Сила звука: Исследование применения ультразвуковых очистителей в промышленности

Краткое руководство:

1 Введение

2 Введение в аппарат для ультразвуковой очистки

3 Области применения ультразвукового очистителя

4 Тематические исследования: Конкретные случаи использования ультразвуковых очистителей в промышленности

5 Заключение

1 Введение

Ультразвуковые волны - это механические волны с чрезвычайно короткой длиной волны, названные так потому, что нижняя граница их частотного диапазона превышает диапазон человеческого слуха. Благодаря эффекту кавитации ультразвуковые волны в жидкой среде приводят к образованию в ней полых микропузырьков. Эти пузырьки быстро расширяются и закрываются, что приводит к возникновению огромного давления. Это приводит к эмульгированию и может разрушить некоторые твердые примеси, поэтому он часто используется в очистке приложений. Ультразвуковые очистители широко используются в повседневной жизни, научно-исследовательских экспериментах и промышленном производстве благодаря их превосходному очищающему эффекту. В этой статье мы расскажем о принципе работы ультразвуковых очистительных машин и их промышленном применении, чтобы предоставить ссылку для покупки.

2 Введение в ультразвуковую очистительную машину

2.1 Природа ультразвука и принцип работы ультразвуковой очистительной машины

В воздухе, ультразвуковые волны относятся к длине волны ниже 2см, и частота превышает 20кГц механических волн. Эти длины волн очень коротки и ниже общего нижнего предела человеческого слуха (2 см), поэтому люди называют эти неслышимые механические волны ультразвуком.

Ультразвук подчиняется тем же законам отражения, преломления, дифракции, рассеяния и других видов распространения в среде, что и инфразвук и слышимые звуковые волны, без каких-либо принципиальных отличий. Но длина волны ультразвука очень мала, всего несколько сантиметров или даже несколько тысячных долей миллиметра.

Рис. 1 Частотный диапазон ультразвука

По сравнению с другими волнами, ультразвук имеет множество особенностей:

Характеристики распространения - Длина волны ультразвука очень мала; как правило, препятствия во много раз превышают длину волны ультразвука. Следовательно, проникновение ультразвука плохое, его дифракционная способность неполноценна, и он легко рассеивается. Ультразвуковые волны распространяются по прямой линии в однородной среде, но дифракция затруднена. Чем короче длина волны, тем более значимой становится эта характеристика. Кроме того, согласно закону рассеяния Рэлея, интенсивность рассеянной волны обратно пропорциональна четвертой мощности длины волны. Поскольку длина ультразвуковой волны очень мала, рассеяние будет очень серьезным, а проникновение не очень хорошим.

Кавитация - Когда ультразвуковые волны распространяются через среду, происходит чередование положительных и отрицательных циклов. В положительной фазе ультразвуковые волны сжимают молекулы среды, изменяя первоначальную плотность среды и увеличивая ее. В отрицательной фазе молекулы становятся более разреженными, что еще больше рассеивает их и уменьшает плотность среды. Когда ультразвук достаточно высокой интенсивности воздействует на жидкую среду, среднее расстояние между молекулами превышает необходимое для поддержания критического молекулярного расстояния среды, что приводит к разрушению среды и образованию микропузырьков. Эти маленькие полости быстро расширяются и закрываются, заставляя частицы жидкости возникать между сильными ударами, создавая тем самым от тысяч до десятков тысяч атмосферных давлений. Это бурное взаимодействие между частицами играет хорошую роль в смешивании, так что две несмешивающиеся жидкости (например, вода и масло) эмульгируются, и ускоряется растворение растворителей. Лопающиеся пузырьки, создаваемые небольшими, но мощными ударными волнами и микроструями, также могут эффективно удалять грязь и загрязнения с поверхности объекта. Этот вид ультразвукового воздействия в жидкости вызван различными эффектами, известными как ультразвуковая кавитация, которая также является ультразвуковой очистительной машиной, может играть роль в очистке принципа.

Рис. 2 Кавитация

2.2 Структура ультразвуковой очистительной машины

1. Ультразвуковой генератор

Ультразвуковой генератор является одним из основных компонентов ультразвуковой очистительной машины, в основном отвечающим за генерацию высокочастотной электрической энергии. Он преобразует переменный ток в высокочастотную электрическую энергию (обычно от 20 кГц до 40 кГц) и передает ее на ультразвуковой преобразователь.

2. Ультразвуковой преобразователь

Ультразвуковой преобразователь обычно изготавливается из пьезоэлектрических материалов (например, пьезоэлектрической керамики), поэтому он также известен как пьезоэлектрический преобразователь. Он состоит из силового трансформатора и выпрямительной системы, генератора, движителя, усилителя динамической скорости и выходного трансформатора. Он преобразует высокочастотную электрическую энергию, вырабатываемую ультразвуковым генератором, в механическую вибрацию. Преобразователь закрепляется на дне или боковой стенке бака для очистки, преобразуя электрическую энергию в высокочастотную механическую вибрацию.

3. Емкость для очистки

Емкость для очистки используется для хранения чистящей жидкости и предметов, подлежащих очистке. Обычно он изготавливается из нержавеющей стали и других коррозионностойких материалов, чтобы предотвратить коррозию чистящей жидкости и грязи на баке. На бак также могут быть установлены устройства нагрева и контроля температуры для управления температурой чистящего раствора, баки из нержавеющей стали, а также коробчатые каркасные прокладки между виброгасящими устройствами. Размер и форма бака для очистки могут быть настроены в соответствии с различными потребностями очистки.

4. Вибрационная плита

Вибрирующая пластина обычно крепится на дне или боковой стенке бака для очистки и подключается к ультразвуковому преобразователю. Пластина равномерно передает механическую вибрацию, создаваемую преобразователем, в чистящую жидкость, создавая эффект кавитации.

5. Чистящая жидкость

Чистящая жидкость - это среда для процесса очистки, обычно состоящая из воды и соответствующего количества моющего средства. Выбор чистящей жидкости зависит от материала, который необходимо очистить, и характера загрязнений. Правильно подобранная чистящая жидкость может улучшить эффект ультразвуковой очистки.

6. Панель управления

Панель управления регулирует и контролирует рабочие параметры ультразвукового очистителя, включая частоту ультразвука, мощность, время очистки и температуру. Современные ультразвуковые очистители обычно оснащены цифровым дисплеем и функциями программирования, чтобы пользователи могли точно контролировать процесс очистки. Панель оснащена гнездом для подключения питания и предохранителем на задней панели. Блок питания ультразвукового очистителя должен быть оснащен схемой защиты от перегрузки по току, чтобы обеспечить безопасность использования.

7. Система обогрева (опция)

Некоторые ультразвуковые очистители оснащены системой нагрева для подогрева очищающего раствора. Нагрев может повысить эффективность очистки, особенно для жирных загрязнений, нагретый чистящий раствор может более эффективно растворять и удалять грязь.

8. Система фильтрации (опция)

Система фильтрации используется для удаления примесей в моющем растворе и поддержания чистоты моющего раствора. Система может продлить срок службы чистящего раствора и улучшить эффект очистки.

9. Дренажная система

Дренажная система используется для слива моющего раствора из бака, что облегчает замену моющего раствора и очистку бака. Обычно она включает в себя сливной клапан и трубопровод.

Рис. 3 Структура и принцип работы машины для ультразвуковой очистки

3 Области применения ультразвукового очистителя

3.1 Промышленное применение

Ультразвуковые очистительные машины широко используются в различных отраслях промышленности.

lВ обрабатывающей промышленности для очистки поверхности изделий часто используется ультразвуковая очистка для достижения цели полного удаления мелких загрязнений .

lВ электронной промышленности ультразвуковые очистительные машины в основном используются для очистки электронных компонентов и печатных плат. Электронные компоненты в процессе производства легко загрязняются различными мельчайшими частицами пыли и загрязнителей, ультразвуковая очистка может эффективно удалить эти мельчайшие частицы, чтобы обеспечить чистоту и качество компонентов.

lВ процессе производства автомобилей многие детали, такие как компоненты двигателя, трансмиссии, системы впрыска топлива и т.д., нуждаются в поддержании высокой степени чистоты. Ультразвуковые очистительные машины могут полностью удалить с этих деталей масло, металлическую стружку и другие загрязнения, чтобы улучшить качество сборки и эксплуатационные характеристики автомобиля.

lВ области производства точного оборудования многие детали требуют очень высокой степени чистоты. Ультразвуковые очистители могут удалять мельчайшие загрязнения с поверхности и внутренней поверхности этих деталей, обеспечивая их точность и производительность.

lПри производстве оптических линз и приборов ультразвуковые очистители используются для удаления пыли и отпечатков пальцев с линз, чтобы обеспечить их чистоту и точность .

lВ процессе производства стали на ее поверхности часто остаются окисленная кожа, жир и другие загрязняющие вещества. Ультразвуковые очистители могут быстро и эффективно удалять эти загрязнения, улучшая качество поверхности стали.

В сценариях применения, требующих чрезвычайно высокой точности и чистоты, ультразвуковые очистители могут соответствовать более высоким требованиям к чистоте.

lУльтразвуковые очистители широко используются в медицинской промышленности для очистки хирургических инструментов и другого медицинского оборудования. Их эффективная и тщательная очистка позволяет обеспечить стерильность медицинского оборудования и предотвратить возникновение инфекции. Фармацевтическое оборудование и контейнеры требуют строгих стандартов очистки. Ультразвуковые очистители могут эффективно очищать реакторы, мешалки и другое оборудование для обеспечения безопасного процесса производства фармацевтической продукции без загрязнения.

lПри очистке оборудования для пищевой промышленности ультразвуковая очистительная машина может эффективно удалять остатки пищевого мусора и пятна, обеспечивая чистоту оборудования и безопасность пищевых продуктов .

lВ аэрокосмической промышленности предъявляются чрезвычайно высокие требования к чистоте деталей. Ультразвуковые очистительные машины могут использоваться для очистки различных сложных форм и структур авиационных деталей, чтобы обеспечить их надежность в жестких условиях эксплуатации.

lПомимо вышеперечисленных отраслей промышленности, ультразвуковые очистительные машины также широко используются в часовом деле, ювелирной обработке, химических лабораториях и других областях, в любой необходимости эффективной и точной очистки можно использовать технологию ультразвуковой очистки.

В обрабатывающей промышленности использование ультразвуковых очистительных машин для очистки продуктов может повысить производительность и улучшить качество продукции. Ультразвуковая очистка может проникать в мелкие щели и сложные структуры, достигая более высокой степени чистоты. В то же время прецизионные детали могут обеспечить целостность своей поверхности и уменьшить потери деталей. Кроме того, ультразвуковые машины для очистки используют чистящую жидкость на водной основе, что позволяет сократить использование химических веществ и уменьшить загрязнение окружающей среды. Поэтому ультразвуковая очистка стала важным методом очистки в промышленном производстве. Stanford Advanced Materials (SAM) предлагает широкий спектр ультразвуковых очистителей для крупномасштабных промышленных применений и может предоставить вам правильный выбор оборудования в зависимости от масштабов вашей промышленности, площади и требований к эффективности. На рис. 4 показан ультразвуковой очиститель с пятью резервуарами и полуавтоматической системой переноса.

Рис. 4 Ультразвуковой очиститель с пятью резервуарами и полуавтоматической системой переноса

3.2 Применение в быту

Ультразвуковой очиститель не только широко используется в промышленности, но и имеет множество важных применений в повседневной жизни. Он использует эффект кавитации ультразвуковых волн для эффективной и тщательной очистки различных предметов, экономя время и усилия.

lУльтразвуковые чистящие машины могут эффективно очищать грязь и жир на ювелирных изделиях, часах и других аксессуарах, восстанавливая их первоначальный блеск, и могут проникать в небольшие щели для тщательного удаления грязи, которую трудно очистить вручную .

lОн также может тщательно очистить линзы и оправы очков, чтобы не поцарапать и не повредить поверхность линз .

lУльтразвуковые очистители можно использовать для очистки посуды и кухонных принадлежностей, особенно предметов сложной формы с мелкими щелями, таких как ножи, вилки, ложки и ситечки. Ультразвуковая очистка удаляет стойкий жир и остатки пищи и обеспечивает гигиену.

l Стоматологическиеприборы, используемые в домашних условиях, такие как головки зубных щеток, зубные протезы и брекеты, склонны к накоплению бактерий и грязи. Ультразвуковые очистители могут эффективно очищать эти приборы, обеспечивая лучшую гигиену полости рта.

lФизиотерапевтические приборы, используемые в домашних условиях, такие как массажные насадки, устройства для купирования и физиотерапевтические электродные подушечки, могут быть очищены ультразвуком, чтобы удалить остатки после использования, сохраняя гигиену и безопасность приборов.

lКосметические инструменты, такие как бритвы, парикмахерские ножницы, кисти для макияжа и маникюрные инструменты, после ультразвуковой очистки становятся чище и гигиеничнее, снижая риск кожных инфекций .

lКосметические контейнеры, такие как палитры теней для век, футляры для пудры, тюбики помады и т. д., можно очистить с помощью ультразвукового очистителя, чтобы удалить остатки косметики и грязи и сохранить контейнеры в чистоте .

lУльтразвуковые очистители также можно использовать для очистки коллекций артефактов и т. д., чтобы сохранить первоначальный вид и ценность предметов.

В дополнение к более сильной очищающей способности, наиболее значительным преимуществом ультразвуковой очистки в применении в жизни является уменьшение использования мощных химических чистящих средств, которые имеют определенную степень опасности, повышение безопасности, в то же время также уменьшение загрязнения окружающей среды.

Рис. 5 Ультразвуковая машина для очистки очков

3.3 Применение в научных исследованиях

Ультразвуковые очистители имеют широкий спектр применения в области научных исследований, в основном для поддержки различных исследований и экспериментов, используя их высокую эффективность, точность и неразрушающие характеристики очистки.

lЛабораторная стеклянная посуда, пластиковые приборы, металлические инструменты и т.д. нуждаются в поддержании высокой степени чистоты, чтобы не загрязнять результаты экспериментов. Ультразвуковые очистители могут эффективно удалять остатки, химикаты и частицы, приставшие к этой посуде, чтобы обеспечить чистоту экспериментальной аппаратуры.

lВ материаловедении и бионаучных исследованиях процесс подготовки образцов часто требует удаления поверхностных загрязнений. Ультразвуковые очистители могут использоваться для очистки поверхности образца, чтобы обеспечить чистоту образца и точность экспериментальных результатов.

lВ экспериментах по химическому анализу этап предварительной подготовки образцов требует эффективного процесса очистки. Ультразвуковые очистители позволяют быстро очистить пробирки, реакторы и другие экспериментальные емкости, уменьшая влияние загрязнений на результаты анализа.

lВ исследованиях металлургии и материалов очистка металлических образцов является очень важным этапом. Ультразвуковые очистители могут эффективно удалять жир, окислы и другие загрязнения с металлических поверхностей, обеспечивая чистоту образцов и точность результатов.

lЭлектронные компоненты, используемые в научных исследованиях, такие как микроэлектронные чипы, датчики и печатные платы, должны содержаться в высокой степени чистоты. Ультразвуковые очистители могут удалять мельчайшие частицы и загрязнения с поверхности этих компонентов, обеспечивая их работоспособность и надежность.

lВ оптических экспериментах линзы, призмы, оптическое волокно и другие оптические компоненты должны сохранять высокую степень прозрачности и чистоты. Ультразвуковые очистители могут эффективно удалять пыль и отпечатки пальцев с поверхности этих компонентов для обеспечения точности оптических экспериментов. Подготовка и обработка наноматериалов требует удаления примесей и нереактантов с их поверхности для обеспечения точности их свойств и результатов исследований. Ультразвуковые очистители могут проникать глубоко в микроструктуру наноматериалов и полностью удалять загрязнения.

lВ биологии и медицинских исследованиях аппараты для культивирования клеток, предметные стекла микроскопов и другие биологические образцы требуют тщательной очистки. Ультразвуковые очистители удаляют остатки и загрязнения с поверхности биологических образцов, обеспечивая надежность экспериментальных результатов. Микрофлюидные чипы широко используются в биомедицине и химическом анализе, и их микроструктуры легко загрязняются. Ультразвуковые очистители могут эффективно очистить крошечные каналы и структуры этих чипов, чтобы обеспечить их функционирование и производительность.

lПри археологических исследованиях древние артефакты и образцы окаменелостей необходимо очищать с особой тщательностью, чтобы избежать повреждений. Ультразвуковые очистители мягко, но эффективно удаляют почву и отложения с поверхности этих образцов, сохраняя их первоначальное состояние.

Использование ультразвуковых очистителей в научных исследованиях позволяет проводить тщательную очистку сложных объектов в короткие сроки без механических повреждений хрупких приборов и образцов, сохраняя их целостность. Использование машинного управления для очистки позволяет легко реализовать автоматизацию процесса очистки, снизить человеческий фактор и повысить эффективность эксперимента. В то же время снижается зависимость от сильных химических чистящих средств, использование чистящих жидкостей на водной основе, защита окружающей среды и безопасность.

Рис. 6 Лабораторные ультразвуковые очистители для очистки приборов

4 Примеры из практики: Конкретные случаи использования ультразвуковых очистителей в промышленности

Ниже приведены примеры использования ультразвуковых очистителей в промышленном производстве.

4.1 Улучшение обслуживания печатных плат с помощью ультразвуковой очистки в электронной промышленности

Для очистки печатных плат обычно используется ультразвуковая очистка. Печатная плата PCB (Printed Circuit Board) - один из незаменимых компонентов электронного оборудования, используемый для механической поддержки и электрического соединения электронных компонентов. PCB через формирование проводящих путей на непроводящей подложке, связность, и другие графики схемы для достижения соединения между электронными компонентами и связи.

Флюс для сварки компонентов печатных плат делится на три категории: водорастворимый, канифольный и неочищаемый. Первые два типа используются чаще и часто требуют ультразвуковой очистки, хотя спиртовая чистка также распространена. В принципе, неочищаемый флюс не должен требовать очистки. Однако большинство производителей во всем мире по-прежнему очищают электронные компоненты, спаянные с помощью флюса без очистки. Особенно это касается печатных плат и выводов ИС высокой плотности, если их не очищать или не использовать ультразвуковую очистку, между линиями и выводами высокой плотности может скапливаться пыль. Это скопление может привести к короткому замыканию, когда окружающая среда становится влажной, и эти неисправности могут разрешиться и исчезнуть сами по себе после высыхания, что затрудняет их обнаружение. Поэтому большинство производителей электроники постоянно используют ультразвуковую очистку печатных плат для предотвращения подобных проблем.

Рис. 7 Ультразвуковая установка для очистки печатных плат

4.2 Повышение эффективности очистки с помощью ультразвуковой технологии в секторе аппаратного обеспечения

По сравнению с различными другими методами очистки, ультразвуковая очистительная машина демонстрирует большое превосходство, особенно на специализированных, групповых производственных предприятиях. Эти предприятия постепенно используют ультразвуковые очистительные машины для замены традиционных погружения, чистки щетками, мойки под давлением, вибрационной очистки паром и других процессов. Ультразвуковые машины обеспечивают высокую эффективность и высокую степень чистоты благодаря распространению звуковой волны в среде, которая возникает в результате эффектов проникновения и кавитации. Это облегчает очистку деталей и узлов сложной формы, внутренних полостей и мелких отверстий. Кроме того, ультразвуковые очистительные машины универсальны и подходят для очистки ступиц автомобильных колес, деталей с гальваническим и вакуумным покрытием, деталей двигателей, подшипников, литых деталей, штампованных деталей, очков, посуды из нержавеющей стали, компрессоров, деталей часов, прецизионного текстильного оборудования, прецизионных пресс-форм, зубчатых колес, коленчатых валов и других прецизионных компонентов. Прецизионные пресс-формы, шестерни, коленчатые валы, клапаны, радиаторы и другие прецизионные детали эффективно очищаются от масла, воска и мусора в процессе производства с помощью ультразвуковой очистки. Эта технология также широко используется для очистки электронных печатных плат, деталей подшипников, оптических линз, автомобильных деталей, компонентов вакуумного ионного покрытия, деталей аппаратного покрытия, магнитных головок аудиосистем, деталей прецизионного оборудования, медицинского оборудования, жидкокристаллических дисплеев и авиационной техники, что делает ее незаменимой в различных отраслях промышленности для специализированных задач очистки.

4.3 Усовершенствование процессов предварительной и последующей обработки в гальванической промышленности с помощью ультразвуковой очистки

Ультразвуковая очистка используется в основном в гальванической промышленности для широкого спектра компонентов, включая гальванические детали, вакуумные детали, замки, детали двигателей, подшипники, литые детали, штампованные детали, корпуса и ремешки часов, оправы для очков, посуду из нержавеющей стали, компрессоры, точное текстильное оборудование, точные пресс-формы, шестерни, коленчатые валы, клапаны, радиаторы и другие точные металлические детали. Она эффективно удаляет масло, воск и мусор со всех типов металлических деталей в процессе производства и обработки. Ультразвуковая очистка в этом секторе подразделяется на два основных типа: предварительная и последующая очистка. Предварительная обработка включает в себя очистку различных деталей оборудования для удаления полировочного воска, технологических масел и мусора. Пост-обработка направлена на удаление остатков растворов и различных остатков процесса нанесения покрытия.

5 Заключение

Технология ультразвуковой очистки нашла широкое применение в промышленности, быту и научных исследованиях благодаря своим эффективным, глубоким и щадящим характеристикам. Эта технология использует эффект кавитации, создаваемый ультразвуковыми волнами, для эффективного удаления грязи, жира и других загрязнений с поверхности и внутренней структуры, не повреждая очищаемый предмет, что особенно подходит для очистки предметов сложной формы и мелких щелей. В промышленном производстве ультразвуковая чистящая машина повышает эффективность производства и качество продукции, сокращает использование химических чистящих средств и уменьшает загрязнение окружающей среды. В повседневной жизни она предоставляет людям безопасный, экологически чистый и эффективный способ очистки. В области научных исследований технология ультразвуковой очистки обеспечивает высокие требования к чистоте экспериментального оборудования и образцов, поддерживая точные научные исследования. Таким образом, с точки зрения повышения эффективности очистки, обеспечения работоспособности продуктов и оборудования, а также с точки зрения охраны окружающей среды и безопасности, ультразвуковая очистительная машина является передовым инструментом очистки, заслуживающим широкого распространения и применения.

Ссылки:

[1] Изготовление и эксплуатационные испытания системы ультразвуковой очистки пластин солнечных элементов[J]. Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, 2019, 28(4).

[2] Escrig J , Woolley E , Rangappa S , et al. Clean-in-place monitoring of different food fouling materials using ultrasonic measurements[J]. Food Control, 2019, 104.

[3] M S K . Исследование: обеспечение кавитации в ультразвуковом очистителе медицинского оборудования[J]. Biomedical instrumentation & technology, 2019, 53(4).