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          超聲波清洗 作用原理

          作者: 來源: 日期:2017/8/1 11:53:50 人氣:5741
          超聲波清洗 作用原理

          超聲波清洗設備由兩部分組成:超聲波發生器(又稱超聲波電源)和換能器。超聲波發生器將工頻電轉變成 20KHZ以上的高頻電信號,通過高頻電纜輸送到換能器上。一般超聲波換能器是固定在清洗槽的底板上,清洗槽內裝滿了液體,當換能器被加上高頻電壓后,它 的壓電陶瓷元件在電場作用下便產生縱向振動。超聲波換能器(又稱聲頭)是一種高效率的換能元件,能將電能轉換成強有力的超聲波振動,在產生超聲波振動時, 仿佛是一個小的活塞,振幅很小,約只有幾微米。但這個振動加速度很大(幾十至幾千個g);槽上具有許多個換能器,施加相同的頻率及相位的電能時,就合成了 一個巨大的活塞進行往復振動,這種振動通過固定換能器的底板傳播到清洗液中,振動在清洗液中傳播就達到了對浸入其中的工件清洗的目的。

          1.空化作用(CAVITATION)

          在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗,其原 理可用"空化"現象來解釋;清洗效果和超聲波在液體中產生的"空化"強度有密切的關系。超聲波振動在液體中傳播,當其聲波壓強達到一個大氣壓時,超聲波的 功率密度約為0.35瓦/cm2,這時在液體中傳播的超聲波的聲波壓強峰值就可以輕易達到真空或負壓,但實際上是無負壓現象存在的,因而在液體中產生一個 很大的力,將液體分子拉裂成空洞(空化核),此空洞為真空或非常接近真空,此空洞在信號電壓(或超聲波壓強)值下一個半周達到最大時,由于周圍的壓力的增 大而被壓碎,此時液體分子激烈碰撞產生非常強大的沖擊力,將被清洗物體表面的污物撞擊下來。這些無數細小而密集的氣泡破裂時產生沖擊波的現象被稱之為"空 化"作用。這種空化作用非常容易在固體與液體的交界處產生,因而對于浸入超聲作用下的液體中的物體具有超乎尋常的清洗作用。另外,由于超聲波具有很強的穿 透固體的作用,所以這種"空化"作用對浸入超聲波作用下的液體中物體內外表面(如管件)均能得到清洗,這是超聲波清 洗優于其它清洗手段的重要方面。

          2.超聲波清洗和其它清洗手段效果的比較

          由 于超聲波的空化作用,其清洗效果遠遠優于其它清洗手段所能達到的清洗效果。清洗效果比較(根據資料報導)所示:超聲波清洗法達到100%,刷洗(用化學溶 劑)為90%,蒸氣清洗(化學溶劑)為35%,溶劑壓力清洗為30%,溶劑浸洗為15%。從上看出,超聲波清洗是最有效的清洗手段。根據生產規模,可以設 立多個工位的清洗線,綜合應用各種清洗手段對工件做徹底的清洗。

          3.超聲波清洗力的來源

          超聲波清洗一般采用兩種清洗劑:化學溶劑和水粉劑。就對污物油脂來說均有溶解滲透作用,這是一種化學作用力。而超聲波的空化作用卻是物理性的。超聲波清 洗是結合了化學作用和物理作用。首先靠化學作用對污物進行滲透、溶解,然后再通過超聲波空化作用所產生的沖擊力將物體表面的污物層剝離,對之進行攪拌、分 散、乳化并防止已脫離物體表面的污物重新附著在物體上。

          4.超聲波清洗效果相關的物理量

          (1)超聲波清洗效果與其功率密度的關系

          超聲波的功率密度越高,空化效果越強,其清洗效果越好,清洗速度越快。對表面污物很多的被 清洗件,應采用大功率密度進行清洗。但對精密及表面光潔度高的物件的長時間強洗會由于空化腐蝕而使表面受到損傷,因此宜采用較低功率密度進行清洗。

          (2)超聲波頻率與清洗效果的關系

          超聲波頻率越低,在液體中的空化越容易產生,作用也越強。波長越長,方向性不顯著,遮蔽部分較容 易洗刷,但對于小間隙或細孔的污物清除效果不顯著。

          超聲波頻率較高時,空化作用較弱,但空化產生的沖擊力速度大,波長短而有方向性, 遮蔽部分清洗效果雖不理想,但對于小間隙或細孔中的污物卻可有效清除。

          所以,超聲波頻率要根據被清洗物來選擇,目前最常用的頻率是 20~50KHZ。

          (3)清洗劑的選擇

          溶劑加超聲波清洗,去污力強,但成本高且一般于人體健康不 利。如三氯乙稀、三氯乙烷、丙酮等,所以只在特殊要求高的情況下采用。工業清洗劑在超聲波的作用下可以取得很好的清洗效果,所以在超聲波清洗中得到了廣泛 的應用。

          (4)清洗溫度

          根據不同的清洗劑來選擇清洗溫度,一般說水在30~40℃時空化效果最好。所以超聲波一 般選擇常溫工業冼凈劑。由于油脂污物在溶劑中的溶解速度隨著溫度的提高而提高,所以在溶劑不分解和過量蒸發的情況下,適當提高超聲波清洗溫度有利于提高清 洗效率。
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