超声波清洗工艺的原理及应用

　　1 前言

　　发动机气缸盖等箱体类零件的清洁一直是令人头痛的技术难题, 由于这类零件的内腔比较复杂,内部的铁屑、粘砂等杂物很难去除, 所以清洁度很不稳定, 经常超差。在缸盖的清洁度方面, 虽然进行了技术攻关, 采取了很多措施, 如加强各清理工位的去屑; 改进现有清洗设备能力; 减少工件的流转周期; 增加人工清理等, 仍然没有达到理想的效果, 最后还得靠传统的浸泡工艺来完成。浸泡对于批量较小的生产还可以, 但对于大批量生产来说,由于清洗时间长, 生产节拍不能满足, 故而成本会随之增加。要彻底解决清洁度问题, 必须采用新技术新设备。现在制造行业很多公司就利用了超声波清洗设备来进行清洗。以下就超声波清洗工艺的原理及应用作些介绍。

　　2 超声波清洗作用原理

　　2.1 空化作用(Cavitation)

　　在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗, 其原理可用“空化”现象来解释, 清洗效果和超声波在液体中产生的“空化”强度有密切的关系。超声波振动在液体中传播, 当其声波压强达到一个大气压时, 超声波的功率密度约为0.35W/cm2, 这时在液体中传播的超声波的声波压强峰值就可以轻易达到真空或负压; 但实际上是无负压现象存在的, 因而在液体中产生一个很大的力, 将液体分子拉裂成空洞(空化核), 此空洞为真空或非常接近真空, 此空洞在信号电压(或超声波压强)值下一个半周达到最大时。由于周围压力的增大而被压碎, 此时液体分子激烈碰撞产生非常强大的冲击力, 将被清洗物体表面的污物撞击下来, 这些无数细小而密集的气泡破裂时产生冲击波的现象被称之为“空化”作用。这种空化作用非常容易在固体与液体的交界处产生, 因而对于浸入超声作用下液体中的物体具有超乎寻常的清洗作用。另外,由于超声波具有很强的穿透固体的作用, 可以穿透到被清洗物的另一侧表面, 以及所有浸入介质中的内腔、盲孔、狭缝, 将清洗物表面附着的污垢剥落, 达到完美的清洗效果。同时超声波还有乳化中和作用, 能更有效防止被清洗掉的油污重新附着在被清洗物件上。所以这种“空化”作用对浸入超声波作用下的液体中物体内外表面(如管件、箱体件) 均能得到清洗, 这是超声波清洗优于其它清洗手段的重要方面。

　　2.2 超声波清洗力的来源

　　超声波清洗一般采用2种清洗剂: 化学溶剂和水粉剂[2], 对污物油脂均有溶解渗透作用, 这是一种化学作用力。而超声波的空化作用却是物理性的, 超声波清洗是结合了化学作用和物理作用。首先靠化学作用对污物进行渗透、溶解, 然后再通过超声波“空化”作用所产生的冲击力将物体表面的污物层剥离, 对之进行搅拌、分散、乳化并防止已脱离物体表面的污物重新附着在物体上。