超聲波清洗技術(shù)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容

1超聲波清洗設(shè)備的基本組成

超聲波清洗設(shè)備無(wú)論功率大小，基本上由超聲波清洗缸、超聲波換能器、超聲波發(fā)生器三部分組成。其中大型多槽式超聲波清洗設(shè)備還包括機(jī)械傳動(dòng)裝置、清洗液回流過(guò)濾裝置、溫度控制裝置、噴流裝置和烘干設(shè)備，如果是氣相式超聲波設(shè)備還包括一臺(tái)冷水機(jī)。若用碳?xì)浠衔锶軇┣逑矗瑒t還需真空及干燥設(shè)備。

2超聲波清洗技術(shù)的機(jī)理

當(dāng)聲波的頻率超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)范圍的頻率極限（20kHz）時(shí)稱為超聲波，它是一種交變電壓，在液體中傳播時(shí)出現(xiàn)稀疏密集狀態(tài)。在密集狀態(tài)時(shí)，液體受到正壓力，而在稀疏狀態(tài)時(shí)，液體受到拉力即負(fù)壓力，在介質(zhì)即清洗液中形成縱向傳播的一種機(jī)械波。
　　在輻射波擴(kuò)張的半波期間，清洗液的致密性破壞并形成無(wú)數(shù)直徑細(xì)微的氣泡，這種氣泡中充滿著溶液蒸汽。在壓縮的半波期間，氣泡迅速閉合，以每秒2.5萬(wàn)2.8萬(wàn)次的頻率在液體中產(chǎn)生出數(shù)千萬(wàn)個(gè)大氣壓的微波，這種現(xiàn)象稱為/空化效應(yīng)。
　　超聲波清洗主要靠這種空化效應(yīng)，氣泡的爆破產(chǎn)生的高壓高溫沖擊波減小了污垢與被清洗件之間的粘著力，引起污垢的破壞和脫離；同時(shí)氣泡的振動(dòng)能對(duì)被清洗物表面進(jìn)行擦洗，氣泡還能鉆入裂縫中振動(dòng)，使污層脫落。當(dāng)某些固體表面被油粘附時(shí)，油被超聲波乳化，迅速脫離清洗件的表面。超聲波空化在清洗件表面會(huì)產(chǎn)生很高的速度梯度和聲流，能進(jìn)一步削弱或除去邊界層污染，同時(shí)超聲波振動(dòng)還會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)烈振動(dòng)，清洗件表面受到強(qiáng)烈的沖擊，使污物迅速脫離表面。

3超聲波清洗的優(yōu)點(diǎn)

①    速度快

能快速、徹底地清除工件表面上的各種污垢，不必將物件拆開(kāi)和刷洗，省時(shí)省力，降低人工成本，提高了生產(chǎn)效率。

②    清洗效果好

工業(yè)中的清洗方式一般為手工清洗、有機(jī)溶劑清洗、蒸汽氣相清洗、高壓水射清洗和超聲波清洗。超聲波清洗被國(guó)際公認(rèn)為當(dāng)前效率最高、效果最好的清洗方式。無(wú)論工件多么復(fù)雜，將其放入清洗液內(nèi)，只要是能接觸到液體的部位，超聲波的清洗作用都能達(dá)到。尤其是對(duì)于形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、手工及其它清洗方式不能完全有效地進(jìn)行清洗的工件，具有顯著的清洗效果。
③清洗成本低

超聲波清洗設(shè)備使用壽命約為10年，除設(shè)備購(gòu)置成本高于手工清洗和有機(jī)堿性溶劑刷洗外，低于氣相清洗和高壓水射清洗；消耗成本耗電低，一次清洗可對(duì)一定數(shù)量的工件同時(shí)清洗，清洗時(shí)間短，使用超聲波清洗液可按一定比例，所以每件清洗費(fèi)用很低，不僅清洗效果好，而且還節(jié)省勞動(dòng)力成本。
④有利于環(huán)境保護(hù)

超聲波清洗通常采用水基清洗液代替有機(jī)溶劑和強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的人工清洗，改善了勞動(dòng)環(huán)境、避免了對(duì)人體的傷害、減少了對(duì)空氣、水源的污染，有利于環(huán)境的保護(hù)，屬于綠色清洗。
⑤對(duì)工件表面無(wú)損傷

超聲波清洗通常使用水基清洗劑，不會(huì)引起氫脆剝蝕等現(xiàn)象，對(duì)工件表面沒(méi)有損傷。

4.超聲波清洗技術(shù)參數(shù)的選擇

①超聲波功率的選擇超聲波清洗效果不一定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(méi)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)，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。另外，超聲波功率選得太大，使液體中聲強(qiáng)過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，在聲波表面形成一道屏障，聲波不易輻射到整個(gè)缸體中，造成遠(yuǎn)離聲源的地方清洗作用減弱。所以選擇合適的聲強(qiáng)是必須的。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(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)超聲波清洗機(jī)輸出功率密度大多選在0.30.6W/cm2之間。至于連續(xù)波聚焦超聲波清洗一般選在每平方厘米幾十瓦左右，脈沖聚焦超聲清洗可選得更高。
②工作頻率的選擇目前常用的超聲波清洗機(jī)工作頻率在20-40kHz之間。工作頻率低，在使用水或水清洗劑時(shí)由空穴作用引起的物理清洗力顯然有利，但空化引起的噪聲大，噪聲分貝數(shù)大大超過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所以20kHz及以下的頻率目前很少使用，除非降噪措施跟上。對(duì)于小間隙、狹縫、深孔的零件的清洗，選用高一些頻率較好。國(guó)外有的用幾百千赫茲清洗精密鐘表零件。對(duì)于清洗像硅片表面零點(diǎn)幾微米的微小顆粒污物，頻率可選在兆赫茲級(jí)范圍。
③清洗籃的選擇在清洗小零件物品時(shí)，常需要使用清洗籃，但是密集的超聲波清洗籃線條會(huì)引起超聲波衰減，所以清洗籃的間隙尺寸在保證不會(huì)使小零件掉出的情況下，原則上要稍大些。
④清洗液溫度的選擇水基清洗液適宜的清洗溫度約在40-60℃，尤其在冷天。若清洗液溫度過(guò)低，則空化效應(yīng)差，清洗效果也不好。因此大部分清洗設(shè)備在缸內(nèi)設(shè)置加熱保溫控制。如果溫度太高，空泡內(nèi)氣體壓力增加，引起沖擊聲壓下降，對(duì)清洗反而不利。