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超聲波清洗機基本設備構成與分類

发表日期:2015-08-17??? [0人閱讀]

一、設備的基本構成

起聲波清洗設備主要由三部分組成,即超聲電源,也稱爲超聲頻電(功率)源、超聲換能器和清洗槽,如圖1-1所示。

超声波清洗设备基本构成示意图

(1)超聲頻電源將工業電轉換成超聲頻電能;超聲換能器是將超聲頻電能轉換成同頻率的機械振動,並通過清洗媒液向清洗工件輻射超聲波,達到清洗的目的。清洗槽是盛清洗媒體的容器,它可以是單槽也可以由多個單槽組合成連續的生産線。

超聲波清洗的輔助設備因清洗媒體的不同而有所差別。清洗媒體爲水基清洗液劑,一般在清洗槽內安裝電加熱器。加熱可大大提高超聲波的清洗效率。別一類超聲波清洗的好東媒液爲有機溶劑,如酮、二氯甲烷、還需有冷凝器、油水分離器及過濾回收有機溶劑的裝置。現在,市場上供應的絕大部分是應用水基清洗媒液的超聲波清洗設備。

(2)超聲頻電功率源

超聲頻電功率源是一將工業用電轉換成超聲頻電功率的輸入裝置,又稱超聲電源。早期的超聲電源都用電子管器件,體積大效率低,目前已被晶體管替代。利用晶體管可制成效率高、功率大、體積小的超聲電源。超聲電源可分爲振蕩放大型和逆變型兩種類型。振蕩放大型由振蕩器、放大器和匹配電路組成。振蕩器産生一定頻率的信號以便推動放大器。放大器是將振蕩信號放大而達到一定的功率輸出。匹配電路就是通過對輸出變壓器進行阻抗匹配,和通過外加電感器調諧,使換能器獲得最大的電功率。

逆變型的超聲電源常用可控矽逆變電路,利用電脈沖觸發可控矽元件導通,再利用換向電容使流過可控矽的電流反向來關斷,以超聲頻率使可控矽交替地導通和關斷,使直流電逆變爲超聲電能。由于可控矽元件的開關速度受限制,這類電源工作頻率一般低于20kHz。

(3)超聲波換能器

超聲換能器有兩種類型,一類是磁致伸縮型;另一類爲電致伸縮型,又稱壓電式換能器。磁致伸縮型換能器是利用某些鐵磁體(如純鎳、鎳钴合金及鐵氧體)材料的磁致伸縮效應制成的。當高頻電流通過線圈時,鐵磁性鐵芯中的磁場強度發生周期性變化,鐵芯長度作周期性伸縮變化,而激發出超聲波。由于使用鎳和鎳钴合金作鐵芯的造價貴,而且制成的換能器的電聲率較低,日前很少采用。用鐵氧體做成的磁致伸縮換能器機械強度低,使用壽命短,因而較少被應用。

電致伸縮型即壓電換能器是應用最廣的換能器。這種換能器具有電聲效率高,造價便易,而且便于制造成不同的結構,以適應不同的清洗要求。

壓電式換能器是用壓電材料(如锆钛酸鋁、钛酸鋇等〕制成的。其換能原理是由這些壓電材料的特殊電學性能所致。當壓電材料受到外部應力作用時,處于壓縮狀態或伸長狀態時會形成電壓,稱爲壓電效應。而在這些材料的兩端加電壓時,它又會産生拉伸縮的機械振動,稱爲遞壓電效應。當外部加有交變電壓時,它就會産生壓縮式伸張的連續變化,並産生超聲波。圖1-2是壓電式換能器産生超聲波的示意圖。

电压式换能器发生超声波示意图

图1-2 电压式换能器产生超声波示意图

(a)沒有外加電壓時;(b)上接電源的正極○+下接電源負極○-時;

(c)上接電源負極○-下接電源正極○+時;(d)外接40kHz交流電源時

(4)超声波清洗槽  超声波清洗槽最基本的要求是透声。工业上一般都应用既透声又耐腐蚀的不锈钢制造,如304、316不锈钢。其厚度为1.5~3mm之间,过厚会影响声的辐射,过薄自然强度不够。同时,为避免超声空化对槽壁产生空化腐蚀,要求槽壁不锈钢要平整并抛光。尤其是粘有换能器的辐射板,不能有伤痕。在使用中要防止工件划伤。

換能器的電功率也有設計要求。輻射板所承受的電功率強度一般低于1.5W/cm2,大多數應在0.5~1w/cm2之間。過高的強度會加速輻射板表面的空化腐蝕。同時由于過劇烈的空化所産生的氣泡會影響能量傳遞,使遠離輻射面的液體空間的聲強變弱,而達不到均勻清洗的目的。

二、分類。超聲波清洗機主要根據設備複雜程度和應用領域來分類,一般分爲單式、組合式、生産線式和浸入式。

①單缸式超聲波清洗機、主要用于小批量的物件的清洗,同時,對于清洗物件的要求不高,不需要進行預處理等工作。

②組合式超聲波清洗機。結構較單缸式清洗機複雜,主要是集中了浸泡、清洗和漂洗等功能。它的特點是有一定集成度,清洗效果比單純的超聲波清洗好一點。適用于有較高要求的清洗部件,如汽車發動機零件、中小型電器零部件裝配前的預處理等。

③生産線式超聲波清洗機。這種超聲波清洗機己經超出了一般清洗機的概念,而成爲一種大的流水生産線式的清洗過程。它可以集成各種外加設備,集浸泡、水漂洗、超聲漂洗、去離子水噴洗、烘幹等功能于一身。主要用于滿足大型機械設備零件、鋼板等體積大、批暴大的清洗要求。

④投入式超聲波清洗機。投入式清洗機主要指的是超聲換能器的放置方式。主要是因爲它的換能器是單獨的結構,並不與清洗缸連在一起,而是可以根據需要放入一個具休地方,以滿足不同的清洗需要。

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