了解超声波清洗原理

不老传说

2024-08-05 15:16

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超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到液体介质（清洗溶剂）中，在液体中，超声波只能以“纵波”（又称“压缩波”、“疏密波”）模式在清洗液中疏密相间地向前辐射，会使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区形成、生长，而又在正压区迅速闭合（破裂）--这种现象称为“空化效应”。如果超声波的声强能达到一定的程度或者说具有一定的功率密度，即=发射功率(W)/发射面积 (cm2)，在这种“空化效应”的过程中，一般在超声波的声强能达到一个大气压或以上，其功率密度达到0.35W/cm2或以上时，气泡闭合（破裂）时最大可形成超过1000个气压的瞬间高压，这种由无数细小的空化气泡破裂而连续不断地产生瞬间高压的脉冲冲击波就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化甚至清除工件上的毛刺的目的。
超声波的两个主要参数：频率：≥20KHz；功率密度ρ=发射功率(W)/发射面积(cm2) 在超声波清洗中通常要求ρ≥0.3W/cm2。
工业应用的超声波清洗效果及相关参数主要包括：
清洗介质：采用超声波清洗时，一般应用的有清洗剂（液体）有化学清洗剂和水基清洗剂两种。清洗介质本身利用的是化学去污作用，可以加速超声波清洗效果，而超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，有利于对物件进行充分、彻底的清洗。
功率密度：亦即发射超声波的功率或者说超声波的强度，超声波的功率密度越高，空化效果越强，清洗速度越快，清洗效果越好。当然，对于精密的、表面光洁度甚高的物件，采用长时间的高功率密度超声波清洗也会对物件表面产生“空化”腐蚀（冲击损伤）。实际上利用这种高强的“空化效应”可以用来清除机械零件上的“毛刺”、“锈蚀”等。
超声波频率：超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度大，作用也越强，适用于工件（粗、脏）初洗。频率高则超声波方向性强，有利于对精细的工件或指定的位置进行清洗。
清洗温度：一般来说，超声波在30~-40℃时的空化效果最好。然而对于清洗剂而言，温度越高，作用越显著。因此通常实际应用超声波清洗时，采用30~60℃的工作温度。
超声波清洗的优点：
“超声波清洗技术”实质是利用超声波在液体中的空化作用对工件表面上的污物进行撞击、剥离，从而达到清洗目的。相比其他多种的清洗方式，超声波清洗显示出了巨大的优越性。尤其在专业化、集团化的生产企业中，已逐渐用超声波清洗机取代了传统浸洗刷洗、压力冲洗、振动清洗和蒸汽清洗等工艺方法。超声波清洗可以达到的高效率和高清洁度，具有清洗洁净度高、清洗速度快等特点。超声波清洗得益于超声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击，所以很容易将带有复杂外形、内腔和细腔的零部件清洗干净，特别是对盲孔和各种几何状物体，独有其他清洗手段所无法达到的洗净效果。对一般的除油、除锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也能达到高标准。这在许多对产品表面质量和生产率要求较高的场合，更突出地显示了用其它处理方法难以达到或不可取代的结果。
超声波清洗的效果很好，常见的超声波清洗方式有：吹式清洗、浸润式清洗、蒸气式清洗、刷子清洗等。
工业上最常应用的是槽式清洗，其优点如下：
1.清洗效果好,清洁度高且全部工件清洁度一致
2.清洗速度快，提高生产效率
3.不须人手接触清洗液，安全可靠
4.对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净
5.对工件表面无损伤
6.节省溶剂、热能、工作场地和人工等
适用行业及范围：
电子、机械、电气、玻璃、眼镜、钟表、电镀、仪器仪表、珠宝、医疗、五金、轴承、液压、航空、陶瓷、化纤、制笔、电池壳等。例如零件清洗、机械式手表清洗、无损检测应用中被检零件预清洗、渗透无损检测中应用的渗透灵敏度试块的用后清洗，计算机行业中喷墨打印机喷墨头的清洗等等，也有如医疗应用的喷流式超声波洗牙和超声波喷雾呼吸器等等。
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，并且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。
我们知道正确的波的物理定义是：振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件：一是振动源，二是传播介质。波的分类一般有如下几种：一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时，称为横波。当振动方向与传播方向一致时，称为纵波。二是根据频率分类，我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ，所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波，超过这个范围的波叫超声波。
波在物体里传播，主要有以下的参数：一是速度V，二是频率F，三是波长λ。三者之间的关系如下：V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的，所以频率不同，波长也就不同。另外，还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减也就越厉害，这在超声波加工中也属于考虑范围。
超声波在塑料加工中的应用原理：
塑料加工中所用的超声波，现有的几种工作频率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙，在加压的情况下，使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化，使接触位塑料熔合，达到加工目的。

关键词：清洗、超声波

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