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超声波清洗的机理

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/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。

三、超声波清洗技术的发展展望

超声波清洗由于有其它清洗方法所不能比拟的优点,因而应用范围越来越广,由原来只用于清洗电子器件和机械零件已发展到医药、化工、国防科学、钟表眼 镜、珠定首饰加工、电镀、涂复、橡胶工业(洗橡胶制品)、印刷、飞机工业、消防(清洗烟雾报警器)等领域。国外已向民用方向发展,如带有清洗、消毒、干 燥、贮存等功能的餐具清洗机,带有治疗、按摩清洗等功能的超声波浴缸,超声波洗足盆等等。我国随着人民生活水平的不断提高,随着我国电子材料工程的不断发 展,大功率电源电路技术的不断提高,以及国际贸易的不断发展,我们的大功率(1KW以上)超声波电源已相当成熟,可靠性也达到进口产品的水平,但成本仅为 进口产品的30%--50%。

相信在不久的将来,超声波清洗技术将在我国得到飞速的发展,对我国的产品质量、生产效率、减少环境污染等方面产生深远影响,给我国的人民生活带来了极 大的方便。

[来源:原创] [作者:国创电气] [日期:10-02-28]
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