超声波清洗技术

　　一、 被誉为现代清洗手段的超声波清洗技术，是利用超声波在液体介质中的空化效应，对液体介质所到之处拖把体内外表面进行清洗，具有优质、省力、高效和无污染等显著优点，在西方发达工业国家已得到了广泛应用，并且取得了很大的经济效益。我国也开始逐步推广使用这种新技术。

　　微谱技术分析实验室利用丰富的超声波技术经验，采用国际一流的精密分析仪器，并结合了国外先进技术和电子元件，开发了一系列的超声波清洗剂分析技术。所使用的IGBT超声波电源自九十年代初在国内率先投入市场。同时这种超声波电源经过多年的不断完善，采用新的控制方法，使该技术在国内外技术领域达到领先水平，在汽车制造、电子设备、电镀、机械设备等行业得到了广泛的应用。并且这种电源功率可达数十千瓦以上，同时它的故障率低、性能稳定。

　　本公司提供完善的技术咨询和技术服务。其中超声波电源清洗剂分析技术已被多家工厂企业采用。

　　二、 超声波清洗原理

　　超声波发生器产生的高于20KHZ的超音频电能，通过换能器转换成同频率机械振动机械振动传入清洗液，超声波疏密相间地向前传导，产生无数的微小气泡，这些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速破裂。这种微小气泡的形成、生长、迅速破裂过程称为“空化效应”。在空化效应中气泡破裂后产生超过10000个大气压的瞬时高压，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，使物体表面污垢迅速脱落。

　　当液体介质中传入一定强度的超声波时，被清洗物体的表面反复出现加压和减压产生空化效应，液体内出现微小空洞，当声波达到一定强度时，空洞会发生剧烈爆炸，产生强烈碰撞，压力达.5-50吨/平方厘米，具有很大的能量，使水分以超过10000G的加速度撞击被清洗物体的表面，将污物撞击下来，从而达到显著的清洗效果，并且这种效果可随液体到达被清洗物体的所有表面，这是手工洗刷，机械振动等常规手段所无法达到的。

　　由于空化效应形成时会产生声波压力和热效应，故可对细菌，特别是链状细菌进行打击，达到杀菌消毒的作用。此外，超声波具有强烈的乳化作用，并能起到均匀搅拌、研磨粉碎和加速化学反应的作用。

　　三、 应用

　　鉴于上述原理，超声清洗可广泛地应用于各行各业，达到其它清洗手段难以达到的目的。其主要应用列举如下：

　　（1）机械零部件的清洗（特别是精密零部件）：轴承、油泵、油嘴，汽缸，机械手表芯和汽车部件（不拆卸清洗），纺织锭子，石油钻头的零部件（如齿轮，刀具和刃具）等。

　　（2）光学零部件的清洗：光学器件、光学纤维等。

　　（3）液压元件的清洗

　　（4）机电元件的清洗及处理：触头、半导体管座、高性能电器接头等。

　　（5）半导体芯片清洗

　　（6）印刷电路板的清洗

　　（7）金属制品的表面处理（如除锈，除油，磷化，钝化等）

　　（8）各种玻璃瓶子及器皿的清洗

　　（9）过滤器的清洗

　　（10）各种印章的清洗

　　（11）贵重金属的清洗

　　（12）镀前处理

　　（13）消除高级绘图笔的笔头堵塞

　　（14）玉器加工后的清洁处理

　　（15）材料的分散、超精细处理

　　（16）电炉丝冷拔后的表面处理

　　（17）餐具清洗

　　（18）尼龙喷丝板的梳孔清洗

　　（19）蓄电池橡胶隔板的梳孔清洁处理

　　（20）柴油和水的乳化

　　（21）溶剂的均匀混合

　　（22）酒的陈化处理

　　（23）种子的超声浮选

　　因此，超声技术广泛用于机械电子行业、冶金加工、食品加工、医疗卫生轻工纺织、艺术美术、印刷行业、橡胶行业、医药及家庭领域。此外，超声技术还可用于焊接、金属和宝石的钻孔、金属切削和研磨等加工过程，具有广泛的应用前景。

　　四、 产品技术分析

　　1、 超声电源的发展

　　六十年代初，我国就开始研制各种功率的超声波发生器（超声电源），到目前为止，超声电源经历了以电子管，晶闸管，晶体三极管，VMOS和IGBT为开关元件的发展过程。我国电子管组成的发生器在七十年代已形成。但这种电源的设备电能的利用率极低，电源成本高，体积大。七十年代以后到八十年代初晶闸管电路的发生器开始投入使用，这种电源与电子管电源相比其效率有了很大提高，体积和重量有所下降。但由于受开关速度的限制和晶闸管开关特性的影响，这种电源一般工作在20KHZ以下，电源的成本也较高，体积大，工作效率仍然不是很理想。目前仍然有许多公司家生产和使用上述电源。

　　为了减小上述电源的不足，人们广泛开始研制和使用VMOS电源，和晶体三管电源相比，VMOS单极型开关管开关速度很高，驱动功率小，由于管子的制造工艺结构限制，其中单管的导通电流较小，耐压较低，抗冲击电流和冲击电压能力较差。晶体三极管的驱动功率较大，采用大功率复合三极管其开关速度会大大降低，这种复合三极管一般只能在20KHZ以下使用。因此，VMOS管和晶体三极管一般适和用于较小的清洗机电源。

　　针对上述特点，我们采用了一种开关速度快、导通电流大、耐压高、抗冲击能力强、驱动功率小的新型IGBT器件，并结和现代控制技术率先研制出大功率、系列化超声波电源，使产品的性能有了很大的提高，成本大幅度下降。同时解决了换能器阻抗变化、中心频率漂移等所带来的疑难问题，成为超声电源的更新时代产品。

　　2、 产品结构

　　超声波清洗机主要由清洗槽和超声电源两部分组成，由电缆联结。对于槽式清洗机清洗槽的下面装有换能器；对于浸入式的清洗机，换能器密封在不锈钢盒内。换能器将电源送来的电能转换为机械波，达到清洗的目的。

　　（1） 清洗槽：采用SUS304或316L不锈钢，也可根据具体清洗工艺要求选用特种不锈钢氩气保护焊接，必须保证绝对不漏水。

　　（2） 换能器：采用特种锆酸钛铅压电陶瓷片及金属压块组合成的振头，具有效率高、寿命长、不易损坏等优点，粘接剂选用耐高温、耐振动、高强度的树脂胶以防脱落。

　　（3） 超声波发生器：电路结构完善，机箱面板装有电源开关，过载指示，电表等。可根据用户需求，配置数字定时器，加装数字功率指示器和功率调节电路。

　　3、 技术特点

　　ECP系列型超声波电源作为一种新型技术产品，其主电路工作于匹配谐振状态

　　电源具有以下特点：

　　（1） 电路很容易同各种频率和不同阻抗特性的压电陶瓷换能器匹配

　　（2） 工作频率范围宽

　　（3） 单机功率大，可达数千瓦以上

　　（4） 电源输入电压为单相220V或三相380V。大功率时采用380V输入电压可保证三相电网的平衡。

　　（5） 便于模块化设计。数十千瓦以上的清洗机可由数百瓦或数千瓦的功率单元组成，这样有利于换能器的优化组和，保证换能器都工作在最佳状态；同时每个功率模块都有自身的保护和跟踪系统，若一个单元出现故障，其他单元仍能正常工作损坏的单元容易更换，便于维修。

　　（6） 每个IGBT单元可进行快速过流保护，有效地保护开关管，使其避免损坏。

　　（7） 具有频率反馈电路和功率反馈电路，可调节、锁定电路和电压相位关系，避免负载阻抗随环境温度、水位等因素变化而引起的较大功率波动。

　　（8） 电源具有限定最大功率和最大电流的能力，从而降低电源的故障率。

　　（9） 可实现功率调节。

　　（10） 具有软起动和欠压保护功能。

　　（11） 具有快速过载保护和输出短路保护功能。

　　（12） 电源体积小，重量轻。

　　（13） 电源效率高。

　　（14） 电源不仅能够用于超声清洗，而且还可用于其它超声波应用领域，如超声波焊接、超声波打孔、超声波细胞粉碎等。

　　超声波换能器：采用夹心结构，胶粘加压组成，使换能器形成一体，工作稳定可靠。

　　4、超声波清洗的主要参数：

　　频率：≥20KHz

　　清洗介质：采用超声波清洗，一般两类清洗剂：化学溶剂、水基清洗剂等。

　　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，以对物件进行充分、彻底的清洗。

　　功率密度：功率密度=发射功率（W）/发射面积（cm2）通常≥0.3W/cm2，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。

　　超声波频率：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，适用于精细的物件清洗。

　　清洗温度：一般来说，超声波在30℃-40℃时的空化效果最好。清洗剂则温度越高，作用越显著。通常实际应用超声波时，采用50℃-70℃的工作温度。