超声波清洁的原理

一、概述  
  超声波清洗的机理主要是由于在清洗液中引入了超声振动,使清洗液中产生了"空化作用"。由"空化作用"产生的强大机械力将工件上黏附的机械杂质、各种污染等剥落。超声清洗不仅仅具有空化作用,同时还伴随着较为复杂的种种物理、化学的作用。    所谓"空化作用"是指当超声波这种交变声压在液体中传播时出现稀疏密集状态。在密集状态时,液体受到正压力(约几个大气压),而在稀疏状态时,液体受到拉力即负压力,一般液体中都有含有一定的气体,在稀疏状态时气泡增长,并吸收更多的液体中分解出来的气体;而当再压缩时,气泡不断缩小,在此过程中,液体质点的运动是与逐渐减小的气泡半径成反比的。因此,当半径趋于零时,质量运动速度在理论上应趋于无穷大。如果这一快速运动在气泡闭合时突然停止,则集中在微小容积内的动能就要释放出来,部分变为热能,部分变为压缩能。此时,从闭合泡的中心向外传播一个球形冲击波。在这一点压力有数千个大气压,若超声频率为20KHz,这种空化作用也每秒种进行两万次。因此超声波具有强力清洗能力就不难理解了。  二、影响超声波清洗效果的有关因素  
  1、超声波强度。即单位面积超声功率。超声清洗的效果好坏取决于空化作用,而空化作用的产生与超声波强度有关。在通常情况下,单位面积超声功率超过0.3W/cm2(输出电功率一般大于1W)水溶液就能产生空化。在一定范围内,超声波强度越大,空化作用越明显,也就说清洗效果越好。但太高的功率密度会由于空化作用太强而引起对工件的表面侵蚀,使工件受损。另外当功率密度增加到一定程度就会出现饱和现象,清洗效果反而会下降。  
  产生空化的功率密度临界点与频率还有关系,频率越高,产生空化的功率密度越大,例如16--20KHz时,功率密度临界点大约为0.3--0.4W/cm2;26--30KHz时,功率密度就选为0.5--0.8W/cm2;30--40KHz时,功率密度应选为1--1.2W/cm2 。  
  2、超声波频率。超声波振动频率对于清洗效果有很大影响,这是由于超声波频率对于空化作用影响很大的缘故。实践证明同等功率情况下,低频时易于激发空化。即频率越低,空化作用效果越好,但噪音越大。反之,频率越高,空化作用效果越差,噪音越小。  
  3、清洗液温度。清洗的温度是影响清洗速度的重要因素,适当提高清洗液的温度,可增强空化能力,缩短清洗时间,但超过一定的温度,由于蒸汽压力相应增加反而使空化作用降低,因此必须保持一定的温度范围,如水溶剂清洗液一般在45℃左右,三氯烯清洗液在75℃左右。选择清洗液必须考虑选择的清洗液粘度要小,表面张力要小以利于清洗液的空化。   
  超声波清洗系统具备三个基本元件:清洗槽、将电能转化为机械能的换能器以及产生高频电信号的超声波发生器。
影响
超声波清洗机效果的有关因素 
1、超声波强度。即单位面积声功率。超声清洗的效果好坏取决于空化作用,而空化作用的产生与超声波强度有关。在通常情况下,单位面积声功率超过0.3W/cm 2(输出电功率一般大于1W)水溶液就能产生空化。在一定范围内,超声波强度越大,空化作用越明显,也就说清洗效果越好。但太高的功率密度会由于空化作用太强而引起对工件的表面侵蚀使制件受损。另外当功率密度增加到一定程度就会出现饱和现象,清洗效果反而会下降。   产生空化的功率密度临界点与频率还有关系,频率越高,产生空化的功率密度越大,例如16--20KHz时,功率密度临界点大约为0.3--0.4W/cm2;26--30KHz时,功率密度就选为0.5--0.8W/cm2;30--40KHz时,功率密度应选为1--1.2W/cm2 。   2、超声波频率。超声波振动频率对于清洗效果有很大影响,这是由于超声波频率对于空化作用影响很大的缘故。实践证明同等功率情况下,低频时易于激发空化。即频率越低,空化作用效果越好,但噪音越大。反之,频率越高,空化作用效果越差,噪音越小。   3、清洗液温度。清洗的温度是影响清洗速度重要因素,适当的提高清洗液的温度,可增强空化能力,缩短清洗时间,但超过一定的温度,由于蒸汽压力相应增加反而使空化作用降低,因此必须保持一定的温度范围,如水溶剂清洗液一般在45℃左右,三氯烯清洗液在75℃左右。选择清洗液必须考虑选择的清洗液粘度要小,表面张力要小以利于清洗液的空化。  
超声波选型指南 
三、非标型清洗设备的选用  1)、功率的选择 
  超声波清洗效果不一定与(功率 × 清洗时间)成正比,有时用小功率,花费很长时间也没有清除污垢。而如果功率达到一定数值,有时很快便将污垢去除。若选择功率太大,空化强度将大大增加,清洗效果是提高了,但这时使较精密的零件也产生蚀点,得不偿失,而且清洗缸底部振动板处空化严重,水点腐蚀也增大,在采用三氯乙烯等有机溶剂时,基本上没有问题,但采用水或水溶性清洗液时,易于受到水点腐蚀,如果振动板表面已受到伤痕,强功率下水底产生空化腐蚀更严重,因此要按实际使用情况选择超声功率。 2)、频率的选择 

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