超声波清洗技术的实质内容

超声波清洗技术的实质内容

1超声波清洗设备的基本组成

超声波清洗设备无论功率大小，基本上由超声波清洗缸、超声波换能器、超声波发生器三部分组成。其中大型多槽式超声波清洗设备还包括机械传动装置、清洗液回流过滤装置、温度控制装置、喷流装置和烘干设备，如果是气相式超声波设备还包括一台冷水机。若用碳氢化合物溶剂清洗，则还需真空及干燥设备。

2超声波清洗技术的机理

当声波的频率超过人耳听觉范围的频率极限（20kHz）时称为超声波，它是一种交变电压，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，而在稀疏状态时，液体受到拉力即负压力，在介质即清洗液中形成纵向传播的一种机械波。
　　在辐射波扩张的半波期间，清洗液的致密性破坏并形成无数直径细微的气泡，这种气泡中充满着溶液蒸汽。在压缩的半波期间，气泡迅速闭合，以每秒2.5万2.8万次的频率在液体中产生出数千万个大气压的微波，这种现象称为/空化效应。
　　超声波清洗主要靠这种空化效应，气泡的爆破产生的高压高温冲击波减小了污垢与被清洗件之间的粘着力，引起污垢的破坏和脱离；同时气泡的振动能对被清洗物表面进行擦洗，气泡还能钻入裂缝中振动，使污层脱落。当某些固体表面被油粘附时，油被超声波乳化，迅速脱离清洗件的表面。超声波空化在清洗件表面会产生很高的速度梯度和声流，能进一步削弱或除去边界层污染，同时超声波振动还会引起介质质点的强烈振动，清洗件表面受到强烈的冲击，使污物迅速脱离表面。

3超声波清洗的优点

①    速度快

能快速、彻底地清除工件表面上的各种污垢，不必将物件拆开和刷洗，省时省力，降低人工成本，提高了生产效率。

②    清洗效果好

工业中的清洗方式一般为手工清洗、有机溶剂清洗、蒸汽气相清洗、高压水射清洗和超声波清洗。超声波清洗被国际公认为当前效率最高、效果最好的清洗方式。无论工件多么复杂，将其放入清洗液内，只要是能接触到液体的部位，超声波的清洗作用都能达到。尤其是对于形状和结构复杂、手工及其它清洗方式不能完全有效地进行清洗的工件，具有显著的清洗效果。
③清洗成本低

超声波清洗设备使用寿命约为10年，除设备购置成本高于手工清洗和有机碱性溶剂刷洗外，低于气相清洗和高压水射清洗；消耗成本耗电低，一次清洗可对一定数量的工件同时清洗，清洗时间短，使用超声波清洗液可按一定比例，所以每件清洗费用很低，不仅清洗效果好，而且还节省劳动力成本。
④有利于环境保护

超声波清洗通常采用水基清洗液代替有机溶剂和强酸、强碱的人工清洗，改善了劳动环境、避免了对人体的伤害、减少了对空气、水源的污染，有利于环境的保护，属于绿色清洗。
⑤对工件表面无损伤

超声波清洗通常使用水基清洗剂，不会引起氢脆剥蚀等现象，对工件表面没有损伤。

4.超声波清洗技术参数的选择

①超声波功率的选择超声波清洗效果不一定与所加功率和工作时间成正比，有时用小功率花费很长时间也没有清除污垢，而如果功率达到一定数值，则有可能很快将污垢去除。若超声波功率太大，这时液体中空化强度大大增加，较精密的零件将产生蚀点，造成不必要的损失，同时清洗缸底部振动板空化也十分严重，使缸的寿命缩短。另外，超声波功率选得太大，使液体中声强过高，会产生大量气泡，在声波表面形成一道屏障，声波不易辐射到整个缸体中，造成远离声源的地方清洗作用减弱。所以选择合适的声强是必须的。鉴于目前混响场声强测量的技术尚不够成熟，目前还是用单位面积上的功率来进行设计，一般一台标准超声波清洗机输出功率密度大多选在0.30.6W/cm2之间。至于连续波聚焦超声波清洗一般选在每平方厘米几十瓦左右，脉冲聚焦超声清洗可选得更高。
②工作频率的选择目前常用的超声波清洗机工作频率在20-40kHz之间。工作频率低，在使用水或水清洗剂时由空穴作用引起的物理清洗力显然有利，但空化引起的噪声大，噪声分贝数大大超过有关标准，所以20kHz及以下的频率目前很少使用，除非降噪措施跟上。对于小间隙、狭缝、深孔的零件的清洗，选用高一些频率较好。国外有的用几百千赫兹清洗精密钟表零件。对于清洗像硅片表面零点几微米的微小颗粒污物，频率可选在兆赫兹级范围。
③清洗篮的选择在清洗小零件物品时，常需要使用清洗篮，但是密集的超声波清洗篮线条会引起超声波衰减，所以清洗篮的间隙尺寸在保证不会使小零件掉出的情况下，原则上要稍大些。
④清洗液温度的选择水基清洗液适宜的清洗温度约在40-60℃，尤其在冷天。若清洗液温度过低，则空化效应差，清洗效果也不好。因此大部分清洗设备在缸内设置加热保温控制。如果温度太高，空泡内气体压力增加，引起冲击声压下降，对清洗反而不利。