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淺析超聲波設(shè)備頻率與功率在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)系

來源:上海汗諾儀器有限公司   2012年07月11日 11:49  

淺析超聲波設(shè)備頻率與功率在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)系

超聲波頻率的選擇
      一般的來講,,清洗五金,、機(jī)械、汽摩,、壓縮機(jī)等行業(yè)的清洗多采用28KHZ頻率的清洗機(jī),。光學(xué)光電子清洗、線路板清洗等多采用40KHZ的頻率,,高頻超聲清洗機(jī)適用于計(jì)算機(jī),,微電子元件的精細(xì)清洗,兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片,、硅片及波薄膜的清洗,,能去除微米、亞微米級(jí)的污物而對(duì)清洗件沒有任何損傷,。而對(duì)于一些精密清洗(如液晶體,、半導(dǎo)體等)的應(yīng)用上,使用傳統(tǒng)的頻不但沒法達(dá)到清洗的要求,,而且還可能造成工件的損傷,。zui典型的例子就是關(guān)于軍用電子產(chǎn)品,,行業(yè)已明文規(guī)定不允許使用傳統(tǒng)的頻率(20~30KHz)的超聲波清洗機(jī)。其實(shí)在一些歐美,、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家,,已通過選用高頻清洗機(jī)(80KHz或以上頻率,有的已經(jīng)達(dá)到200K或400K)使這個(gè)問題得到了解決,。
        那么為什么高頻清洗能避免對(duì)工件的損傷呢,?大家都知道超聲波清洗的基本原理是基于液體的空化效應(yīng)。事實(shí)上空化效應(yīng)的強(qiáng)度直接跟頻率有關(guān),,頻率越高,,空化氣泡越小,空化強(qiáng)度越弱,,且其減弱的程度非常大,。舉例說,如將25KHz時(shí)的空化強(qiáng)度比作1,,40KHz時(shí)的空化強(qiáng)度則為1/8,,到了80KHz時(shí),空化強(qiáng)度就降到0.02,。所以如果頻率選擇正確,,超聲波損傷工件的問題就不存在了。
二:超聲波功率的選擇
    當(dāng)聲強(qiáng)增加時(shí),,空化泡的zui大半徑與起始半徑的比值增大,,空化強(qiáng)度增大,即聲強(qiáng)愈高,,空化愈強(qiáng)烈,,有利于超聲波清洗作用。但不是超聲波聲功率越大越好,,聲強(qiáng)過高,,會(huì)產(chǎn)生大量無用的氣泡,增加散射衰減,,形成聲屏障,,同時(shí)聲強(qiáng)增大也會(huì)增加非線性衰減,這樣都會(huì)削弱遠(yuǎn)離聲源地方的清洗效果,。所以,,超聲波清洗的效果不一定于與所加功率和工作時(shí)間成正比,有時(shí)用小功率花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間也沒有清除污垢,,而如果功率達(dá)到一定數(shù)值,,則有可能很快將污垢去除。若超聲波功率太大,, 這時(shí)液體中空化強(qiáng)度大大增加,,較精密的零件將產(chǎn)生蝕點(diǎn),,水點(diǎn)腐蝕也增大,如果振動(dòng)板表面已受到空化腐蝕,,強(qiáng)功率下水底產(chǎn)生空化腐蝕更嚴(yán)重,,使設(shè)備壽命降低,造成不必要的損失,,同時(shí)清洗缸底部振動(dòng)板空化也十分嚴(yán)重,,使缸的壽命縮短。
      但超聲波清洗功率選擇小了,,花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間也沒有清除污垢,,也是不可取的。常規(guī)的超聲波清洗在工業(yè)當(dāng)中,,標(biāo)準(zhǔn)型超聲波清洗機(jī)從100W至1500W不等,,工件有多大,在考慮清洗節(jié)拍的前提下,,由超聲波清洗槽體的大小決定超聲波的功率,。鑒于   目前混響場(chǎng)聲強(qiáng)測(cè)量的技術(shù)尚不夠成熟,目前還是用單位面積上的功率來進(jìn)行設(shè)計(jì),,一般一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)超聲清洗機(jī)輸出功率密度大多選在0.3~0.6 瓦/平方厘米左右,,當(dāng)然了,,這只是常規(guī)情況,。脈沖聚焦超聲波清洗可選得更高。
由此可見,,超聲空化閥值和超聲波的頻率有密切關(guān)系,,頻率越高,空化閥越高,。換句話說,,頻率低,空化越容易產(chǎn)生,,而且在低頻情況下液體受到的壓縮和稀疏作用有更長(zhǎng)的時(shí)間間隔,,使氣泡在崩潰前能生長(zhǎng)到較大的尺寸,增高空化強(qiáng)度,,有利于清洗作用,。所以低頻超聲波清洗適用于大部件表面或者污物和清洗件表面結(jié)合度高的場(chǎng)合。但易腐蝕清洗件表面,,不適宜清洗表面光潔度高的部件,,而且空化噪音大。40 KHZ左右的頻率,,在相同聲強(qiáng)下,,產(chǎn)生的空化泡數(shù)量比頻率為20KHZ時(shí)多,,穿透力較強(qiáng),宜清洗表面形狀復(fù)雜或有盲孔的工件,,空化噪音較小,,但空化強(qiáng)度較低,適合清洗污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的場(chǎng)合,。
三,、超聲波頻率與功率在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)系
       在超聲波清洗機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)一定頻率的超聲清洗后達(dá)不到清潔的效果時(shí),,如果工件上要去除的雜質(zhì)顆粒較大,,就可能是超聲波功率不足,一般增加超聲波功率就可解決該問題,;但相反的如果工件上要去除的雜質(zhì)顆粒非常小,,那么無論功率怎么增大,都無法達(dá)到清潔的要求,。原因在于:當(dāng)液體流過工件表面時(shí),,會(huì)形成一層粘性膜。低頻時(shí)一般該層粘性膜很厚,,小顆粒就埋藏在里面,,無論超聲波的功率(強(qiáng)度)多大,空化氣泡都無法與小顆粒接觸,,故無法把小顆粒*除去,;而當(dāng)超聲波頻率升高時(shí),粘性膜的厚度就會(huì)減少,,超聲波產(chǎn)生的空化泡就可以接觸到小顆粒,,將它們從工件表面剝落。所以,,低頻的超聲波清除大顆粒雜質(zhì)的效果很好,,但清除小顆粒雜質(zhì)效果就很差。相對(duì)而言,,高頻超聲對(duì)清除小顆粒雜質(zhì)就特別有效,。
所以的方式是一般先做實(shí)驗(yàn)來獲取合適的參數(shù)配置,按實(shí)際使用情況來配置超聲波功率,,這樣有利于實(shí)際應(yīng)用,。

 

                                                                                                                       上海汗諾儀器有限公司

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