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超声波清洗原理

http://www.chinaqingxi.com    中国清洗网    时间:2009-2-13 16:39:20
    超声波清洗设备由两部分组成:超声波发生器(又称超声波电源)和换能器。超
    声波发生器将工频电转变成20KHZ 以上的高频电信号,通过高频电缆输送到换能器上。
    一般超声波换能器是固定在清洗槽的底板上,清洗槽内装满了液体,当换能器被加上
    高频电压后,它的压电陶瓷元件在电场作用下便产生纵向振动。超声波换能器(又称
    声头)是一种高效率的换能元件,能将电能转换成强有力的超声波振动,在产生超声
    波振动时,仿佛是一个小的活塞,振幅很小,约只有几微米。但这个振动加速度很大
    (几十至几千个g);槽上具有许多个换能器,施加相同的频率及相位的电能时,就合
    成了一个巨大的活塞进行往复振动,这种振动通过固定换能器的底板传播到清洗液中,
    振动在清洗液中传播就达到了对浸入其中的工件清洗的目的。
    
    
     1.空化作用
     在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗,其原理可用"空化"现象来
    解释;清洗效果和超声波在液体中产生的"空化"强度有密切的关系。超声波振动在液
    体中传播,当其声波压强达到一个大气压时,超声波的功率密度约为0.35 瓦/cm2,这
    时在液体中传播的超声波的声波压强峰值就可以轻易达到真空或负压,但实际上是无
    负压现象存在的,因而在液体中产生一个很大的力,将液体分子拉裂成空洞(空化核),
    此空洞为真空或非常接近真空,此空洞在信号电压(或超声波压强)值下一个半周达
    到最大时,由于周围的压力的增大而被压碎,此时液体分子激烈碰撞产生非常强大的
    冲击力,将被清洗物体表面的污物撞击下来。这些无数细小而密集的气泡破裂时产生
    冲击波的现象被称之为"空化"作用。这种空化作用非常容易在固体与液体的交界处产
    生,因而对于浸入超声作用下的液体中的物体具有超乎寻常的清洗作用。另外,由于
    超声波具有很强的穿透固体的作用,所以这种"空化"作用对浸入超声波作用下的液体
    中物体内外表面(如管件)均能得到清洗,这是超声波清洗优于其它清洗手段的重要
    方面。
    
     2.超声波清洗和其它清洗手段效果的比较
     由于超声波的空化作用,其清洗效果远远优于其它清洗手段所能达到的清洗效果。
    清洗效果比较(根据资料报导)所示:超声波清洗法达到100%,刷洗(用化学溶剂)
    为90%,蒸气清洗(化学溶剂)为35%,溶剂压力清洗为30%,溶剂浸洗为15%。
    
     从上看出,超声波清洗是最有效的清洗手段。根据生产规模,可以设立多个工位的清洗线,
    综合应用各种清洗手段对工件做彻底的清洗。
    
    
     3.超声波清洗力的来源
     超声波清洗一般采用两种清洗剂:化学溶剂和水粉剂。就对污物油脂来说均有溶
    解渗透作用,这是一种化学作用力。而超声波的空化作用却是物理性的。超声波清洗
    是结合了化学作用和物理作用。首先靠化学作用对污物进行渗透、溶解,然后再通过
    超声波空化作用所产生的冲击力将物体表面的污物层剥离,对之进行搅拌、分散、乳
    化并防止已脱离物体表面的污物重新附着在物体上。
    
    
     4.超声波清洗效果相关的物理量
     (1)超声波清洗效果与其功率密度的关系
    超声波的功率密度越高,空化效果越强,其清洗效果越好,清洗速度越快。对表
    面污物很多的被清洗件,应采用大功率密度进行清洗。但对精密及表面光洁度高的物
    件的长时间强洗会由于空化腐蚀而使表面受到损伤,因此宜采用较低功率密度进行清
    洗。
     (2)超声波频率与清洗效果的关系
    超声波频率越低,在液体中的空化越容易产生,作用也越强。波长越长,方向性
    不显著,遮蔽部分较容易洗刷,但对于小间隙或细孔的污物清除效果不显著。
    超声波频率较高时,空化作用较弱,但空化产生的冲击力速度大,波长短而有方
    向性,遮蔽部分清洗效果虽不理想,但对于小间隙或细孔中的污物却可有效清除。
    所以,超声波频率要根据被清洗物来选择,目前最常用的频率是20~50KHZ。
     (3)清洗剂的选择
    溶剂加超声波清洗,去污力强,但成本高且一般于人体健康不利。如三氯乙稀、
    三氯乙烷、丙酮等,所以只在特殊要求高的情况下采用。工业清洗剂在超声波的作用
    下可以取得很好的清洗效果,所以在超声波清洗中得到了广泛的应用。
     (4)清洗温度
    根据不同的清洗剂来选择清洗温度,一般说水在30~40℃时空化效果最好。所以超
    声波一般选择常温工业冼净剂。由于油脂污物在溶剂中的溶解速度随着温度的提高而
    提高,所以在溶剂不分解和过量蒸发的情况下,适当提高超声波清洗温度有利于提高
    清洗效率。
  来源:上海颖和超声设备有限公司  编缉:wangzx2006
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