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超聲波清洗的技術原理
超聲波清洗的技術原理
超聲波清洗是基於空化作用,，即在清洗液中無數氣泡快速形成并迅速內爆,。由此產生的沖擊將浸沒在清洗液中的工件內外表面的污物剝落下來,。隨著超聲頻率的提高,，氣泡數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）,、高強度的聲波而產生的。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,、將電能轉化為機械能的換能器以及產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’,。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基本的因素為其產生的空化效應的強度。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,，液體在波的膨脹階段被推開，由此產生氣泡,；而在波的壓縮階段,，這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內爆，產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,，但每秒鐘內有幾百萬的空化泡同時爆裂,，累計起來的效果將是非常強烈的，產生的強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，空化現象會在清洗液各處產生,，所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔,。空化作用也促進了化學反應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氣體壓力時才會在該區(qū)域產生空化現象,，故由換能器產生的超聲波振幅足夠大時才能滿足這條件。產生空化所需的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到清洗效果,。也就是說，只有能量超過臨界點才能產生空化泡,，以便進行超聲清洗,。
頻率的重要性
當工作頻率很低（在人的聽覺范圍內）就會產生噪音。當頻率低於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用中,，通常選擇從20kHz到30kHz范圍內的較低清洗頻率,。該頻率范圍內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,，空化泡的數量呈線形增加，從而產生多密集的沖擊波使其能進入到小的縫隙中,。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），使得超聲波能夠’發(fā)現’細小的微粒,。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的產品,。近來推出了用於此類場合的MicroCoustics系統(tǒng),，其頻率為400kHz。