚至脱落，引起超声波强度减弱。

三、超声波清洗机换能器频率、功率及清洗剂的选择：1. 频率的选择：目前超声波清洗机的工作频率根据清洗对象，大致分为三个频段：低频 超声清洗（20〜50KHz），高频超声清洗（50〜200KHz）和兆赫超声清洗 （700KHz〜1 MHz以上）低频超声清洗适用于大部件表面或者污物与清洗件表 面结合强度高的场合频率的低端，空化强度高，易腐蚀清洗件表面，不适 宜清洗表面光洁度高的部件，而且空化噪声大超声空化阈值和超声波的频率有密切关系频率越咼，空化阈越咼，换 句话说，频率越高，在液体中要产生空化所需要的声强或声功率也越大；频 率低，空化容易产生同时在低频情况下，液体受到的压缩和稀疏作用有更 长的时间间隔，使气泡在崩溃前能生长到较大的尺寸，增高空化强度，有利 于清洗作用40KHz左右的频率，在相同声强下，产生的空化泡数量比频率 为20KHz时多，穿透力较强，宜清洗表面形状复杂或有盲孔的工件，空化噪 声较小但空化强度较低，适合清洗污物与被清洗件表面结合力较弱的场合 高频超声清洗适用于计算机精密零部件的清洗对于一些难清洗干净的污物, 例如金属表面的氧化物，化纤喷丝板孔中污物的清洗，则需要采用较高的声 强。

此时被清洗面应贴近声源，这时大多不采用槽式清洗器，而用棒状聚焦 式换能器直接插入清洗液靠近清洗件的表面进行清洗而微电子元件的精密 清洗，如磁盘、驱动器，读写头，液晶玻璃及平面显示器，微组件和抛光金 属件等的清洗，这些清洗对象要求在清洗过程中不能受到空化腐蚀，要能洗 掉微米级的污物兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及簿膜等的清洗， 能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤，因为此时不产生空 化其清洗机理主要是声压梯度，粒子速度和声流的作用特点是清洗方向 性强，被清洗件一般置于与声束平行的方向2. 功率的选择：超声波清洗效果不一定与（功率X清洗时间）成正比，有时用小功率， 花费很长时间也没有清除污垢而如果功率达到一定数值，有时很快便将污 垢去除若选择功率太大，空化强度将大大增加，清洗效果是提高了，但这 时使较精密的零件也产生蚀点，得不偿失，而且清洗缸底部振动板处空化严 重，水点腐蚀也增大，在采用三氯乙烯等有机溶剂时，基本上没有问题，但 采用水或水溶性清洗液时，易于受到水点腐蚀，如果振动板表面已受到伤痕， 强功率下水底产生空化腐蚀更严重，因此要按实际使用情况选择超声功率3. 清洗剂的选择：a. 清洗剂的分类：目前市面上清洗剂的厂家很多，清洗剂的品种也五花八门，按照是否与 水互溶来分，有可溶于水的水基清洗剂和不溶于水的溶剂型清洗剂。

b. 非ODS溶剂和环保清洗剂：ODS溶剂即对地球环境特别是对地球大气层中臭氧层中的臭氧起破坏 作用、造成地球环境恶化如全球气温上升、气候变暖等等的有关像氟利昂 （CFC-113），三氯乙烷（TCA），二氯甲烷，四氯化碳，四氯乙烯（也称全 氯乙烯）、天腊水、苯、甲苯等氟化物、卤代烃化合物的统称在中国使用ODS溶剂最典型的行业是液晶LCD （液晶）的清洗，LCD清 洗属于精密清洗领域，对清洗的质量、效率要求很高，以前LCD工厂大多使 用的是ODS清洁剂和超声气相清洗技术，在国际上加速淘汰ODS清洁剂的压 力下，LCD厂正在积极选用替代ODS清洁剂（或称非ODS清洗剂），替代清洗 剂必须保证清洗的LCD质量不低于原用ODS清洗剂的清洗标准，甚至更高到目前为止，LCD行业已有15家企业参与了《中国清洗行业ODS整体 淘汰计划》，并获得国际多边基会赠款其中已有10家企业的替代设备投 入运行但仍有少数LCD厂继续使用CFC-113及TCA部分已淘汰ODS清洗 剂的企业也面临进一步优选工艺、设备及非ODS清洗剂，以便提高LCD清洗 品质及效益的问题适用于LCD行业的非ODS清洗剂有水基、半水基和溶剂型三种，水基、 半水基清洗剂适用于超声水洗工艺路线，溶剂型清洗剂适用于气相超声清洗 工艺路线。

水基、半水基及溶剂型三种替代清洗剂中，水基清洗剂的清洗速度远远不及 溶剂和半水基型清洗剂其原因有二：一是水基清洗剂去除LCD残留液晶以 表面活性剂与液晶的乳化作用为主，乳化对超声波的依赖性较大；二是水的 表面张力比溶剂大，对狭缝的湿润性能较差而表面张力较低的半水基和溶 剂型清洗剂与液晶是一种溶解作用可用于直接替代CFC-113气相清洗剂的溶剂型清洗剂包括HCFC、HFC、n-PB、 HFE、低沸点碳氢化合物及其含氧衍生物其中HCFC类如HCFC141b、HCFC225, 因ODP （臭氧层破坏系数，CFC-113 = 1）值不等于0,为过渡性替代物；n-PB 等卤代烃在有水存在时对ITO具有较大的腐蚀性，而且n-PB的毒性至今尚无 定论；HFC及HFE类的优点是ODP等于0,但价格昂贵，且HFC4310具有极 高的GWP值（地球温室效应系数），低沸点的碳氢化合物及其含氧衍生物最 大的问题是易燃易爆，使用该类清洗剂必须采用有防爆功能的清洗设备4•影响清洗效果的几个因素：a. 温度的影响：水清洗液最适宜的清洗温度为40-60^，尤其在天冷时若清洗液温度低空化 效应差，清洗效果也差因此有部分清洗机在清洗缸外边绕上加热电热丝进 行温度控制，当温度升高后空化易发生，所以清洗效果较好。

当温度继续升 高以后，空泡内气体压力增加，引起冲击声压下降，反应出这两因素的相乘 作用b. 清洗剂的影响：清洗剂的选择要从两个方面来考虑：一方面要从污物的性质来选择化学 作用效果好的清洗剂；另一方面要选择表面张力、蒸气压及枯度合适的清洗 剂，因为这些特性与超声空化强弱有关液体的表面张力大则不容易产生空 化,但是当声强超过空化阈值时，空化泡崩溃释放的能量也大,有利于清洗 高蒸气压的液体会降低空化强度，而液体的粘滞度大也不容易产生空化，因 此蒸气压高和粘度大的洁洗剂都不利于超声清洗此外，清洗液的温度和 静压力都对清洗效果有影响，清洗液温度升高时，空化核增加，对空化的产 生有利，但是温度过高，气泡中的蒸气压增大，空化强度会降低，所以温度 的选择要同时考虑对空化强度的影响，也要考虑清洗液的化学清洗作用每一 种液体都有一空化活跃的温度，水较适宜的温度是60~C，此时空化最活跃 清洗液的静压力大时，不容易产生空化，所以在密闭加压容器中进行超声清 洗或处理时效果较差c. 影响超声清洗效果的其它因素：清洗液的流动速度对超声清洗效果也有很大影响最好是在清洗过程中 液体静止不流动，这时泡的生长和闭合运动。