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 超聲波清洗的技術(shù)原理

超聲波清洗是基於空化作用,，即在清洗液中無數(shù)氣泡快速形成并迅速內(nèi)爆,。由此產(chǎn)生的沖擊將浸沒在清洗液中的工件內(nèi)外表面的污物剝落下來。隨著超聲頻率的提高,，氣泡數(shù)量增加而爆破沖擊力減弱,，因此，高頻超聲特別適用於小顆粒污垢的清洗而不破環(huán)其工件表面,。氣泡是在液體中施加高頻（超聲頻率）,、高強(qiáng)度的聲波而產(chǎn)生的。因此,，任何超聲清洗系統(tǒng)都必須具備三個基本元件：盛放清洗液的槽,、將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的換能器以及產(chǎn)生高頻電信號的超聲波發(fā)生器。

換能器和發(fā)生器

超聲清洗系統(tǒng)zui重要的部分是換能器?，F(xiàn)存兩種換能器,，種是磁力換能器，由鎳或鎳合金制成,；種壓電換能器,，由鋯鈦酸鉛或其他陶瓷制成。將壓電材料放入電壓變化的電場中時,，它會發(fā)生變形,，這就是所謂的’壓電效應(yīng)’。相對來說,，磁力換能器是用會在變化的磁場中發(fā)生變形的材料制成的,。

無論使用何種換能器，通常zui基本的因素為其產(chǎn)生的空化效應(yīng)的強(qiáng)度,。超聲波和其它聲波樣,，是系列的壓力點，即種壓縮和膨脹交替的波,。如果聲能足夠強(qiáng),，液體在波的膨脹階段被推開，由此產(chǎn)生氣泡,；而在波的壓縮階段,，這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內(nèi)爆，產(chǎn)生種非常有效的沖擊力,，特別適用於清洗,。這個過程被稱做空化作用,。

從理論上分析，爆裂的空化泡會產(chǎn)生超過10,000psi的壓力和20,000°F（11,000°C）的高溫,，并在其爆裂的瞬間沖擊波會迅速向外輻射,。單個空化泡所釋放的能量很小，但每秒鐘內(nèi)有幾百萬的空化泡同時爆裂,，累計起來的效果將是非常強(qiáng)烈的,，產(chǎn)生的強(qiáng)大的沖擊力將工件表面的污物剝落，這就是所有超聲清洗的特點,。

如果超聲能量足夠大,，空化現(xiàn)象會在清洗液各處產(chǎn)生，所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔,?？栈饔靡泊龠M(jìn)了化學(xué)反應(yīng)并加速了表面膜的溶解。

然而只有在某區(qū)域的液體壓力低於該氣泡內(nèi)氣體壓力時才會在該區(qū)域產(chǎn)生空化現(xiàn)象,，故由換能器產(chǎn)生的超聲波振幅足夠大時才能滿足這條件。產(chǎn)生空化所需的zui小功率被稱做空化臨界點,。不同的液體存在不同的空化臨界點,，故超聲波能量必須超過該臨界點才能達(dá)到清洗效果。也就是說,，只有能量超過臨界點才能產(chǎn)生空化泡,，以便進(jìn)行超聲清洗。

頻率的重要性

當(dāng)工作頻率很低（在人的聽覺范圍內(nèi)）就會產(chǎn)生噪音,。當(dāng)頻率低於20kHz時,，工作噪音不變得很大，而且可能超出職業(yè)安全與保健法或其他條例所規(guī)定的安全噪音的限度,。在需要高功率去除污垢而不用考慮工件表面損傷的應(yīng)用中,，通常選擇從20kHz到30kHz范圍內(nèi)的較低清洗頻率。該頻率范圍內(nèi)的清洗頻率常常被用於清洗大型,、重型零件或高密度材料的工件,。20KHz的磁力換能器和25KHz的壓電換能器。

高頻通常被用於清洗較小,、較精密的零件,，或清除微小顆粒。高頻還被用於被工件表面不允許損傷的應(yīng)用,。使用高頻可從幾個方面改善清洗性能,。隨著頻率的增加，空化泡的數(shù)量呈線形增加,，從而產(chǎn)生多密集的沖擊波使其能進(jìn)入到小的縫隙中,。如果功率保持不變,，空化泡變小，其釋放的能量相應(yīng)減少,，這樣有效地減小了對工件表面的損傷,。高頻的另個優(yōu)勢在於減小了粘滯邊界層（泊努里效應(yīng)），使得超聲波能夠’發(fā)現(xiàn)’細(xì)小的微粒,。這種情況近似於小溪中水位降低時可以看清溪底的小石子,。

40kHz、80kHz,、120kHz和170kHz,。清洗微小的顆粒時，可選用頻率為350kHz的產(chǎn)品,。近來推出了用於此類場合的MicroCoustics系統(tǒng),，其頻率為400kHz。