超聲波清洗原理的基本機制
超聲波清洗原理的基本機制
在當前市場經(jīng)濟的大潮中，超聲波清洗機的應用范圍越來越廣，在人們的正常的工作和生活中正在發(fā)揮著越來越重要的作用！各個生產(chǎn)企業(yè)對自己的產(chǎn)品的質量要求越來越嚴格，對產(chǎn)品質量要求越來越高，全部的生產(chǎn)廠家為了保證自己生產(chǎn)的產(chǎn)品質量，現(xiàn)在超聲波清洗機就越來越受到人們的重視，很多人工不能清洗的難題，交給超聲波清洗機這個問題就迎刃而解了。
超聲波清洗機的用武之地：例如可用于清洗鐘表零部件、光學眼鏡、顯微鏡鏡片、發(fā)動機零部件、曲軸、缸體、缸蓋、曲軸、連桿、減速箱、離合器、精密軸承零件、齒輪、活塞環(huán)、刀具、鋸片、珠寶首飾、醫(yī)用注射器、醫(yī)用藥瓶、鋁蓋、鋁塑蓋、實驗室用玻璃器皿等；還可以用于清洗PCBA板、SMT貼片、半導體晶片、顯象管內的精密零件、陶瓷器元件、硅片、陶瓷晶片、焊絲、等類產(chǎn)品。
超聲波清洗方法的分類：
一個工件的清洗可以分為物理和化學的兩種方法進行清洗，例如可以采用物理力方法進行清洗，比如洗衣服用手來回的搓洗衣服的污垢處，比如用高壓水槍沖洗工件的表面這些都是物理力的清洗。還有化學清洗的方法，比如洗衣粉和衣服的污垢發(fā)生相應的化學反應。再有清洗鐵銹的時候用酸處理，這些個都是化學清洗的一種辦法。若是用自來水或凈水為清洗液的超聲波清洗屬物理力的清洗，若在清洗液中添加一些洗滌劑，則屬于組合清洗，對不同的清洗對象選用不同的洗滌劑，更具有明顯的清洗效果。
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清洗方法 |
剩余殘留物% |
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壓縮空氣吹清洗 |
86 |
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浸潤式清洗 |
70 |
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蒸汽式清洗 |
65 |
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刷子清洗 |
8 |
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超聲波清洗 |
0-0.5 |
表1為幾種清洗方法洗凈效果比較。 以上數(shù)據(jù)均來自權威部門報告！
超聲波清洗的原理之介紹：
原理解密之一：把清洗溶劑放入超聲波清洗槽內，給槽內作用超聲波。由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波，介質的壓力作交替變化。如果對液體中某一確定點進行觀察，這點的壓力如 下圖曲線A所示。
以靜壓（一般一個大氣壓）為中心，產(chǎn)生壓力的增減，若依次增強超聲波的強度，則壓力振幅也隨著增加，像圖2曲線B 所示。通過超聲波發(fā)生器將高于20KHz頻率的有震蕩信號進行電功率放大后經(jīng)超聲波換能器（震頭）的逆壓電效應轉換成高頻機械振動能量，通過清洗介質中的聲輻射，使清洗液分子振動并產(chǎn)生無數(shù)微小氣泡。氣泡沿超聲傳播方向在負壓區(qū)形成、生長，并在正壓區(qū)迅速閉合而產(chǎn)生上千個大氣壓的瞬間高壓而爆破，形成無數(shù)微觀高壓沖擊波作用于被清洗工件表面。此即超聲波清洗中的“空化效應”。超聲波清洗機就是基于“空化效應”的基本原理工作的。
原理解密之二：污物剝離的原因：因超聲空化泡破滅時產(chǎn)生強大的沖擊波，污垢層在沖擊波的作用下被剝離下來，即分散及脫落。 因空化現(xiàn)象產(chǎn)生如下圖a所示的氣泡。
由沖擊形成的污垢層與表面之間的間隙和空隙滲透，由于這種小氣泡與聲壓同步膨脹，收縮，產(chǎn)生像剝皮那樣的物理力重復作 用于污垢層，污垢一層層被剝開，如下圖b所示
小氣泡再繼續(xù)向前推進，直到污垢層被剝下為止。這就是空化二次效應。
原理解密之三：超聲清洗中清洗液的超聲振動本身對清洗的作用力。
例如：20kHz，2w/cm2的超聲波在清洗液中傳播時，它將引起質點的振動，速度0.16m/s，加速度為2．04X104m／sz，聲壓為1．45X105Pa，這表明清洗物表面的污垢層每秒將遭到2萬次的激烈沖擊。這種高強度高頻度的沖擊，即使再強悍的污垢層，也難以逃脫超聲機械波的猛烈的“攻擊”。
原理解密之四：清洗劑也溶解了污垢，產(chǎn)生乳化分散的化學力。清洗劑能夠與被清洗工件上面的污物發(fā)生化學反應，在超聲波的猛烈的攻擊之下，污垢迅速被瓦解掉。超聲清洗的主要原理是超聲空化作用，要獲得良好的清洗效果，合理選擇清洗槽中聲場的聲學參數(shù)和清洗液的物理化學性質是十分重要的。
超聲空化如何產(chǎn)生？
既然空化作用是超聲波清洗最主要的作用，那么如何產(chǎn)生空化呢？一般來說，空化不僅由介質特性決定，而且也與聲場有關�？栈�核的高低受到許多因素制約，主要有如下幾個因素：
1 空化閡與工作頻率f有關。頻率越高，空化閾值值越高，產(chǎn)生空化越難。氣泡在聲場的作用下將進行振動，但不一定發(fā)生崩潰（破滅），只有當聲波的頻率低于氣泡 的諧振頻率時才可能使氣泡破滅，而當聲波的頻率高于氣泡的諧振頻率時，氣泡只進行復雜的振動，一般不發(fā)生氣泡破滅。
2空化閡與介質中氣泡半徑有關，半徑越小，空化閡越高。
3寶化閡與聲波作用時間長短有關，聲波幅射時間越長，空化闡越低。
4空化閡與環(huán)境靜壓力有關，靜壓力越大，空化閡越高。
5空化閡與介質的粘滯性有關，粘度大，表面張力大，空化閡高。
6空化閡與液體含氣量有關，含氣量越少，空化閡越高。
7空化閡與清洗液溫度有關，清洗液溫度升高，對空化有利。但清洗液溫度過高時，氣泡中蒸氣壓增大，因在氣泡閉合期增強了緩沖作用而使空化減弱。而溫度還與清洗液的溶解度有關。對于水清洗液較適宜的溫度約為60℃。
超聲聲強選擇的優(yōu)化原則：
根 據(jù)超聲清洗的機理我們可選擇最佳狀態(tài)，并得到最佳的清洗效果。還應注意到選擇最佳的聲強。聲強過高會產(chǎn)生大量氣泡，在聲波表面形成一道屏障，使聲波不易輻 射到整個液體空間，因而在遠離聲源的地方，清洗作用減弱。同時過高的聲強，氣泡膨脹過大，以至于在聲波壓縮相內，氣泡來不及閉合。聲強一般選在 1w/cm2-----2w/cm2，對于一些金屬表面氧化膜難于清洗的污垢，則應采用較高的聲強。
超聲波清洗的應用 ：
超聲波清洗設備一般可分為通用和專用兩種機型。
1、 標準超聲波清洗機
超聲波清洗機的結構一般有超聲波發(fā)生器和清洗池合為一體或分開布局兩種形式，一般小功率（200W以下）清洗機用一體式結構，而大功率清洗機優(yōu)先采用分體式結構。超聲波清洗機分體式結構由三個主要部分組成，如下圖所示。
清洗缸：清洗缸是用來盛裝清洗液及被清洗工件的不銹鋼容器，大多數(shù)工件可先裝在網(wǎng)狀框架內，再一起放入缸內清洗。 超聲波發(fā)生器：超聲清洗機用的超聲波發(fā)生器，從使用的元器件種類可以分電子管式的，可控硅式的和晶體管式的。近幾年來已經(jīng)發(fā)展到用大功率“功率模塊”的方 式。其輸出功率從幾十瓦直到幾千瓦，工作頻率從25KHz—120KHz 如下圖所示：
榮匯超聲波發(fā)生器特點：
（1）隨著清洗液深度不同，換能器共振頻率和阻抗變化很大。但是實踐表明，槽內放進適量清洗物后，基本上就可以穩(wěn)定在某一定數(shù)值上。
（2）一般來說，由于清洗負載變動較小，可以不要求復雜的頻率自動跟蹤電路。
（3）實用超聲波發(fā)生器，大多數(shù)采用大功率自激式反饋振蕩器。
超聲波換能器：超聲波清洗機用的換能器主要有以下幾種：
①磁致伸縮換能器 國內用的磁致伸縮換能器大多數(shù)是用鎳片疊成的窗口型換能器，將它銀焊在清洗缸底部，然后用導線在窗口上繞一定卷數(shù)而成。此種換能器能承受較大功率，且可靠性好，使用壽命長。缺點為效率較壓電換能器低，原材料鎳片價格貴。
②壓電式換能器 目前國內外大多數(shù)超聲波清洗機用的是壓電式換能器，結構如下圖。
這種換能器一般有兩片壓電陶瓷晶片組成。一臺清洗機用多個換能器，經(jīng)粘接劑粘接在清洗缸底部且經(jīng)并聯(lián)聯(lián)接組成一臺清洗機的換能器。換能器基元之間距（對于頻率20KHz一般在5—10cm為佳，太大了容易產(chǎn)生彎曲振動，且振動板受到腐蝕，同時輻射面相對減少)。
通用超聲清洗機清洗零件適用性強，已廣泛應用于電子、鐘表、光學、機械、汽車、航空、原子能工業(yè)、醫(yī)療器械等許多行業(yè)。
2 專用超聲波清洗機
一般安裝在某些特定物件清洗的生產(chǎn)流水線上。 比如RHXP型超聲波洗瓶機、RHXP-K型口服液洗瓶機、全自動超聲波清洗機、半自動超聲波清洗線等專用設備上面如下圖：
濟寧榮匯超聲波設備有限公司是專業(yè)生產(chǎn)超聲波清洗設備的專業(yè)性公司，在業(yè)內已經(jīng)具有相當豐富的經(jīng)驗，取得了不菲的業(yè)績，如果您想了解超聲波清洗方面的問題請來咨詢和了解我們，必會傾囊相助！
