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間等因素的選擇。
選用合適的清洗液,對于超聲波清洗效果具有很大影響。由于超聲波清洗的機理主要是空化作用,所以選擇清洗液時除了依據制體本身的材料,油垢或機械雜質的主要組成外,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。在清洗質量要求嚴格的情況下,還常常采用幾種不同的清洗液,分槽或依次進行超聲波清洗,而每種清洗液的作用各有不同,如光學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浸洗,即將制件浸入盛有清洗液的超聲波清洗槽內,超聲波換能器產生的超聲振動由清洗槽底幅射至清洗液內進行清洗。這對于中小型制件尤為適宜。對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行清洗,待清洗完畢后再將未經清洗的部分浸入清洗液進行清洗,直至完全洗遍。另一種方法是根據大型制件的形狀和局部清洗的部位要求,將超聲波換能器設計成特殊形狀來實現局部清洗。對于清洗要求嚴格的制件采用幾種不同清洗液,分槽依次進行超聲波清洗。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。對于幾種形狀過分復雜,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行清洗。
引入清洗液的超聲振動頻率,對于超聲波清洗的效果有很大影響,這是由于超聲波頻率對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生,清洗效果較為明顯。但對于表面光潔度要求很高,具有較小直徑的孔或狹縫的制件,宜用波長較短、能量集中的高頻超聲波清洗,有時頻率可達800KHz左右。但高頻的超聲振動在清洗液中衰減較大,作用距離較短,空化強度也較弱,清洗效率較低,而且由于高頻的方向性而產生的“陰影”區使制件的有些部位清洗不到。在使用無頻率跟蹤的超聲波清洗裝置時,需要經常調節發生器的頻率旋鈕,使其輸出信號的頻率與換能器的固有振動頻率保持一致,此時空化最強,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。
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由于空化作用太強而引起對制件表面的侵蝕(即空化腐蝕),使制件受損,這對于具有各類鍍層或鋁及鋁合金制件尤為突出。過分的提高功率密度還由于飽和作用也無效果。對于油污嚴重、形狀復雜,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,溫度升高有利于空化,但隨之蒸氣壓也相應增加,超過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,對于易蒸發易燃的清洗液不宜溫度太高。
超聲波清洗的效果和質量與超聲波清洗的時間有關,時間太短不能達到清洗的質量要求。但時間太長不僅效率低,而且由于制件表面發生空化腐蝕而影響質量。油污嚴重,形狀復雜的制件清洗時間宜長一些。具有各類鍍層的制件,鋁及鋁合金制件清洗時間不能過長。表面光潔度較高的制件一般情況下油污相對少些,清洗時間也不宜過長,具體清洗時間的確定須經過實驗而定。
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的位置是值得注意的。
首先應避免將制件直接壓在超聲振動的輻射面上,以致輻射面不能發生預期的振動,而使清洗裝置達不到正常的工作狀態。這對于重量較大的制件尤為重要。制件應采用專用工具懸掛于清洗槽內并盡量接近輻射面。
第二,須將重點清洗部位對準超聲源。
第三,應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對流。在采用清洗液循環使用和不斷補充使用的方法時,進液速度不宜太快,否則由于補入的清洗液內含氣較多,會減弱空化作用。
對于盲孔的清洗,應先在盲孔內灌滿清洗液,然后將盲孔向下對準超聲源,在清洗過程中,必須一直保持孔內充滿清洗液,才能取得顯著效果。