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超聲波清洗機(jī)原理詳解

1 前言． 
在市場經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下迄帘，對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。為保證產(chǎn)品質(zhì)量诀烫，許多企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中榔况，將采用清洗工藝來提高產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益勃拢。 

當(dāng)前在一些工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中钩榄，應(yīng)用超聲波清洗是一種洗凈效果好，價格經(jīng)濟(jì)后涛，有利于環(huán)保的清洗工藝武也。超聲波清洗機(jī)可以應(yīng)用于清洗各式各樣體形大小，形狀復(fù)雜口愁，清潔度要求高的許多工件耿逐。例如可用于清洗鐘表零件、照相機(jī)零件爽咒、油咀油泵玩冷、汽車發(fā)動機(jī)零件窿侈、精密軸承零件炼幔、齒輪、活塞環(huán)史简、銑刀乃秀、鋸片、寶石圆兵、醫(yī)用注射器及各種光學(xué)鏡頭等跺讯；還可以用于清洗印制板、半導(dǎo)體晶片及器件、顯象管內(nèi)的精密零件刀脏、磁性元件局荚、硅片、陶瓷晶片愈污、插頭座耀态、焊片、電極引線等電子類產(chǎn)品暂雹。 

一種物件的清洗可以根據(jù)其污垢的性質(zhì)首装，采用機(jī)械物理力清洗的方法或化學(xué)力清洗的方法，還可以用各種組合方法來進(jìn)行清洗衔耕。 

若是用自來水或凈水為清洗液的超聲波清洗屬物理力的清洗赊偿，若在清洗液中添加一些洗滌劑，則屬于組合清洗悬鲜，對不同的清洗對象選用不同的洗滌劑绅鉴，更具有明顯的清洗效果。 

表1為幾種清洗方法洗凈效果比較躺潘。 

圖1為兩種清洗方法洗凈效果比較真稚。 

2 超聲波清洗的原理 把液體故人清洗槽內(nèi)，給槽內(nèi)作用超聲波毕亲。由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波农帝，介質(zhì)的壓力作交替變化。如果對液體中某一確定點進(jìn)行觀察项蝉，這點的壓力如 圖2曲線A所示舆飒。以靜壓（一般一個大氣壓）為中心，產(chǎn)生壓力的增減白找，若依次增強(qiáng)超聲波的強(qiáng)度能真，則壓力振幅也隨著增加，像圖2曲線B 
 

那樣扰柠，并產(chǎn)生負(fù)的壓力粉铐。 

所 謂負(fù)壓，但實際上負(fù)的壓力是不存在的卤档，這是在液體中產(chǎn)生撕裂的力蝙泼，且形成真空的空泡，并被后面的壓縮力壓擠而破滅劝枣。這種在聲場作用下的振動汤踏，當(dāng)聲壓達(dá)到超 聲波清洗一定值時，氣泡將迅猛增長舔腾，然后又突然閉合溪胶，在氣泡閉合時搂擦，由于液體間相互碰撞產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓的壓力哗脖。這也就是所說 的“超聲空化”瀑踢。超聲清洗就是利用了空化作用的沖擊波，其清洗過程中由下列四個因素作用所引起才避。 

（1）因空泡破滅時產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波档价，污垢層在沖擊波的作用下被剝離下來，即分散及脫落囤乎。 

（2） 因空化現(xiàn)象產(chǎn)生如圖3a所示的氣泡靡黑。由沖擊形成的污垢層與表面之間的間隙和空隙滲透，由于這種小氣泡與聲壓同步膨脹敢薄，收縮帽惠，產(chǎn)生像剝皮那樣的物理力重復(fù)作 用于污垢層，污垢一層層被剝開艇线，如圖3b所示剧鹏，小氣泡再繼續(xù)向前推進(jìn)，直到污垢層被剝下為止游鹿。這就是空化二次效應(yīng)盔惑。 

（3）超聲清洗中 清洗液的超聲振動本身對清洗的作用力。例如：20kHz义誓，2W／cm2的超聲波在清洗液中傳播時律坎，它將引起質(zhì)點的振動，位移幅度1．32lLm蟋定，速度0． 16m／s粉臊，加速度為2．04X104m／sz，（約為2刪g的重力加速度）驶兜，聲壓為1．45X105Pa扼仲，這表明清洗物表面的污垢層每秒將遭到2萬次的 激烈沖擊。 

（4）清洗劑也溶解了污垢抄淑，產(chǎn)生乳化分散的化學(xué)力屠凶。 

超聲清洗的主要原理是超聲空化作用，要獲得良好的清洗效果肆资，合理選擇清洗槽中聲場的聲學(xué)參數(shù)和清洗液的物理化學(xué)性質(zhì)是十分重要的矗愧。 

既然空化是主要的，那么如何產(chǎn)生空化呢?一般來說迅耘，空化不僅由介質(zhì)特性決定贱枣，而且也與聲場有關(guān)监署〔ǎ空化閡的高低受到許多因素制約纽哥，主要有如下幾個因素： 

（1） 空化閡與工作頻率fa有關(guān)。頻率越高衙猾，空化閡值越高柬激，產(chǎn)生空化越難。氣泡在聲場的作用下將進(jìn)行振動斧与，但不一定發(fā)生崩潰（破滅）行忘，只有當(dāng)聲波的頻率低于氣泡 的諧振頻率時才可能使氣泡破滅，而當(dāng)聲波的頻率高于氣泡的諧振頻率時筋劣，氣泡只進(jìn)行復(fù)雜的振動牡徘，一般不發(fā)生氣泡破滅。 

（2）空化閡與介質(zhì)中氣泡半徑有關(guān)正脸，半徑越小式伶，空化閡越高。 

（3）寶化閡與聲波作用時間長短有關(guān)鄙叼，聲波幅射時間越長贡金，空化闡越低。 

（4）空化閡與環(huán)境靜壓力有關(guān)群娃，靜壓力越 

大衅侥，空化閡越高。 

（5）空化閡與介質(zhì)的粘滯性有關(guān)劫瞳，粘度大倘潜，表面張力大，空化閡高志于。 

（6）空化閡與液體含氣量有關(guān)窍荧，含氣量越少，空化閡越高恨憎。 

（7）空化閡與清洗液溫度有關(guān)蕊退，清洗液溫度升高，對空化有利憔恳。但清洗液溫度過高時瓤荔，氣泡中蒸氣壓增大，因在氣泡閉合期增強(qiáng)了緩沖作用而使空化減弱钥组。而溫度還與清洗液的溶解度有關(guān)输硝。對于水清洗液較適宜的溫度約為60Y。 

根 據(jù)超聲清洗的機(jī)理我們可選擇*狀態(tài)程梦，并得到*的清洗效果点把。還應(yīng)注意到選擇*的聲強(qiáng)。聲強(qiáng)過高會產(chǎn)生大量氣泡乞贡，在聲波表面形成一道屏障氢碰，使聲波不易輻 射到整個液體空間克酿，因而在遠(yuǎn)離聲源的地方，清洗作用減弱申广。同時過高的聲強(qiáng)限匕，氣泡膨脹過大，以至于在聲波壓縮相內(nèi)东六，氣泡來不及閉合困荤。聲強(qiáng)一般選在 1W／cm2—2W／cm2，對于一些金屬表面氧化膜難于清洗的污垢待讲，則應(yīng)采用較高的聲強(qiáng)捎鹤。3 超聲波清洗的應(yīng)用 

超聲波清洗設(shè)備一般可分為通用和兩種機(jī)型。 

3．1 通用超聲波清洗機(jī) 

超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)一般有超聲電源和清洗器合為一體或分開布局兩種形式殃烤，一般小功率（200W以下）清洗機(jī)用一體式結(jié)構(gòu)瞒礼，而大功率清洗機(jī)采用分體式結(jié)構(gòu)。超聲波清洗機(jī)分體式結(jié)構(gòu)由三個主要部分組成致驶，如圖4所示芯勘。 

（1）清洗缸； 

（2）超聲波發(fā)生器腺逛； 

（3） 超聲波換能器荷愕； 清洗缸：清洗缸是用來裝載清洗液及被清洗工件的不銹鋼容器，大多數(shù)工件可先裝在網(wǎng)狀框架內(nèi)棍矛，再一起放人缸內(nèi)清洗安疗。 超聲波發(fā)生器：超聲清洗機(jī)用的超聲波發(fā)生器，從使用的元器件種類可以分電子管式的够委，可控硅式的和晶體管式的荐类。近幾年來已經(jīng)發(fā)展到用大功率“功率模塊”的方 式。其輸出功率從幾十瓦直到幾千瓦茁帽，工作頻率從15kHz—40kHzo 

超聲清洗機(jī)用的超聲波發(fā)生器玉罐，有以下特點： 

（1）隨著清洗液深度不同，換能器共振頻率和阻抗變化很大潘拨。但是實踐表明吊输，槽內(nèi)放進(jìn)適量清洗物后，基本上就可以穩(wěn)定在某一定數(shù)值上铁追。 

（2）一般來說季蚂，由于清洗負(fù)載變動較小，可以不要求復(fù)雜的頻率自動跟蹤電路溺硼。 

（3）實用超聲波發(fā)生器肥刻，大多數(shù)采用大功率自激式反饋振蕩器。 超聲波換能器：超聲波清洗機(jī)用的換能器主要有以下幾種： 

①磁致伸縮換能器 國內(nèi)用的磁致伸縮換能器大多數(shù)是用鎳片疊成的窗口型換能器邪涕，將它銀焊在清洗缸底部茄溢，然后用導(dǎo)線在窗口上繞一定卷數(shù)而成哩敞。此種換能器能承受較大功率，且可靠性好演侍，使用壽命長。缺點為效率較壓電換能器低辉九，原材料鎳片價格貴色递。 

②壓電式換能器 目前國內(nèi)外大多數(shù)超聲波清洗機(jī)用的是壓電式換能器，勘L形結(jié)構(gòu)如圖5祷书。 

這種換能器一般有兩片壓電陶瓷晶片組成粪趋。一臺清洗機(jī)用多個換能器，經(jīng)粘接劑粘接在清洗缸底部且經(jīng)并聯(lián)聯(lián)接組成一臺清洗機(jī)的換能器舔艾。換能器基元之間距（對于頻率20kH4一般在5—10mm為佳磺浙，太大了容易產(chǎn)生彎曲振動，且振動板受到腐蝕徒坡，同時輻射面相對減少撕氧。 

通用超聲清洗機(jī)清洗零件適用性強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用于電子喇完、鐘表伦泥、光學(xué)、機(jī)械锦溪、汽車不脯、航空、原子能工業(yè)刻诊、醫(yī)療器械等許多行業(yè)防楷。 

2 超聲波清洗機(jī) 

一般安裝在某些特定物件清洗的生產(chǎn)流水線上。 

圖6為典型的軟磁器件超聲波清洗設(shè)備则涯，被清洗物件從進(jìn)料口可傳動的不銹鋼網(wǎng)帶送人超聲波清洗槽清洗复局，再經(jīng)噴淋、烘干等工序后出料粟判，實現(xiàn)被清洗物件可直接包裝入庫赚朱。各工序簡要說明如下： 

①進(jìn)料：物件進(jìn)料可采用半自動進(jìn)料或 

②壓電式換能器 目前國內(nèi)外大多數(shù)超聲波清洗機(jī)用的是壓電式換能器，勘L形結(jié)構(gòu)如圖5以叛。 

這種換能器一般有兩片壓電陶瓷晶片組成谁班。一臺清洗機(jī)用多個換能器，經(jīng)粘接劑粘接在清洗缸底部且經(jīng)并聯(lián)聯(lián)接組成一臺清洗機(jī)的換能器疼喝。換能器基元之間距（對于頻率20kH4一般在5—10mm為佳诊乐，太大了容易產(chǎn)生彎曲振動，且振動板受到腐蝕我值，同時輻射面相對減少晰等。 

通用超聲清洗機(jī)清洗零件適用性強(qiáng)然怕，已廣泛應(yīng)用于電子、鐘表歉莫、光學(xué)鱼灶、機(jī)械、汽車张绊、航空信高、原子能工業(yè)、醫(yī)療器械等許多行業(yè)涛贯。 

3．2 超聲波清洗機(jī) 一般安裝在某些特定物件清洗的生產(chǎn)流水線上诽嘉。 

圖6為典型的軟磁器件超聲波清洗設(shè)備，被清洗物件從進(jìn)料口可傳動的不銹鋼網(wǎng)帶送人超聲波清洗槽清洗弟翘，再經(jīng)噴淋虫腋、烘干等工序后出料，實現(xiàn)被清洗物件可直接包裝入庫稀余。各工序簡要說明如下： 

①進(jìn)料：物件進(jìn)料可采用半自動進(jìn)料或 

⑧出料：物件出料可采用自動收料或手工收料方式悦冀，格被清洗物件裝入包裝盒內(nèi)。 

通過上述工序就完成了物件實現(xiàn)利用超聲波清洗的全過程睛琳。 

目前雏门，還有一種超聲汽相清洗機(jī)，它是選用有機(jī)溶劑作清洗液掸掏，具有*的溶解污垢的能力茁影，用于清洗半導(dǎo)體晶片等凈治度要求特別高的物件。 

濟(jì)寧恒碩超聲機(jī)械有限公司多年來已研制丧凤、開發(fā)募闲、生產(chǎn)了多系列通用超聲波清洗機(jī)，產(chǎn)品廣 泛應(yīng)用于全國各地的大中型企業(yè)晰奉，同時還按用戶特殊要求研制嘱庸、開發(fā)、生產(chǎn)了用于清洗軟磁器件措抒、精密軸承零件滥尉、鋸片、汽車等零件的超聲波清洗設(shè)備精克，在生產(chǎn) 中發(fā)揮了良好的作用昼反。

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