超声波清洗机基本设备构成与分类

一、设备的基本构成

 超声波清洗机主要由三部分组成，即超声电源，也称为超声频电（功率）源、超声换能器和清洗槽，如图1-1所示。

（1）超声频电源将工业电转换成超声频电能；超声换能器是将超声频电能转换成同频率的机械振动，并通过清洗媒液向清洗工件辐射超声波，达到清洗的目的。清洗槽是盛清洗媒体的容器，它可以是单槽也可以由多个单槽组合成连续的生产线。

超声波清洗的辅助设备因清洗媒体的不同而有所差别。清洗媒体为水基清洗液剂，一般在清洗槽内安装电加热器。加热可大大提高超声波的清洗效率。别一类超声波清洗的好东媒液为有机溶剂，如酮、二氯甲烷、还需有冷凝器、油水分离器及过滤回收有机溶剂的装置。现在，市场上供应的绝大部分是应用水基清洗媒液的超声波清洗设备。

（2）超声频电功率源

超声频电功率源是一将工业用电转换成超声频电功率的输入装置，又称超声电源。早期的超声电源都用电子管器件，体积大效率低，目前已被晶体管替代。利用晶体管可制成效率高、功率大、体积小的超声电源。超声电源可分为振荡放大型和逆变型两种类型。振荡放大型由振荡器、放大器和匹配电路组成。振荡器产生一定频率的信号以便推动放大器。放大器是将振荡信号放大而达到一定的功率输出。匹配电路就是通过对输出变压器进行阻抗匹配，和通过外加电感器调谐，使换能器获得最大的电功率。

逆变型的超声电源常用可控硅逆变电路，利用电脉冲触发可控硅元件导通，再利用换向电容使流过可控硅的电流反向来关断，以超声频率使可控硅交替地导通和关断，使直流电逆变为超声电能。由于可控硅元件的开关速度受限制，这类电源工作频率一般低于20kHz。

（3）超声波换能器

超声换能器有两种类型，一类是磁致伸缩型；另一类为电致伸缩型，又称压电式换能器。磁致伸缩型换能器是利用某些铁磁体（如纯镍、镍钴合金及铁氧体)材料的磁致伸缩效应制成的。当高频电流通过线圈时，铁磁性铁芯中的磁场强度发生周期性变化，铁芯长度作周期性伸缩变化，而激发出超声波。由于使用镍和镍钴合金作铁芯的造价贵，而且制成的换能器的电声率较低，日前很少采用。用铁氧体做成的磁致伸缩换能器机械强度低，使用寿命短，因而较少被应用。

电致伸缩型即压电换能器是应用最广的换能器。这种换能器具有电声效率高，造价便易，而且便于制造成不同的结构，以适应不同的清洗要求。

压电式换能器是用压电材料(如锆钛酸铝、钛酸钡等〕制成的。其换能原理是由这些压电材料的特殊电学性能所致。当压电材料受到外部应力作用时，处于压缩状态或伸长状态时会形成电压，称为压电效应。而在这些材料的两端加电压时，它又会产生拉伸缩的机械振动，称为递压电效应。当外部加有交变电压时，它就会产生压缩式伸张的连续变化，并产生超声波。图1-2是压电式换能器产生超声波的示意图。

图1-2 电压式换能器产生超声波示意图

（a）没有外加电压时；（b）上接电源的正极○+下接电源负极○-时；

（c）上接电源负极○-下接电源正极○+时；（d）外接40kHz交流电源时

（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。

换能器的电功率也有设计要求。辐射板所承受的电功率强度一般低于1.5W/cm2，大多数应在0.5~1w/cm2之间。过高的强度会加速辐射板表面的空化腐蚀。同时由于过剧烈的空化所产生的气泡会影响能量传递，使远离辐射面的液体空间的声强变弱，而达不到均匀清洗的目的。

二、分类。超声波清洗机主要根据设备复杂程度和应用领域来分类，一般分为单式、组合式、生产线式和浸入式。

①单缸式超声波清洗机、主要用于小批量的物件的清洗，同时，对于清洗物件的要求不高，不需要进行预处理等工作。

②组合式超声波清洗机。结构较单缸式清洗机复杂，主要是集中了浸泡、清洗和漂洗等功能。它的特点是有一定集成度，清洗效果比单纯的超声波清洗好一点。适用于有较高要求的清洗部件，如汽车发动机零件、中小型电器零部件装配前的预处理等。

③生产线式超声波清洗机。这种超声波清洗机己经超出了一般清洗机的概念，而成为一种大的流水生产线式的清洗过程。它可以集成各种外加设备，集浸泡、水漂洗、超声漂洗、去离子水喷洗、烘干等功能于一身。主要用于满足大型机械设备零件、钢板等体积大、批暴大的清洗要求。

④投入式超声波清洗机。投入式清洗机主要指的是超声换能器的放置方式。主要是因为它的换能器是单独的结构，并不与清洗缸连在一起，而是可以根据需要放入一个具休地方，以满足不同的清洗需要。