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超声波清洗机在钢丝表面处理作业线上的应用

1超声波清洗机的组成及应用

1.1超声波清洗机的组成

超声波清洗机主要由3部分组成,即超声波发生器、超声波换能器和清洗槽。

超声波清洗机

超声波发生器是产生电磁振荡信号并提供能量的工作部分,给换能器一定频率的电磁振荡能量,如果这个频率是换能器本身的谐振频率,就会产生最有效的超声振动。超声波换能器是把超声波发生器所产生电磁振动信号转化为超声振动,进而推动与机械振动系统相连接的介质振动,向介质中辐射声波。超声波清洗槽分为储液槽和工作槽,储液槽在工作槽的下部储存清洗液,工作槽底部安装超声波换能器(密封),为下置式,工作槽上部安装超声波换能器并浸入工作介质,为上置式。在生产中,用液下泵把清洗介质抽入工作槽,钢丝从中穿行实现表面清洗。

1.2超声波清洗在钢丝生产作业线上的应用

1.2.1钢丝表面镀层的清洗作业线的应用

很多电镀或热镀锌生产线都采用电解碱洗和电解酸洗工艺来清洗钢丝表面的残余润滑膜。分别用氢氧化钠溶液或稀硫酸作为清洗介质。电解清洗时通过电子交换时形成的“氢”或“氧”气泡的“撕裂”作用剥离钢丝表面的氧化物或溶解脂肪酸等残留物。电解清洗后的钢丝在40倍显微镜下观察,能发现微量的小块颗粒黄斑,还有微量的残屑附着在钢丝上,时间久时就会引起腐蚀。实践表明,电解清洗对于平整面和尖凸部分清洗效果很好,但对于微小凹坑里的残留润滑剂却起不到明显的清洗效果。利用超声波清洗可以弥补电解清洗的不足。

采用超声波清洗的目的是提高钢丝表面的清洗质量和降低钢丝表面处理的能耗与废液的排放。在钢丝进入镀层作业线前,先采取钢丝球擦洗或砂洗的方法去除一部分拉丝润滑膜,再加上超声波清洗,可以不用热水漂洗就能达到镀前钢丝需要的表面洁净状态。超声波清洗的钢丝经镀铜和光亮拉拔成成品后,同样在40倍显微镜下观察,看不到残留润滑剂成分,产品质量得到很大提高。

1.2.2钢丝铅淬火生产线的应用

高碳钢丝生产的中间和最终热处理大多数采用等温淬火的工艺,以获得细珠光体一索氏体化组织。铅淬火后钢丝的表面磷化工序利用超声清洗后,可以彻底清除钢丝表面的微量氧化物和油脂等残留物。

超声波清洗的频率为20~25kHz,采用水、弱酸或碱作清洗介质,温度60~70℃。只要设计清洗槽有一定的有效长度,保证钢丝适当的在线时间,就能确保钢丝的清洗效果。空化气泡在振荡过程中,伴随一系列现象发生,如辐射扭力导致液体循环,在振动气泡表面处很高的速度梯度和猫滞应力下降,使钢丝表面的污物破环并脱落。空化作用所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层,增加搅拌作用,加快可溶性污物的溶解。

清洗槽采用多槽结构,以适应不同的清洗液对钢丝进行复合清洗,使钢丝处于空化的最佳位置(钢丝走线在超声波清洗液中14/波长的倍数处)。每个清洗槽均设置可调节距离的隔离导轮,使钢丝能将液体中的超声波最大限度地藕合在钢丝上,增加清洗效果。该生产线已由无锡新科设计,并成功应用于国内的许多生产线上。

1.2.3超声波清洗应用在铝包钢丝生产的钢芯处理铝包钢丝的钢芯生产流程:

(1)盘条→连续放线→乱线保护开关→机械刷轮除锈→直线式拉丝机拉拔→工字轮收卷;(2)卧式工字轮放线叶振动清洗→热水洗、电加热钢丝热处理炉(明火加热炉)、铅液等温淬火→水冷槽→超声波清洗、冷水冲洗→热水洗→由250卧式工字轮收线,成为包铝待用的钢芯。生产线的特点:大盘重作业,超声波清洗。

(1)大盘重收放线。经机械除锈的线材或粗拉的钢丝缠绕到Φ250工字轮上,单轮收卷达2.0~2.6t,上下线机械化作业,劳动强度大幅度降低。整条生产线实现钢丝热处理连续化稳定生产,为提高拉丝机作业率创造了有利条件。

(2)超声波清洗。采用超声波二合一清洗液进行清洗,主要是用挥发性较低的磷酸复配添加剂,磷酸质量分数10%~15%,工作温度为40~60℃。

考虑到设备的互换性和便于维护保养,超声波清洗的机制和设备与钢丝铅淬火生产线相同,清洗液可以循环使用,没有排放,定期清除槽体内的沉积物即可。因其挥发性较低,操作环境基本没有酸的污染。

微量的酸气可以通过吸风罩排出,保证了生产环境的清洁。

超声波清洗槽采用上下槽循环系统。贮液槽(下位槽)内部用蒸汽加热,工作时用耐酸泵将已加热的溶液通过管路送入工作槽,既保证了工作强度,也节约了加热时间,清洗效率大幅度提高。经过清洗的钢丝和铝的包覆结合力优于其他的钢丝表面清洗手段,现已成为铝包钢丝生产企业首选的表面清洗工艺及装备配置。

(3)超声波清洗液的回收处理。

当超声波清洗液中Fe2+,Fe3+含量达到一定值时,将清洗液排入储液池中,以备再生回收。清洗液的再生设备和工艺比较简单、实用,采用这种再生处理方法,超声波清洗液的回收率达85%以上。

2清洗工艺的改进

2.1频率和功率

对于表面比较平整的物件,在使用水或清洗剂时采用较低的频率空化效果好,但频率低时会产生噪声;清洗小间隙、狭缝、深孔的物件时高频较好。

超声波清洗效果不一定与功率和清洗时间的乘积成正比。有时用小功率,花费很长时间也没有清除污垢;但当功率达到一定数值后,很快便将污垢去除。若选择功率太大,空化强度增加,清洗效果明显增加,但此时会对设备和物体产生蚀点,因此,在清洗时,要根据实际情况选择适中的频率和功率,以达到最佳清洗效果。

2.2温度的影响

清洗液温度对清洗效果有很大影响,清洗液温度升高时,空穴数量增加,但温度过高,气泡中蒸汽压增大,空化强度会降低,因此,在选择不同的液体作为清洗剂时,清洗液的温度要适当。

2.3清洗液量和压力的选择

一般清洗液面高于超声振子表面100mm为佳,在钢丝生产线选取被淹没的钢丝要稍高于振子表面的100mm左右。另外,当清洗液压力大时不易产生空化,所以超声波清洗时在敞口容器中进行效果较好。

2.4超声波发生器与换能器的阻抗匹配问题

现在的超声波清洗机,一般都是由专业的电子设备厂生产超声波发生器。基本的技术参数为输入、输出频率,其他电参数很少介绍。换能器也是由专业厂生产制造。由于批量生产的换能器谐振频率的变化在300~500Hz,阻抗的变化在20~80Ω,一般换能器的标称功率50W或100W等。设备厂将单个换能器按一定的矩阵排列,勃结成一定功率的“振板”。最终的谐振频率与阻抗参差很大,难以做到最佳的“电声匹配”,限制了超声波清洗器的最佳效益发挥。增添必要的阻抗分析仪器,进行换能器的特性检测,分组匹配,阻抗补偿等工作是设备制造厂刻不容缓的工作。

3结语

与常规的钢丝表面清洗的方法相比,超声波清洗机的优点明显。尤其在铝包钢用热处理钢丝清洗方面,清洗后钢丝表面清洁度高,钢丝表面不易产生过酸洗的氢脆,而且基本杜绝了铝包钢丝生产后续工序中出现脱铝、漏钢、断线等质量隐患。但是超声波产生的清洗效果与超声波的声压、声强,电声匹配的关系较大。对各种参数定量检测、调整才能发挥最大的转换效率。

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