水处理自动化过程的超声波氧化技术

　　1 超声波清洗机的结构形式和工作原理

　　1.1 超声波清洗机的结构形式

　　超声波清洗机一般分为单槽和多槽两种机型。单槽超声波清洗机是由超声波发生器、换能器和清洗槽构成。超声波发生器是将工频电转变成 20 kHz 以上频率的高频电信号。换能器能将电能转换成强有力的超声波振动。清洗槽是用来储存清洗液的不锈钢容器，大多数工件可先装在网状工装篮内，再一起放入槽内清洗，也有一部分工件通过升降机构或机械手直接进行清洗。多槽超声波清洗机一般是由超声波发生器、换能器、多个清洗槽、机械手以及工件上下料输送设备构成。

　　针对工件的清洗要求，多槽清洗机一般设计成PLC 控制的全自动上下料和清洗，通常由不锈钢材质制作的高压喷淋粗洗槽、超声波精洗槽、高压喷淋漂洗槽、超声波漂洗槽、风刀脱水槽及隧道式热风循环干燥系统、净风冷却系统、龙门式单臂机械手、上下料辊道等组成的一条连续工作的由清洗到干燥的设备，有时也可以将喷淋槽设计成超声波清洗槽。操作者只需将装有工件的清洗篮放置在上料辊道上，上料辊道启动，将洗篮输送至上料工位，龙门式单臂机械手将洗篮依次送往各工位，对工件进行清洗、漂洗、风刀脱水、热风干燥、随后将洗篮送至下料辊道上，下料辊道启动，将装有工件的洗篮输送至输送系统上即可。

　　1.2 超声波清洗的工作原理

　　超声波清洗机是通过超声波发生器将 20 kHz 以上频率的有震荡信号进行电功率放大后经超声波换能器（震头）的逆压电效应转换成高频机械振动能量通过清洗介质中的声辐射，使清洗液分子振动并产生无数微小气泡。气泡沿超声传播方向在负压区形成、生长，并在正压区迅速闭合而产生上千个大气压瞬间高压而爆破，形成无数微观高压冲击波作用于被清洗工件表面，此即超声波清洗“空化效应”.

　　2 超声波清洗的工艺特点及应用

　　2.1 超声波清洗的工艺特点

　　超声波清洗与传统的浸洗刷洗、喷淋清洗、高压清洗等清洗方式相比具有快速、高精度、一致性好等特点。由于超声波的能量能够穿透细微的缝隙和小孔，因此超声波清洗适用于带有盲孔、深孔、弯孔、空腔、狭缝的几何形状特别复杂的中小型零件或装配件，清洗精度高，但孔中如有未加工断的铁屑需用高压清洗来清理。

　　对于中小型零件，网状工装篮里可以放多个，同时浸到清洗液里进行清洗，清洗速度快、效率高、一致性好，装配件也无需拆卸可直接进行清洗。选择清洗工艺前，详细分析并明确被洗件的材料构成、结构和数量，同时要明确清洗的污染物以及清洗件的清洁程度。这些都是决定所要使用什么样的清洗方法、清洗工艺和选择清洗液的先决条件，确定最终的清洗工艺前还必须通过清洗实验来验证。只有这样，才能设计出适合清洗件的清洗机、选择合理的清洗工艺以及清洗液，最终保证清洗件的清洁度。

　　超声波清洗效果与振动频率、功率和清洗液关系较大。一般来说，超声清洗振动频率从 20 ~ 120 kHz之间，当频率较低时会产生较大的噪音，较高时波长较短，能量集中，通常用于清洗较小、较精密的零件，但频率过高时波长减短，空化作用减弱，清洗效率降低。

　　对于油污较多、形状复杂的零件通常用较高的功率进行清洗，功率也不能过大，过大的功率清洗效果确实提高了，但因空化作用太强使较精密的零件产生蚀点。清洗液的温度和物理特性对超声清洗影响较大，水清洗液最适宜的清洗温度为 40 ~ 60 ℃，一般清洗液液面高于振动子表面 100 mm 为佳。选择清洗液时，应考虑清洗液安全性，价格以及一定量的清洗液可清洗多少符合要求的工件等因素。水为最普通的清洗液，因此使用水基溶液的清洗机操作简便、应用广泛、成本低。

　　2.2 超声波清洗机在制造业企业中的应用

　　在制造业企业中，零件在电镀、热处理、装配、喷漆前都需要清洗，清洗质量的好坏直接影响到产品加工性能和整体性能。超声波清洗作为一种高效、绿色的清洗方式在制造业企业中越来越得到广泛的应用。

　　超声波清洗可以去除污垢、油脂、锈和氧化皮等。

　　（1）去除污垢清洗主要有除油泥、积碳和涂镀层清洗。零件在加工、储存过程中被机油污染，又落入尘土和杂质，形成油腻附着力很强，用一般的清洗方式很难彻底洗净，但使用超声波清洗却非常彻底。积碳是燃油和机油在高温缺氧条件下燃烧生成的硬质碳化物，与金属表面吸附，分子间结合强度极大，用高压清洗可以去除，但有可能损坏了活塞表面的光洁度。改用超声波清洗，不仅能彻底清除，同时也不损坏零件表面的质量。喷漆和电镀前的清洗效果直接影响涂镀质量的好坏。除腊是困扰电镀业的难题，用超声波清洗则会解决这一难题。

　　（2）除油脂包括对乳化油、润滑油、防锈油等各种油脂进行清洗。这些油在零件加工和装配过程中基本都会使用，超声波清洗的关键是选用含针对性的表面活性剂和乳化剂的清洗液来对这些油进行彻底去除。

　　（3）零件长时间存放遇潮时会生锈，钢铁零件在轧制或热处理后，表面会生成一层氧化铁，超声波清洗可用弱酸代替强酸，强碱来对锈或氧化皮进行清洗。

　　3 结束语

　　随着国内制造业企业的高速发展，超声波清洗机越来越得到广泛的应用。并且由清洗小零件、单槽形式向清洗大零件、多槽自动化方向发展。与其它清洗方式相比超声波对零件的清洗更为高效、先进和彻底，从而保证了零件的清洁度，提高了产品的质量。

　　参考文献 :

　　[1] 王文红 . 机械制造中的超声波清洗技术 [J]. 机械工程师，2004（9）：59~60.

　　[2] 宋占文，周东良 . 超声波清洗技术在制造业中的应用 [J].清洗世界，2006,22（8）：14~17.