超声波清洗机的使用方法
时间：2012-02-27 阅读：1821
近10年来，超声波清洗设备正在朝两个方面发展。其一是，各种类型的多缸或传动链式或升 降式超声清洗生产线相继面市；其二是，低频超声波清洗机向高频超声波清洗机的发展。在美国 、日本、欧洲以及亚太市场上，多缸式超声波清洗设备总量已呈明显上升之势，高达总量的50％ ，而多工位半自动、全自动传动链式或升降式超声波清洗线体设备也已上升到总量的40％以上。
我国超声波清洗www.jnthcs.com技术的应用已经取得了较好的成效。一是机械零部件在电镀前后的清洗或喷涂前 的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度，如油泵油嘴偶件、轴承、制动器、燃油过滤器、阀 门的清洗。二是印制电路板、硅片、晶片、元器件壳、座、铁路系统用的信号控制继电器、元器 件、连接件、显像管以及电真空器件等的清洗。三是眼镜、显微镜、望远镜、瞄准具等光学系统 及取样玻璃片的清洗。四是医用器具、食品、制药、生化等试验中所用各种瓶罐的清洗。五是喷 丝头、精密模具、精密橡胶件、珠宝工艺品等的清洗。
我国现有各类超声波清洗设备制造企业近40家，但其分布主要集中在东南沿海地区。据统计资料 ，沿海地区的厂家占全国总数的85％，可见经济发达地区对超声波清洗技术的应用不但在先，而 且广泛，普及程度高，同时，这又证明超声波清洗技术在中西部地区推广普及的前景十分广阔。 就产品水平而言，当代产品与20世纪70—80年代的产品相比，技术进步也十分明显。
近年来，由于对汽车制动器生产线、冰箱压缩机生产线的传统清洗工艺实行技术改造，拟采用超 声波清洗工艺。在国外汽车底盘架、轿车外壳喷涂前的超声波清洗，配合清洗液，将除锈、 去氧化膜及磷化一次清洗处理完成，烘干后即可喷漆等都有了新的应用和发展。
美国Advanced Sonic Proctssing Svstems公司，推出一系列大量清洗煤或贵金属矿物的设备，例 如清洗金属颗粒矿物质表面的泥土、胶体类物质，使化学剂发挥更好的作用；洗煤粉除灰去硫等 ，处理率为每小时十几吨。
美国Dvpont公司在新泽西州制药厂的应用报告称：超声波清洗能除去反应罐或化学处理桶壳表面 的污物，比用普通方法节约能源，费用低且减少环境污染，清洗过程简单，只要在溶器中灌满水 ，加热到65℃，并加入2％的表面活性剂，进行处理2—4h，即可清洗干净。
欧洲的一些厂家曾清洗过9．1m3的罐，以前用甲醇加热到沸点一次处理4—8h，总共要进 行5次清洗才能达到要求，而且超声波清洗只需要一次处理即能达到要求，既节省溶剂，提 率，又减少环境污染。
随着超声波清洗设备的应用范围越来越广泛，各种经过不断完善和改进的新颖超声波清洗设备正 在取代已面市的老式设备。
兆赫超声波清洗技术是指采用频率700KHz—2MHz的超声波进行清洗。清洗系统一般由压 电换能器陈列、清洗容器和清洗液、高频电功率发生器及控制电路等组成，对于某些特定的清洗 对象，有时还配有热空气烘干、清洗架（篮）及清洗液的过滤循环系统。
兆赫超声波清洗技术的主要特点，一是避免了高光洁度物体的表面损伤；二是可除去附着在表面 的亚微米大小的颗粒；三是浸入液体中，面向换能器的一面能被洗净，所以要进行两面清洗。
目前，国外市场上已有商用的兆赫超声波清洗设备。美国Verteq、Imtec、ProSys公司已开发出这 类设备用于半导体生产线上，在对100—300mm硅片的清洗中，可除去硅片表面上小到0 ．15μm的微小颗粒，而且可加快漂洗过程并有效地阻止粒子在硅片表面上重新附着。兆赫 超声波清洗是国外许多大规模集成电路制造厂家生产过程中*的标准设备。
超声波的作用原理
超声波清洗www.jnthcs.com的原理，在理论要加以阐述是比较复杂的，里面牵涉许多因素和作用，可以体现超声 波清洗作用的主要有以下三点。
（1）空穴作用
当强力的超声波辐射到液体中，清洗液以静压（一个标准气压）为中心进行变化，在压力到零气压 以下时，溶解在液体中的氧会形成微小气泡核，进而产生无数近似真空的微小空洞（空穴）。超声 波的正压力时的微小空洞，在绝热压缩状态被挤碎，这个发生在挤碎瞬间的强力冲击波，可直接 破坏污染物并使之分散在液中，形成清洗机理。试验中这种强力的清洗作用，能在数十秒内对铝 箔侵蚀成无数的小孔。
利用空穴作用的清洗，对去油污的效果比较好，通常在28KHZ~50KHZ的频率内进行机械另部件 的清洗，清洗机的超声波强度大多设定在0．5~1w／cm2。
（2）加速度
清洗液体经超声波辐射，液体分子发生振动，这种振动加速度在28KHZ时是重力加速度的103倍 ，在950KHZ时将达到105倍，由这个强力加速度可以对受污物的表面实行剥离清洗。然而， 950KHZ的超声波不产生空穴，不适应去油污的清洗，只能在电子工业的半导体制造中，对亚微 米粒子的污染进行清洗。
（3）物理化学反应的促进作用
由空穴作用使液体局部发生高温高压（1000气压，5500℃），再经振动产生的搅拌，促使化学或物 理作用的相乘，液体不断地乳化分散，进一步促进化学反应的速率。
清洗液深度的确定
液体中的超声波会因行波、回波的相互干扰及强合结果，将形成“驻波”现象，（见 图1）。确定产生驻波的液体深度，能得到的超声波辐射效果。产生驻波的液体深度，可用下 面公式计算。
液深（λ/2）＝声速/频率÷2
这个液体深度的正倍数数值，也是的深度，例在20℃水温，28K1c时液深为27mm、 54mm、81mm等等，38KHZ时液深为21mm、42mm、63mm等，但是，不同的液体、液温及超 声振荡器，其驻波发生情况是不同的。参见表1。
表 1 驻波的产生情况比较
清洗液 声 速 λ/2
水 20℃ 1483mm 27mm
氟里昂 20℃ 717mm 13mm
IPA 20℃ 1168mm 21mm
酸碱清洗剂 20℃ 1483mm 27mm
超声波产生方式和清洗条件的设定
超声波www.jnthcs.com的产生方式由表2表示，可按不同的清洗目的加以选择，目前常用的是能进行强力清洗的 连续振荡方式。频率调制和多频率的方式，清洗时清洗不均现象较多，对污染严重物体的清洗不 太适应。
表 2 超声波的产生方式
方 式 内 容 特 征
连续振荡 振幅及频率是固定的 可强力清洗。由驻波作用使清洗不均，应增加摇动，达到清洗均 匀性。
加宽调制 振幅变化 有良好的脱气效果，对不同物体清洗性好，噪声大。
频率调制（FM振荡） 振荡频率实行数千赫的变化 能均匀地清洗。清洗效率差，平均输出功率低 。
同时多频率 多种频率同时发生 形成均衡的声场，清洗均匀，不易得到强力的超声波。
多频率交替 每一种频率发生复数个频率 清洗均衡，不易得到强力清洗。
圆锥形辐射清洗 用不锈钢制成的共振体进行超声波辐射。一般在清洗不充分场合使用 可获得常 规超声波10倍或20倍的强度，性能高。 但清洗面小，噪声大
清洗条件的选择设定主要有以下数点。
•清洗位置：将清洗物置于驻波压力zui大的位置，可获得*的清洗效果。但是比驻波大 的物体清洗时，易产生清洗不均，这时应将物体在上下数十毫米内加以摇动，这是减少清洗不良 的常用方法。
•由网孔引起的衰减：在清洗小型另件时，多使用网篮方式，网篮网孔的大小不当，会造 成超声波衰减，使清洗力降低，例在28KHZ场合，网篮的网孔直径需在5mm以上，才可正常清洗 。如小的螺钉清洗时，网孔zui小要做到1mm，如果衰减大，使用0．1-0．5mm的薄板网蓝，也 可得到正常清洗效果。
•频率：对于频率因素涉及的清洗效果，大体可这样认为，采用频率低的针对较难清洗的 污垢，频率高的，适合于精密清洗场合。
•液体温度：随着液温的上升，液中生存的气泡会遮断声波，使超声波减弱，但是在常规 做法上都以提高液温来增加清洗能力。适合的液温要针对不同的清洗液和清洗物来确定，一般场 合液温在5060℃比较适当。
清洗工序和清洗装置
清洗工序的设定要根据污染的类型，污染程度，处理批量来决定，譬如，眼镜片的清洗一般要10 个工序。在使用水系清洗剂时，zui基本的工序制定如下：
超声波清洗（水系清洗剂）→超声波清洗（纯水、自来水）→脱水 （干燥）
干燥处理对清洗物的清洗性优劣非常重要，常见的干燥方法有热风干燥、通风干燥、真空干燥、 离心脱水干燥、IPA提升干燥等，可按照生产批量、成本、产品精度、被洗物形状等加以选择。
工业用超声波清洗机多为单槽或双槽式、自动清洗形式的清洗机也有多槽形式。近年来，半导体 行业用的清洗方式大多采用带950KHZ超声槽的单枚式“US喷淋”高频清洗，可得到 高性能的清洗结果，“US喷淋”的方式是将载有950KHZ超声波所形成的水帷幕，用 于液晶玻璃、电路芯片的超精密清洗，尘粒子可接近“零”的程度。
今后不同产品的湿式清洗，如需100％地发挥清洗剂的性能作用，对超声清洗装置将会提出更高 的要求。
我国超声波清洗www.jnthcs.com技术的应用已经取得了较好的成效。一是机械零部件在电镀前后的清洗或喷涂前 的清洗，拆修零部件的清洗，要求高清洗度，如油泵油嘴偶件、轴承、制动器、燃油过滤器、阀 门的清洗。二是印制电路板、硅片、晶片、元器件壳、座、铁路系统用的信号控制继电器、元器 件、连接件、显像管以及电真空器件等的清洗。三是眼镜、显微镜、望远镜、瞄准具等光学系统 及取样玻璃片的清洗。四是医用器具、食品、制药、生化等试验中所用各种瓶罐的清洗。五是喷 丝头、精密模具、精密橡胶件、珠宝工艺品等的清洗。
我国现有各类超声波清洗设备制造企业近40家，但其分布主要集中在东南沿海地区。据统计资料 ，沿海地区的厂家占全国总数的85％，可见经济发达地区对超声波清洗技术的应用不但在先，而 且广泛，普及程度高，同时，这又证明超声波清洗技术在中西部地区推广普及的前景十分广阔。 就产品水平而言，当代产品与20世纪70—80年代的产品相比，技术进步也十分明显。
近年来，由于对汽车制动器生产线、冰箱压缩机生产线的传统清洗工艺实行技术改造，拟采用超 声波清洗工艺。在国外汽车底盘架、轿车外壳喷涂前的超声波清洗，配合清洗液，将除锈、 去氧化膜及磷化一次清洗处理完成，烘干后即可喷漆等都有了新的应用和发展。
美国Advanced Sonic Proctssing Svstems公司，推出一系列大量清洗煤或贵金属矿物的设备，例 如清洗金属颗粒矿物质表面的泥土、胶体类物质，使化学剂发挥更好的作用；洗煤粉除灰去硫等 ，处理率为每小时十几吨。
美国Dvpont公司在新泽西州制药厂的应用报告称：超声波清洗能除去反应罐或化学处理桶壳表面 的污物，比用普通方法节约能源，费用低且减少环境污染，清洗过程简单，只要在溶器中灌满水 ，加热到65℃，并加入2％的表面活性剂，进行处理2—4h，即可清洗干净。
欧洲的一些厂家曾清洗过9．1m3的罐，以前用甲醇加热到沸点一次处理4—8h，总共要进 行5次清洗才能达到要求，而且超声波清洗只需要一次处理即能达到要求，既节省溶剂，提 率，又减少环境污染。
随着超声波清洗设备的应用范围越来越广泛，各种经过不断完善和改进的新颖超声波清洗设备正 在取代已面市的老式设备。
兆赫超声波清洗技术是指采用频率700KHz—2MHz的超声波进行清洗。清洗系统一般由压 电换能器陈列、清洗容器和清洗液、高频电功率发生器及控制电路等组成，对于某些特定的清洗 对象，有时还配有热空气烘干、清洗架（篮）及清洗液的过滤循环系统。
兆赫超声波清洗技术的主要特点，一是避免了高光洁度物体的表面损伤；二是可除去附着在表面 的亚微米大小的颗粒；三是浸入液体中，面向换能器的一面能被洗净，所以要进行两面清洗。
目前，国外市场上已有商用的兆赫超声波清洗设备。美国Verteq、Imtec、ProSys公司已开发出这 类设备用于半导体生产线上，在对100—300mm硅片的清洗中，可除去硅片表面上小到0 ．15μm的微小颗粒，而且可加快漂洗过程并有效地阻止粒子在硅片表面上重新附着。兆赫 超声波清洗是国外许多大规模集成电路制造厂家生产过程中*的标准设备。
超声波的作用原理
超声波清洗www.jnthcs.com的原理，在理论要加以阐述是比较复杂的，里面牵涉许多因素和作用，可以体现超声 波清洗作用的主要有以下三点。
（1）空穴作用
当强力的超声波辐射到液体中，清洗液以静压（一个标准气压）为中心进行变化，在压力到零气压 以下时，溶解在液体中的氧会形成微小气泡核，进而产生无数近似真空的微小空洞（空穴）。超声 波的正压力时的微小空洞，在绝热压缩状态被挤碎，这个发生在挤碎瞬间的强力冲击波，可直接 破坏污染物并使之分散在液中，形成清洗机理。试验中这种强力的清洗作用，能在数十秒内对铝 箔侵蚀成无数的小孔。
利用空穴作用的清洗，对去油污的效果比较好，通常在28KHZ~50KHZ的频率内进行机械另部件 的清洗，清洗机的超声波强度大多设定在0．5~1w／cm2。
（2）加速度
清洗液体经超声波辐射，液体分子发生振动，这种振动加速度在28KHZ时是重力加速度的103倍 ，在950KHZ时将达到105倍，由这个强力加速度可以对受污物的表面实行剥离清洗。然而， 950KHZ的超声波不产生空穴，不适应去油污的清洗，只能在电子工业的半导体制造中，对亚微 米粒子的污染进行清洗。
（3）物理化学反应的促进作用
由空穴作用使液体局部发生高温高压（1000气压，5500℃），再经振动产生的搅拌，促使化学或物 理作用的相乘，液体不断地乳化分散，进一步促进化学反应的速率。
清洗液深度的确定
液体中的超声波会因行波、回波的相互干扰及强合结果，将形成“驻波”现象，（见 图1）。确定产生驻波的液体深度，能得到的超声波辐射效果。产生驻波的液体深度，可用下 面公式计算。
液深（λ/2）＝声速/频率÷2
这个液体深度的正倍数数值，也是的深度，例在20℃水温，28K1c时液深为27mm、 54mm、81mm等等，38KHZ时液深为21mm、42mm、63mm等，但是，不同的液体、液温及超 声振荡器，其驻波发生情况是不同的。参见表1。
表 1 驻波的产生情况比较
清洗液 声 速 λ/2
水 20℃ 1483mm 27mm
氟里昂 20℃ 717mm 13mm
IPA 20℃ 1168mm 21mm
酸碱清洗剂 20℃ 1483mm 27mm
超声波产生方式和清洗条件的设定
超声波www.jnthcs.com的产生方式由表2表示，可按不同的清洗目的加以选择，目前常用的是能进行强力清洗的 连续振荡方式。频率调制和多频率的方式，清洗时清洗不均现象较多，对污染严重物体的清洗不 太适应。
表 2 超声波的产生方式
方 式 内 容 特 征
连续振荡 振幅及频率是固定的 可强力清洗。由驻波作用使清洗不均，应增加摇动，达到清洗均 匀性。
加宽调制 振幅变化 有良好的脱气效果，对不同物体清洗性好，噪声大。
频率调制（FM振荡） 振荡频率实行数千赫的变化 能均匀地清洗。清洗效率差，平均输出功率低 。
同时多频率 多种频率同时发生 形成均衡的声场，清洗均匀，不易得到强力的超声波。
多频率交替 每一种频率发生复数个频率 清洗均衡，不易得到强力清洗。
圆锥形辐射清洗 用不锈钢制成的共振体进行超声波辐射。一般在清洗不充分场合使用 可获得常 规超声波10倍或20倍的强度，性能高。 但清洗面小，噪声大
清洗条件的选择设定主要有以下数点。
•清洗位置：将清洗物置于驻波压力zui大的位置，可获得*的清洗效果。但是比驻波大 的物体清洗时，易产生清洗不均，这时应将物体在上下数十毫米内加以摇动，这是减少清洗不良 的常用方法。
•由网孔引起的衰减：在清洗小型另件时，多使用网篮方式，网篮网孔的大小不当，会造 成超声波衰减，使清洗力降低，例在28KHZ场合，网篮的网孔直径需在5mm以上，才可正常清洗 。如小的螺钉清洗时，网孔zui小要做到1mm，如果衰减大，使用0．1-0．5mm的薄板网蓝，也 可得到正常清洗效果。
•频率：对于频率因素涉及的清洗效果，大体可这样认为，采用频率低的针对较难清洗的 污垢，频率高的，适合于精密清洗场合。
•液体温度：随着液温的上升，液中生存的气泡会遮断声波，使超声波减弱，但是在常规 做法上都以提高液温来增加清洗能力。适合的液温要针对不同的清洗液和清洗物来确定，一般场 合液温在5060℃比较适当。
清洗工序和清洗装置
清洗工序的设定要根据污染的类型，污染程度，处理批量来决定，譬如，眼镜片的清洗一般要10 个工序。在使用水系清洗剂时，zui基本的工序制定如下：
超声波清洗（水系清洗剂）→超声波清洗（纯水、自来水）→脱水 （干燥）
干燥处理对清洗物的清洗性优劣非常重要，常见的干燥方法有热风干燥、通风干燥、真空干燥、 离心脱水干燥、IPA提升干燥等，可按照生产批量、成本、产品精度、被洗物形状等加以选择。
工业用超声波清洗机多为单槽或双槽式、自动清洗形式的清洗机也有多槽形式。近年来，半导体 行业用的清洗方式大多采用带950KHZ超声槽的单枚式“US喷淋”高频清洗，可得到 高性能的清洗结果，“US喷淋”的方式是将载有950KHZ超声波所形成的水帷幕，用 于液晶玻璃、电路芯片的超精密清洗，尘粒子可接近“零”的程度。
今后不同产品的湿式清洗，如需100％地发挥清洗剂的性能作用，对超声清洗装置将会提出更高 的要求。