超声波清洗参考资料.doc

什么是超声波波可以分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20Hz以下；声波的频率为20Hz20kHz；超声波的频率则为20kHz以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清洗机的原因。 超声波清洗的基础（1）空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。 点击此处添加图片说明 （2）直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在0.5W/cm2时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生流动，流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。 （3）加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。 超声波清洗的原理由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质-清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的直径为50-500m的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区，当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中,当团体粒子被油污裹着而黏附在 清洗件表面是,油被乳化,固体粒子及脱离,从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面清洗净化的目的。 第二超声波在液体中传播，使液体，与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声。 另外，在超声波清洗过程中，肉眼能看见的泡并不是真空核群泡，而是空气气泡，它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全拖走，空化作用的真空核群泡才能达到最佳效果。 超声波清洗机的构成超声波清洗机主要由超声波清洗槽和超声波发生器两部分构成。超声波清洗槽用坚固弹性好、耐腐蚀的优质不锈钢制成，底部安装有超声波换能器振子；超声波发生器产生高频高压，通过电缆联结线传导给换能器，换能器与振动板一起产生高频共振，从而使清洗槽中的溶剂受超声波作用对污垢进行洗净。 超声波清洗的特点1、清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致 2、清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠 3、对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净 4、对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工等。 超声波清洗方式超过一般的常规清洗方法，特别是工件的表面比较复杂象一些表面凹凸不平、有盲孔的机械零部件，一些特别小而对请洁度有较高要求的产品如：钟表和精密机械的零件，电子元器件，电路板组件等，使用超声波清洗都能达到很理想的效果。 超声清洗工艺及清洗液的选择在购买清洗系统之前，应对被清洗件做如下应用分析： 1. 明确被洗件的材料构成、结构和数量； 2. 分析并明确要清除的污物； 3. 决定所要使用的清洗方法，判断应用水性清洗液还是用溶剂，最终需做清洗实验。 只有这样，才能提供合适的清洗系统、设计合理的清洗工序以及清洗液。 化学药剂的选择考虑到清洗液的物理特性对超声清洗的影响，其中蒸汽压、表面张力、黏度以及密度应为最显着的影响因素。温度能影响这些因素，所以它也会影响空化作用的效率。 任何清洗系统必须使用清洗液。水性系统通常由敞口槽组成，工件浸没其中。而复杂的系统会由多个槽组成，并配备循环过滤系统、冲淋槽、干燥槽以及其它附件。 对於使用溶剂的系统，多为超声波汽相除油脂清洗机，常配备废液连续回收装置。超声波汽相清除油脂过程是由溶剂蒸发槽和超声浸洗槽组成的集成式多槽系统完成的。在热的溶剂蒸汽和超声激荡共同作用下，油、脂、蜡以及其他溶於溶剂的污垢就被除去。经过一系列清洗工序后下料的工件发热、洁净、干燥。 选择清洗液时，应考虑以下三个因素： 1. 清洗效率：选择最有效的清洗溶剂时，一定要作实验。如在现有的清洗工艺中引入超声，所使用的溶剂一般不必变更； 2. 操作简单：所使用的液体应安全无毒、操作简单且使用寿命长； 3. 成本：最廉价的清洗溶剂的使用成本并不一定最低。使用中必须考虑到溶剂的清洗效率、安全性、一定量的溶剂可清洗多少工件利用率最高等因素。当然，所选择的清洗溶剂必须达到清洗效果，并应与所清洗的工件材料相容。水为最普通的清洗液，故使用水基溶液的系统操作简便、使用成本低、应用广泛。然而对於某些材料以及污垢等并不适用於水性溶液，那么还有许多溶剂可供选用。 清洗件处理 超声清洗的另一个考虑因素是清洗件的上、下料或者说是放置清洗件的工装的设计。清洗件在超声清洗槽内时，无论清洗件还是清洗件篮都不得触及槽底。清洗件总的横截面积不应超过超声槽横截面积的70%。橡胶以及非刚化塑料会吸收超声波能量，故将此类材料用於工装时应谨慎。绝缘的清洗件也应引起特别注意。工装篮设计不当，或所盛工件太重，纵使最好的超声清洗系统的效率也会被大大降低。任何材料，如果网眼高於50目，对于超声波就表现出实体的性能，将超声波反射回去。当网眼大於1/4英寸时，对於超声波才表现出开放式材料的性能。钩子、架子以及烧杯都可用来支持清洗件。 超声波清洗的主要技术参数超声频率: 当工作频率很低（在人的听觉范围内）就会产生噪音。当频率低於20kHz时，工作噪音不仅变得很大，而且可能超出职业安全与保健法或其他条例所规定的安全噪音的限度。在需要高功率去除污垢而不用考虑工件表面损伤的应用中，通常选择从20kHz到30kHz范围内的较低清洗频率该频率范围内的清洗频率常常被用于清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。 高频通常被用于清洗较小、较精密的零件，或清除微小颗粒。高频还被用于被工件表面不允许损伤的应用。使用高频可从几个方面改善清洗性能。随着频率的增加，空化泡的数量呈线形增加，从而产生更多更密集的冲击波使其能进入到更小的缝隙中。如果功率保持不变，空化泡变小，其释放的能量相应减少，这样有效地减小了对工件表面的损伤。高频的另一个优势在于减小了粘滞边界层（泊努里效应），使得超声波能够发现极细小的微粒。市场上常用频率的产品有28KHz、32KHz、40kHz。 功率密度: 功率密度=发射功率(W)/发射面积(cm2),通常0.5W/cm2.超声波的功率密度越高,空化效果越强,清洗速度越快,清洗效果越好.但长时间,高密度的清洗,容易造成清洗物件表面产生空化腐蚀. 清洗温度: 一般来说,超声波在50-85时,效果最好. 影响超声波清洗的因素清洗介质：采用超声波清洗，一般有两类清洗剂即化学溶剂和水基清洗剂。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，依对物件进行充分、彻底的清洗。 功率密度：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，适合于精细的物件清洗。 清洗高温：一般来说，超声波在30C40C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清洗时，采用40C60C的工作温度。 超声波清洗应用的领域电子、电器工业在电子、电器工业方面超声波可以清洗机器零部件、继电器、开关、印刷电路板、电位器、真空管零件、半导体元件、硅片、电容器、照相机快门等；印刷板油墨、焊料、油质防腐剂、石蜡、磨料、染料；绣、氧化物、盐、手垢、尘土等。 玉石加工、钟表、光学、机械等精密工业在玉石加工、钟表、光学、机械等精密工业方面超声波可以清洗仪器、仪表、钟表字盘、零部件；齿轮、弹簧、轴承、宝石、透镜、眼镜架、贵金属装饰品；涂料、喷漆、油脂、复合物、玻璃纤维有机性清洗液（三氯乙烯、氟溶液）；染料、塑料残留物。 汽车业在汽车业方面超声波可以清洗气门、点火栓、气化栓、燃料泵、蓄电池电极、活塞环、及其操纵盘零件、摩托车和汽车油箱；油、油脂、防腐剂、机械切屑、塑料残留物、研磨磨料、玻璃纤维、尘埃、石墨、焦油。 橡胶工业在橡胶工业方面超声波可以清洗手套、带、轮胎、外科医用橡胶手套；指纹、尘埃、染料、防腐剂、墨迹、塑料残留物、橡胶残渣。 奶酪、酿造业在奶酪、酿造业方面超声波可以清洗瓶子、盖、烹调器具、料理盘碟；食物残留物、指印、尘土、染料、蛋白、标签印刷上彩前的墨迹。 航空工业在航空工业方面超声波可以清洗燃料油过滤器、燃料仪器、仪器仪表、注入喷嘴、流量控制设备、机械控制设备用的零件、水力、水压系列产品氧化物、尘土、切屑、油类、油脂、磨粉、防腐剂；锈、碳、水垢。 印刷业在印刷业方面超声波可以清洗旋转机、金属板；墨迹、指纹、油、染料；公共事业、电力、煤气、新闻通讯路灯、燃料油表、电力计、灯泡、软片、电传机；墨迹、油、尘土、纱屑、锈、泥、接触海水的盐分。 原子能工业在原子能工业方面超声波可以清洗控制棒、燃料泵、铝管类、容器、玻璃、分析试料；放射能量粒子、尘埃、硅油、油脂。 医疗在医疗行业超声波可以清洗注射器、手术机械、吸量管、玻璃容器、食道镜、齿科机械、直肠镜、方向镜、显微镜用试料玻璃；血液、凝胶体、指纹、料理物残留物、蛋白（卵白）、混入血液中的污垢。 金融机关在金融机关超声波可以清洗图章、标签、号码机、高级陶瓷、银制品手垢、尘土、指纹、印泥、糊状物等。 机械工具超声波可以清洗的丝杆、喷嘴、齿轮、夹具、固定装置用附件、弹簧、气门、游标卡尺等工量具；磨料、铁屑、防锈剂、复合物、切削油、冷却油、研磨油、尘土、抛光蜡、氧化物。 电镀工业电镀工艺对工件表面清洁度要求较高，而超声波清洗技术是能达到此要求的理想技术。利用超声波清洗技术，可以替代溶剂清洗油污；可以替代电解除油；可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。超声波清洗技术的应用，可以使许多传统的清洗工艺得到简化，并大大提高清洗质量和生产效率。特别是对那些形状较为复杂、边角要求较高的工件更具有优越性。利用超声波清洗技术，还可以在很大的范围内替代强酸、强碱的作用，大大减少对和环境的污染，并改善工人的劳动环境，降低劳动强度，对保护生态环境，作出贡献。 其他对几种常见的工件表面状况，用超声波清洗工艺情况简介： 1、抛光件表面抛光膏的清洗 一般情况下，抛光膏常常采用石蜡调合，石蜡分子量大，熔点较高，常温下呈固态，是较难清洗的物质，传统的办法是采用有机溶剂清洗或高温碱水煮洗有许多弊病。采用超声波清洗则可使用水基清洗剂，在中温条件下，几分钟内将工件表面彻底清洗干净，常用工艺流程是：浸泡超声波清洗清水（净水）漂洗。 2、表面有油及少量锈的冷轧钢板 冷轧钢板表面一般有油、污或少量铁锈，要洗干净比较容易，但经一般方法清洗后，工件表面仍残留一层非常细薄的浮灰，影响后续加工质量，有时不得不再采用强酸浸泡的办法去除这层浮灰。而采用超声波清洗并适当的清洗液，可方便快捷地实现工件表面彻底清洁，并使工件表面具有较高的活性，有时甚至可以免去电镀前酸浸活化工序。 3、表面有氧化皮和黄锈的工件 传统的办法是采用盐酸或硫酸浸泡清洗。如采用超声波综合处理技术，可以快捷地在几分钟内同时去除工件表面的油、锈、并避免了因强酸清洗伴随产生的氢脆问题。 综上所述，超声波清洗技术在电镀工艺等行业中会有很广泛的应用前景。超声波清洗技术使电镀件质量及产量较原来有更大提高，并可改善生产环境，取得良好的经济效益和社会效益。 超声波清洗剂超声波清洗剂技术特点清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致。 清洗速度快，提高生产效率，不须人手接触清洗液，安全可靠。 对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净。 对工件表面无损伤，节省溶剂、热能、工作场地和人工。 超声波清洗方式超过一般以的常规清洗方法，特别是工件的表面比较复杂，象一些表面凹凸不平，有盲孔的机械零部件，一些特别小而对清洁度有较高要求的产品如：钟表和精密机械的零件，电子元器件，电路板组件等，使用超声波清洗都能达到很理想的效果。超声清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质清洗溶剂中，超声波在清洗液中疏密相同的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。 这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000大气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。 超声波清洗的作用机理主要有以下几个方面：因空化泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层的一部分在冲击波作用下被剥离下来、分散、乳化、脱落。因为空化现象产生的气泡，由冲击形成的污垢层与表层间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡和声压同步膨胀，收缩，象剥皮一样的物理力反复作用于污垢层，污垢层一层层被剥离，气泡继续向里渗透，直到污垢层被完全剥离。这是空化二次效应。超声波清洗中清洗液超声振动对污垢的冲击。超声加速化学清洗剂（RT-808超声波清洗剂）对污垢的溶解过程，化学力与物理力相结合，加速清洗过程。 超声波清洗的主要参数频率：2090KHz 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（RT-808超声波清洗剂）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。1 在PCB制程或抄板工序中，电路板清洗技术主要有以下四种：1、水清洗技术水清洗技术是今后清洗技术的发展方向，须设置纯净水源和排放水处理车间。它以水作为清洗介质，并在水中添加表面活性剂、助剂、缓蚀剂、螯合剂等形成一系列以水为基的清洗剂。可以除去水溶剂（助焊剂为水溶性）和非极性污染物。其清洗工艺特点是：1） 安全性好，不燃烧、不爆炸，基本无毒；2） 清洗剂的配方组成自由度大，对极性与非极性污染物都容易清洗掉，清洗范围广；3） 多重的清洗机理。水是极性很强的极性溶剂，除了溶解作用外，还有皂化、乳化、置换、分散等共同作用，使用超声比在有机溶剂中有效得多；4） 作为一种天然溶剂，其价格比较低廉，来源广泛。水清洗的缺点是：1） 在水资源紧缺的地区，由于该清洗方法需要消耗大量的水资源，从而受到当地自然条件的限制；2） 部分元件不能用水清洗，金属零件容易生锈；3） 表面张力大，清洗细小缝隙有困难，对残留的表面活性剂很难去除彻底；4） 干燥难，能耗较大；5） 设备成本高，需要废水处理装置，设备占地面积较大。2、半水清洗技术半水清洗主要采用有机溶剂和去离子水，再加上一定量的活性剂、添加剂所组成的清洗剂。该类清洗介于溶剂清洗和水清洗之间。这些清洗剂都属于有机溶剂，属于可燃性溶剂，闪点比较高，毒性比较低，使用上比较安全，但是须用水进行漂洗，然后进行烘干。有些清洗剂中添加5%20%的水和少量表面活性剂，既降低了可燃性，又可使漂洗更为容易。半水清洗工艺特点是：1） 清洗能力比较强，能同时除去极性污染物和非极性污染物，洗净能力持久性较强；2） 清洗和漂洗使用两种不同性质的介质，漂洗一般采用纯水；3） 漂洗后要进行干燥。该技术不足之处在于废液和废水处理是一个较为复杂和尚待彻底解决的问题。3、免清洗技术在焊接过程中采用免清洗助焊剂或免清洗焊膏，焊接后直接进入下道工序不再清洗，免清洗技术是目前使用最多的一种替代技术，尤其是移动通信产品基本上都是采用免洗方法来替代ODS。目前国内外已经开发出很多种免洗焊剂，国内如北京晶英公司的免清洗焊剂。免清洗焊剂大致可分为三类：1） 松香型焊剂：再流焊接使用惰性松脂焊锡（RMA），可免洗。2） 水溶型焊剂：焊后用水清洗。3） 低固态含量助焊剂：免清洗。免清洗技术具有简化工艺流程、节省制造成本和污染少的优点。近十年来，免清洗焊接技术、免清洗焊剂和免清洗焊膏的普遍使用，是20世纪末电子产业的一大特点。取代CFCs的最终途径是实现免清洗。4、溶剂清洗技术溶剂清洗主要是利用了溶剂的溶解力除去污染物。采用溶剂清洗，由于其挥发快，溶解能力强，故对设备要求简单。根据选用的清洗剂，可分为可燃性清洗剂和不可燃性清洗剂，前者主要包括有机烃类和醇类（如有机烃类、醇类、二醇酯类等），后者主要包括氯代烃和氟代烃类（如HCFC和HFC类）等。HCFC类清洗剂及其清洗工艺特点这是一种含氢的氟氯烃，其蒸发潜热小、挥发性好，在大气中容易分解，破坏臭氧层的作用比较小，属于一种过渡