超声波除积碳工艺技术研究

　　超声波清洗技术是20世纪50年代兴起的,它清洗的速度快、质量好、易于实现自动化,降低了普通化学清洗对环境造成的污染。在很多场合下,超声波清洗可以用水剂清洗代替有机溶剂,或降低清洗液的酸碱度仍可获得较佳的清洗效果。

　　某大修发动机II级主喷口壳体、管件及销轴等零件的除积碳是表面处理的一道重要工序。表面形成的积碳如不清理将会严重影响发动机的使用寿命。自从某型发动机大修生产线建成以来,表面处理工部的除积碳技术一直采用氢氧化钠NaOH(500~700g/L)、亚硝酸钠NaNO2(200~300g/L)等高浓度碱溶液中长时间浸泡,操作温度达135~145°C,在槽加工周期长达3~4h,有时甚至延长到8h。但是随着技术要求的不断进步和提高,目前现场除积碳方法对于一些顽固积碳无法彻底清除,只能靠局部机械打磨,但采用此操作,容易损伤螺纹等部位,造成零件报废。因此,为提高一般零件的除积碳工作效率及去除的质量,现考虑将超声波技术引入到实际生产中。一种方案是选择合适的洗涤剂去除较轻的积碳;另一种方案是利用现有的超声波设备,使现场的槽液组成不变,降低溶液浓度和温度,然后再利用超声波空化效应,缩短除积碳的时间,提高生产效率,降低碱性化学药品的使用量,减少能源的消耗,最终提高零件表面的积碳去除质量,工作效率提高2倍以上,填补了外表面超声波除积碳技术的空白。

　　1 研究目标

　　某厂表面工程部准备建一条超声波生产线,其中就包括超声波除积碳技术。但对于某些通用件外表面超声波除积碳技术,该公司尚属空白,因此亟需进行项目攻关,以提高喷嘴、导管及销轴等零件除积碳的工作效率,为公司打造一条高效、节能、环保的超声波除积碳生产线。

　　技术要求:零件表面黑色积碳必须清除干净,但渗碳、渗氮零件表面允许有挂灰存在。清洗零件类型:

　　1)喷嘴类零件,燃料燃烧时产生积碳,附着喷油嘴部位,积碳最重;

　　2)导管类零件,在零件的焊道及螺纹等位置一般均有不同程度的积碳;

　　3)销轴类零件,表面带有积碳,同时销轴类零件均有渗碳、渗氮层。

　　2 试验

　　2.1 材料(见表1)

　　2.2 设备

　　PTA-1018型超声波清洗机:功率600W,尺寸为350mmx300mmx200mm。扫描电镜:装有OXFORD型能谱分析仪的XL-30FEG型扫描电镜。分析天平:精度0.1mg。

　　2.3 工艺试验

　　2.3.1 超声波清洗工作原理

　　所谓超声波是指超出人类听觉极限的声波,通常频率是在20~30 kHz。声波是一种机械波,在媒介(气体、液体、固体)中的传播特点是弹性波,如果将声波传播到液体中,它将会使液体内的质点在其平衡位置附近发生振动,产生空化作用,将工件表面油污及氧化皮迅速剥离,达到清洗的目的。当超声波辐射到液体上时,反复交替地产生瞬间负压力,在振动产生负压的半周期内,液体中产生空化,即液体的蒸气(水蒸气和溶剂除积碳时产生的溶剂蒸气)或溶解于溶液中的气体进入空穴中,形成大量非稳态的微气泡和空泡(直径约50~500μm)。接着,在正压力的半周期,这些气泡与瞬间产生压强高达几百乃至几千MPa的微激波,对溶液产生强烈的搅拌作用,并形成冲刷工件表面污染物的冲击力,零件表面的污垢层在巨大的冲击波作用下将深凹处和孔隙处的污染物被剥离下来,分散、乳化、脱落,将零件污垢彻底清除干净,从而加速清洗过程。同时由于空化作用对表面的反复冲击,破坏了污垢层在零件表面的结合力,使他们之间不断松化,并逐步形成了间隙,这使液体中的气泡可以逐渐渗透到零件内表面,从而使污垢层被一层层剥开,直到完全脱落,这是空化的二次效应。另外超声波振动在液体中产生的冲击作用以及超声空化在固体和液体界面上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,加速可溶性污物的溶解,强化化学清洗液对污垢层的溶解等化学作用,对超声波清洗也起到了一定的辅助作用。