超声波清洗 换能器组装工艺.doc

换能器装配胶接工艺流程
换能器装配胶接工艺流程
一、 换能器装配
1、零件的验收、检测
1.1结构件的验收、检测（由外协供应部门负责、车间协助）：
a) 对所购发射块的材质必需为LY－12西北铝材，压块的材质必需为45＃A3以上材质。
b) 发射块的检验：
外观（全检）：外观光亮、色泽均匀无划伤、磕碰伤等缺陷，特别是装配面。
尺寸（抽检10%，抽检合格率为100%，低于100%则需全检）：尺寸正确，公差、表面粗糙度应符合加工图纸要求，装配面应研磨。
c) 压块的检验：
外观（全检）：外观光亮、色泽均匀无划伤、磕碰伤等缺陷，特别是装配面，镀层漂亮、均匀，内孔无锈蚀（应镀到）。
尺寸（抽检10%，抽检合格率为100%，低于100%则需全检）：尺寸正确，公差、表面粗糙度应符合加工图纸要求，装配面应研磨。
d) 对所达不到要求的坚决剔除，不能凑合使用。
1.2导电片的检验：
a) 导电片材质为δ0.2－0.3mm雪青磷铜皮
b) 外观：表面光亮、平整、色泽均匀无划伤、氧化和铜绿，冲切口无毛刺。
1.3其它外购件的验收、检测：
a) 螺钉：规格符合图纸要求、硬度必需达到12.9级标准，表面为发篮或电镀处理。
b) 套管：规格符合图纸要求、表面光表无毛刺，必需为全新的聚四氟乙烯材料。
1.4压电陶瓷晶片的验收、检测
a) 外观：无开裂、缺角、破损，表面镀层漂亮、均匀，正负极标志明显清楚。
b) 电容量：单片电容量为2100pf－2200pf
c) 绝缘：用共立3721数字兆欧表测量，电压2500V时应≥2000MΩ以上(湿度≤60%)。
2、零件的处理
在组装前，所有零件都要进行严格清洗，干燥后才能进行组装。
a) 发射块、压块的处理：经验收、检测过的发射块、压块，先用120＃汽油进行清洗除去表面、内孔的油污和加工屑，再经二道汽油漂洗，然后用丙酮清洗、漂洗各一遍后放入无尘烘箱烘干待用。
b) 导电片的处理：经验收过的导电片，先去除冲切口毛刺（不可用沙皮沙，应用刀片括），再在电极上进行搪锡，搪锡一定要吃透、以免连线造成虚焊；最后进行清洗、烘干，方法同上。
c) 螺钉处理：螺钉清洗处理与上相同。
d) 套管处理：直接用丙酮清洗、漂洗各一遍后放入无尘烘箱烘干待用。
3、组装
组装前必需确认所有零件是洁净、干燥的。
a) 把处理好的发射块、压块、导电片和晶片用丙酮（分析纯）再擦试一遍（结合表面），擦试时要用棉布擦试。
b) 把处理好的各种零件叠合起来，用合模定好位后用螺钉紧固，注意晶片的正负极方向，并把正负极记号放在一起。
c) 把初装好的换能器放在千斤顶上加压到5T时把螺钉拧紧后放入无尘烘箱烘干老化。
4、老化
a) 把装好的换能器放入100℃的烘箱进行48小时老化，烘箱要求洁净、温度均匀。
b) 把初次老化好的换能器进行冷却到常温后，放入千斤顶上进行二次加压拧紧螺钉。
c) 把二次加压后的换能器包装后进行自然存放老化10天后检测筛选。
5、检测、筛选
将二次老化后的换能器进行检测
a) 先观察晶片有无开裂现象，把有开裂的剔除。
b) 频率、阻抗测试：用换能器特性仪进行阻抗测试，单个换能器的阻抗25KHZ为15Ω以下、22KHZ为15Ω以下、40KHZ为10Ω以下，超过以上数值的作不合格品处理（拆除重新组装）。把好的换能器进行记录参数并编好号。单个换能器的电容量为4500－5000 pf，超过或低于的应剔除重装。
c) 性能测试：在换能器特性仪上进行性能检测，有杂波寄生园的换能器为不合格品应剔除处理（拆除重新组装）。
d) 绝缘检测：用共立3721数字兆欧表测量，电压2500V时应≥1000MΩ以上(湿度≤60%时检测的数据)，低于此值的作不合格品处理（拆除重新组装）。
6、涂胶
　　把经过检测好的换能器进行涂胶，涂胶时用小的排笔均匀的刷涂二遍（第一遍涂后凉干后再涂第二遍），涂胶用的排笔必须为干净的，胶水必须为保质期内末干固的。
7、分组配对
　　把涂好胶的换能器进行分组配对，按其频率、阻抗、电容量三个数据大小进行分组排列。同一缸体的换能器组其频率范围为100HZ之内，阻抗范围为2－3Ω，胶接时必须遵循此原则。　　　
8、时化、存储
把分组配对好的换能器进行存储时化，换能器使用必须时化满一个月以上才能胶接使用。存储时贴好生产日期，做到先产先用，尽量使用时化期长的换能器。
使用前应重新对换能器进行检测配对。
重新配对应对换能器的频率、阻抗、电容量三个参数进行综合评比，尽量使每个参数都兼顾到并做到一致性。
注：换能器进行特性测试时要让换能器呈自由振动状态下进行测试（即横着放置与夹线）。
二、换能器胶接
1、准备
　　根据生产任务单要求，认真检查确认，把所需胶接的换能器（配好对的）、缸体、网垫、胶水等准备好。
2、喷沙
　　把所需胶接的换能器、缸体进行喷沙处理，喷沙胶接面应尽量毛，喷沙应用30目的金刚沙，沙子必须保持干燥并经常筛选（每次放入沙箱时都要筛选），喷沙时压缩空气的压力应≥6KG，并经过气源处理器除湿后的高压空气。
3、清洗
　　把喷好沙的缸体和换能器进行清洗，换能器先用甲醇进行清洗，把表面的沙子等灰尘除掉，再用丙酮进行漂洗；缸体先用水冲、再用酸洗后冲洗干净，凉干后再用甲醇和丙酮各进行一次漂洗，网垫用≤30目厚度≤0.15的不锈钢网同样清洗干净(有条件时电解处理)备用。
4、烘干、预热
　　把清洗好的换能器和缸体及网垫放入烘箱进行烘干，烘干为60℃－80℃烘干2小时后冷却到40℃左右时进行胶接。在所有胶接准备工作做好后，配好胶水(常温)充分调和后快速进行胶接。
5、胶接
a) 把处理好的缸体放在胶接平板上放好，并用丙酮在胶接处用棉布再擦试一遍。
b) 把处理好的换能器胶接面用丙酮再用棉布再擦试一遍。
c) 配好胶水充分调和后预热1－2分钟。（每次配置的胶水不能太多，以一次胶接20－30头为准）胶水配置为5G/头、比例为1：0.4（胶粘剂比固化剂、应尽量精确）。
d) 把缸体和换能器冷却到40℃左右时进行胶接，胶接时分别在缸体和换能器上均匀涂上胶水，中间放上网布，然后用力压紧，胶接速度要快，每次配置胶水后胶接时间不要超过10分钟上（要求准备工作做的充分）。、
e) 胶完后进行加压处理（需做工装、用弹簧软压）。
6、固化
把胶好的缸体放入无尘烘箱进行固化，固化温度一次加温为40－50℃固化30分钟后，二次加温到60-70℃固化30分钟后再三次加温到80℃固化2小时后自然固化24小时后检测连线。固化加温用程控智能温控仪控制。
7、检测
　　对固化好的换能器进行检测，每个换能器(60W、22、25、28KHZ)的胶接阻抗约在250Ω左右，不能超过300Ω，并对换能器特性进行检测（不能有杂波），同个缸体上的换能器阻抗值应尽量接近一致，不能超过平均值的20%（约±50Ω），对不符合要求的换能器拆除重新胶接。
8、连线
对检测完好的整缸换能器进行连线，连线应用75W的烙铁可靠连接，不能有虚焊，正负极应用不同色的导线，正极线应加套黄腊套管，最后用热缩管把所有接头套住。
对连好后的整缸换能器进行绝缘检测：用用共立3721数字兆欧表测量，电压2500V时，整缸绝缘应≥1000MΩ以上(检测时空气湿度≤60%)。低于此值时应查找原因，重新处理。
三、胶水的存储
胶水应放在冷藏柜中保存，冷藏温度在0－5℃，开罐末用完的胶水应把盖盖好并用密封胶带贴好后放入冷藏柜中；应经常检查对照胶水的保质期限，做到早进早用，到期的坚决不用。
四、环境要求
换能器车间应经常保持洁净、干燥的卫生环境，车间应经常打扫、除尘、抽湿。
a) 车间温度应保持在15－20℃，湿度≤50-60%。
b) 车间每天不少于一次打扫（应用拖、抹）、打扫后应及时抽湿、净化。
c) 车间内严禁吸烟、平常关好门窗。
d) 装配换能器时应穿带好工作服、带好白棉手套，严禁用手直接操作。
e) 烘箱内应经常抹干净，保持良好状态。
f) 所用器具应经常保持洁净。

换能器，又称振子，是由压电陶瓷的压电效应实现电能与机械能（声波振动）的相互转换，并通过声阻抗匹配的前后辐射盖块进行放大的器件。
    超声清洗是通过换能器产生的超声波振动，在水中发生空化效应所产生的瞬间高压空泡冲击被清洗物而达到良好的清洗效果。
    超声波清洗换能器一般采用喇叭型复合阵子结构（属兰杰文振子结构），它由前、后金属盖板、压电陶瓷晶片、预应力螺杆、电极片、和绝缘套管组成。施加合适的预应力，换能器在大功率、高振幅的条件下具有良好的机电转换效率。
    超声波清洗换能器属连续工作的中功率型换能器，一般以连续工作的平均值来计算与恒量其功率大小。
1. 产品特点
   选用高稳定的压电晶片组件与最佳声匹配的前后盖设计，所生产产品具有如下特点：
1.1 谐振阻抗低
1.2 机械 Q 值高
1.3 电声转换效率高。
1.4 热稳定性好
1.5 发热量低
1.6 频率及静态电容一致性佳。
1.7 振幅大，振速高
产品品种齐全，可广泛用于各种超声波清洗设备。
  2.产品尺寸及性能参数
型 号

谐振频率
（ KHz ）
静态电容
（ pF ）
谐振阻抗
（ Ω ）
外形尺寸
直径 * 高度
功率
（ W ）
绝缘阻抗
（ 2500V DC ）
备注

GCC-X3528
28 ± 0.5
3100 ± 10%
≤ 25 Ω
45*79
50w
≥ 100M Ω

黄色
晶片
GCC-X3818
17 ± 0.8
3450 ± 10%
≤ 28 Ω
69*110
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3820
20 ± 0.8
3800 ± 10%
≤ 28 Ω
59*99
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3823
23 ± 0.8
3800 ± 10%
≤ 28 Ω
59*84
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3825
25 ± 0.8
3800 ± 10%
≤ 20 Ω
59*80
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3828
28 ± 0.5
3800 ± 10%
≤ 20 Ω
59*68
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3833
33 ± 0.5
3800 ± 10%
≤ 20 Ω
48*61
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3840*
40 ± 0.5
3800 ± 10%
≤ 20 Ω
48*51
60w
≥ 100M Ω
GCC-X4520
21.5 ± 0.8
5500 ± 10%
≤ 20 Ω
67*92
80w
≥ 100M Ω
GCC-X4528
28 ± 0.5
5500 ± 10%
≤ 20 Ω
67*68
80w
≥ 100M Ω
GCC-X5028
28 ± 0.5
6700 ± 10%
≤ 20 Ω
67*68
100w
≥ 100M Ω
GCC-X3833/45
33/45 ± 1.0
3800 ± 10%
≤ 30 Ω
59*55
60w
≥ 100M Ω
双频
GCC-X3828/40
28/40 ± 1.0
3800 ± 10%
≤ 30 Ω
65*70
60w
≥ 100M Ω
GCC-X2560
60 ± 1.5
2300 ± 10%
≤ 35 Ω
25*35
20w
≥ 100M Ω

黑色
晶片

GCC-X3060
60 ± 1.5
3800 ± 10%
≤ 35 Ω
36*33
35w
≥ 100M Ω
GCC-X3050
53 ± 1.0
3050 ± 10%
≤ 35 Ω
38*40
35w
≥ 100M Ω
GCC-X3528
28 ± 0.5
4000 ± 10%
≤ 20 Ω
45*79
50w
≥ 100M Ω
GCC-X3540*
40 ± 1.0
4000 ± 10%
≤ 20 Ω
45*55
50w
≥ 100M Ω
GCC-X3825
25 ± 0.8
4800 ± 10%
≤ 20 Ω
59*80
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3828
28 ± 0.5
4800 ± 10%
≤ 20 Ω
59*68
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3833
33 ± 0.5
4800 ± 10%
≤ 20 Ω
48*61
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3840*
40 ± 0.5
4800 ± 10%
≤ 20 Ω
48*51
60w
≥ 100M Ω
GCC-X3835*
35 ± 0.8
3700 ± 10%
≤ 25 Ω
40*54
80w
≥ 100M Ω
GCC-X3880*
80 ± 1.5
3700 ± 10%
≤ 25 Ω
40*54
80w
≥ 100M Ω
GCC-X38120*
120 ± 1.5
4000 ± 10%
≤ 25 Ω
40*58
80w
≥ 100M Ω
GCC-X38130*
130 ± 1.5
3700 ± 10%
≤ 25 Ω
40*54
80w
≥ 100M Ω
注：前盖安装面如需采用螺孔安装的，螺孔尺寸（直径 * 牙距 * 深度）除注“ * ”为 M10*1.5*10 外，其余均为 M10*1.0*10 。
3. 采用不同压电陶瓷材料换能器的比较说明
3.1 压电陶瓷材料的比较:
3.1.1 黄色晶片为 P8 系列（按国家部颁标准分类，下同）大功率压电陶瓷材料，具有发热量低，强场损耗小，热稳定性好的优点，一般适用于大功率超声发射，如超声焊接、大功率清洗等。
3.1.2 黑色晶片为 P4 系列压电陶瓷材料，具有高介电常数，高机电耦合系数等的优点，一般适用于中等功率的超声波应用，如清洗或收发用传感器等。而我公司采用的黑色晶片与传统 P4 系列相比更具有高的热稳定性、高的居里温度（ Tc=340℃ ）和高的机电品质因素等优点 .
3.2 不同材料组装成换能器的比较
3.2.1 黄色晶片组装的换能器电容量变化绝对值低，强场损耗小，因而相对于相同的驱动线路而言，发热量低、驱动稳定。水花表现为对清洗负载变化稳定，冲击大，属中规中矩型。
3.2.2 黑色晶片的换能器机电耦合系数高，居里温度高，因而电声转换效率高。且比其他采用一般 P4 系列的产品具有更高的稳定性和较高的耐温。水花表现为水柱高，空泡手感丰富，但对清洗负载变化灵敏度高。
3.2.3 使用场合（建议）：高频（如 40K 以上）或小功率换能器（ 60W 以下）采用黑色晶片组装的换能器，低频或大功率换能器采用黄色晶片组装的换能器。
4. 几种典型产品的结构示意图

5. 清洗换能器产品展示

50W系列(28、40KHz)
60W系列(25、28、40KHz)
80W系列(22、28KHz)

低频系列
双频系列
高频系列
6.换能器安装注意事项
6.1 选择固化收缩率较低的胶，可降低振子胶合应力。
6.2 采用丙酮等溶剂清洗被胶合表面。
6.3 建立胶合过程阻抗控制工艺，以降低振子胶合阻抗，提高振子的电声转换效率。
6.4 建立胶固化后振子的胶合阻抗测试工艺，提高每组振子能量负载的均匀性。
6.5 提高振子电极安装后的绝缘措施。
6.6 热水（ 40~60℃ ）状态调试机器。
6.7 合理控制机器的使用温度，建议低于 80℃ 条件。