超聲波清洗工藝的選擇主要是指清洗液的選擇及配制,超聲波清洗的方式,清洗液的溫度,超聲波的頻率,超聲波的功率密度以及清洗時(shí)間等因素的選擇。
選用合適的清洗液,對(duì)于超聲波清洗效果具有很大影響。由于超聲波清洗的機(jī)理主要是空化作用,所以選擇清洗液時(shí)除了依據(jù)制體本身的材料,油垢或機(jī)械雜質(zhì)的主要組成外,還必須考慮選擇的清洗液粘度要小,表面張力要小,以利于清洗液的空化。在清洗質(zhì)量要求嚴(yán)格的情況下,還常常采用幾種不同的清洗液,分槽或依次進(jìn)行超聲波清洗,而每種清洗液的作用各有不同,如光學(xué)零件的清洗先后采用了三氯乙烯,氫氧化鈉水溶液,合成洗滌劑,水和酒精等多種清洗液,又如半導(dǎo)體器件的清洗采用了丙酮,1混合清洗液,2混合清洗液和去離子水等等。
最常見的超聲波清洗形式是槽內(nèi)浸洗,即將制件浸入盛有清洗液的超聲波清洗槽內(nèi),超聲波換能器產(chǎn)生的超聲振動(dòng)由清洗槽底幅射至清洗液內(nèi)進(jìn)行清洗。這對(duì)于中小型制件尤為適宜。對(duì)于尺寸和重量都較大的制件可采用局部清洗法,即將制件局部浸入清洗液進(jìn)行清洗,待清洗完畢后再將未經(jīng)清洗的部分浸入清洗液進(jìn)行清洗,直至完全洗遍。另一種方法是根據(jù)大型制件的形狀和局部清洗的部位要求,將超聲波換能器設(shè)計(jì)成特殊形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)局部清洗。對(duì)于清洗要求嚴(yán)格的制件采用幾種不同清洗液,分槽依次進(jìn)行超聲波清洗。此外,還可與其它清洗方法配合清洗,如電子元件的清洗是加熱浸洗和超聲波清洗配合使用。對(duì)于油脂特稠,特厚的制件,也常常先用加熱浸洗或高溫噴洗,然后再用超聲波清洗的多步清洗法。對(duì)于幾種形狀過(guò)分復(fù)雜,如有大小不等的孔穴凹角的制件,可采用多頻率清洗,即在幾種不同的超聲波頻率作用下進(jìn)行清洗。
引入清洗液的超聲振動(dòng)頻率,對(duì)于超聲波清洗的效果有很大影響,這是由于超聲波頻率對(duì)于空化作用影響很大的緣故。一般采用20KHz左右。在20KHz左右空化作用易于產(chǎn)生,清洗效果較為明顯。但對(duì)于表面光潔度要求很高,具有較小直徑的孔或狹縫的制件,宜用波長(zhǎng)較短、能量集中的高頻超聲波清洗,有時(shí)頻率可達(dá)800KHz左右。但高頻的超聲振動(dòng)在清洗液中衰減較大,作用距離較短,空化強(qiáng)度也較弱,清洗效率較低,而且由于高頻的方向性而產(chǎn)生的“陰影”區(qū)使制件的有些部位清洗不到。在使用無(wú)頻率跟蹤的超聲波清洗裝置時(shí),需要經(jīng)常調(diào)節(jié)發(fā)生器的頻率旋鈕,使其輸出信號(hào)的頻率與換能器的固有振動(dòng)頻率保持一致,此時(shí)空化最強(qiáng),在透明的清洗液中可以看到有很多白色聚流,以手探試,有如針刺感覺(jué)。
為了提高超聲波清洗效率,往往采用較高的功率密度。但太高的功率密度會(huì)由于空化作用太強(qiáng)而引起對(duì)制件表面的侵蝕(即空化腐蝕),使制件受損,這對(duì)于具有各類鍍層或鋁及鋁合金制件尤為突出。過(guò)分的提高功率密度還由于飽和作用也無(wú)效果。對(duì)于油污嚴(yán)重、形狀復(fù)雜,有深孔盲孔的制件,要求清洗槽較深,清洗液粘度較大,并選用較大的功率密度,高頻超聲清洗的功率密度也較大,在以水或酒精等清洗漂洗時(shí)功率密度可以取小些。
由于清洗液的空化作用與其溫度有關(guān),溫度升高有利于空化,但隨之蒸氣壓也相應(yīng)增加,超過(guò)一定溫度反而使空化作用降低。因此必須保持一定的溫度范圍,如水溶劑清洗液一般在45℃左右,三氯乙烯清洗液在75℃左右,水則為60℃左右,對(duì)于易蒸發(fā)易燃的清洗液不宜溫度太高。
超聲波清洗的效果和質(zhì)量與超聲波清洗的時(shí)間有關(guān),時(shí)間太短不能達(dá)到清洗的質(zhì)量要求。但時(shí)間太長(zhǎng)不僅效率低,而且由于制件表面發(fā)生空化腐蝕而影響質(zhì)量。油污嚴(yán)重,形狀復(fù)雜的制件清洗時(shí)間宜長(zhǎng)一些。具有各類鍍層的制件,鋁及鋁合金制件清洗時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。表面光潔度較高的制件一般情況下油污相對(duì)少些,清洗時(shí)間也不宜過(guò)長(zhǎng),具體清洗時(shí)間的確定須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)而定。
為了提高清洗效果,保證超聲波清洗裝置的正常使用,被清洗的制件在清洗槽內(nèi)的位置是值得注意的。
首先應(yīng)避免將制件直接壓在超聲振動(dòng)的輻射面上,以致輻射面不能發(fā)生預(yù)期的振動(dòng),而使清洗裝置達(dá)不到正常的工作狀態(tài)。這對(duì)于重量較大的制件尤為重要。制件應(yīng)采用專用工具懸掛于清洗槽內(nèi)并盡量接近輻射面。
第二,須將重點(diǎn)清洗部位對(duì)準(zhǔn)超聲源。
第三,應(yīng)考慮被洗下的污物能順利地排出制件。
第四,要便于清洗液在清洗槽內(nèi)對(duì)流。在采用清洗液循環(huán)使用和不斷補(bǔ)充使用的方法時(shí),進(jìn)液速度不宜太快,否則由于補(bǔ)入的清洗液內(nèi)含氣較多,會(huì)減弱空化作用。
對(duì)于盲孔的清洗,應(yīng)先在盲孔內(nèi)灌滿清洗液,然后將盲孔向下對(duì)準(zhǔn)超聲源,在清洗過(guò)程中,必須一直保持孔內(nèi)充滿清洗液,才能取得顯著效果。