超声波清洗机的原理

在当前市场经济的大潮中，超声波清洗机的应用范围越来越广，在人们的正常的工作和生活中正在发挥着越来越重要的作用！各个生产企业对自己的产品的质量要求越来越严格，对产品质量要求越来越高，全部的生产厂家为了保证自己生产的产品质量，现在超声波清洗机就越来越受到人们的重视，很多人工不能清洗的难题，交给超声波清洗机这个问题就迎刃而解了。

超声波清洗机的用武之地：例如可用于清洗钟表零部件、光学眼镜、显微镜镜片、发动机零部件、曲轴、缸体、缸盖、曲轴、连杆、减速箱、离合器、精密轴承零件、齿轮、活塞环、刀具、锯片、珠宝首饰、医用注射器、医用药瓶、铝盖、铝塑盖、实验室用玻璃器皿等；还可以用于清洗PCBA板、SMT贴片、半导体晶片、显象管内的精密零件、陶瓷器元件、硅片、陶瓷晶片、焊丝、等类产品。?

超声波清洗方法的分类：
一个工件的清洗可以分为物理和化学的两种方法进行清洗，例如可以采用物理力方法进行清洗，比如洗衣服用手来回的搓洗衣服的污垢处，比如用高压水枪冲洗工件的表面这些都是物理力的清洗。还有化学清洗的方法，比如洗衣粉和衣服的污垢发生相应的化学反应。再有清洗铁锈的时候用酸处理，这些个都是化学清洗的一种办法。若是用自来水或净水为清洗液的超声波清洗属物理力的清洗，若在清洗液中添加一些洗涤剂，则属于组合清洗，对不同的清洗对象选用不同的洗涤剂，更具有明显的清洗效果。?
清洗方法	剩余残留物%
压缩空气吹清洗	86
浸润式清洗	70
蒸汽式清洗	65
刷子清洗	8
超声波清洗	0-0.5

表1为几种清洗方法洗净效果比较。?以上数据均来自*部门报告！

超声波清洗的原理之介绍：
?原理解密之一：把清洗溶剂放入超声波清洗槽内，给槽内作用超声波。由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波，介质的压力作交替变化。如果对液体中某一确**进行观察，这点的压力如?下图曲线A所示。


以静压（一般一个大气压）为中心，产生压力的增减，若依次增强超声波的强度，则压力振幅也随着增加，像图2曲线B?所示。通过超声波发生器将**20KHz频率的有震荡信号进行电功率放大后经超声波换能器（震头）的逆压电效应转换成高频机械振动能量，通过清洗介质中的声辐射，使清洗液分子振动并产生无数微小气泡。气泡沿超声传播方向在负压区形成、生长，并在正压区迅速闭合而产生上千个大气压的瞬间高压而爆破，形成无数微观高压冲击波作用于被清洗工件表面。此即超声波清洗中的“空化效应”。超声波清洗机就是基于“空化效应”的基本原理工作的。

?原理解密之二：污物剥离的原因：因超声空化泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层在冲击波的作用下被剥离下来，即分散及脱落。??因空化现象产生如下图a所示的气泡。


由冲击形成的污垢层与表面之间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡与声压同步膨胀，收缩，产生像剥皮那样的物理力重复作?用于污垢层，污垢一层层被剥开，如下图b所示



小气泡再继续向前推进，直到污垢层被剥下为止。这就是空化二次效应。?

原理解密之三：超声清洗中清洗液的超声振动本身对清洗的作用力。
例如：20kHz，2w/cm2的超声波在清洗液中传播时，它将引起质点的振动，速度0.16m/s，加速度为2．04X104m／sz，声压为1．45X105Pa，这表明清洗物表面的污垢层每秒将遭到2万次的激烈冲击。这种高强度高频度的冲击，即使再强悍的污垢层，也难以逃脱超声机械波的猛烈的“攻击”。?

原理解密之四：清洗剂也溶解了污垢，产生乳化分散的化学力。清洗剂能够与被清洗工件上面的污物发生化学反应，在超声波的猛烈的攻击之下，污垢迅速被瓦解掉。超声清洗的主要原理是超声空化作用，要获得良好的清洗效果，合理选择清洗槽中声场的声学参数和清洗液的物理化学性质是十分重要的。?

超声空化如何产生？
既然空化作用是超声波清洗较主要的作用，那么如何产生空化呢？一般来说，空化不仅由介质特性决定，而且也与声场有关。空化核的高低受到许多因素制约，主要有如下几个因素：?
1?空化阂与工作频率f有关。频率越高，空化阈值值越高，产生空化越难。气泡在声场的作用下将进行振动，但不一定发生崩溃（破灭），只有当声波的频率低于气泡?的谐振频率时才可能使气泡破灭，而当声波的频率**气泡的谐振频率时，气泡只进行复杂的振动，一般不发生气泡破灭。?
2空化阂与介质中气泡半径有关，半径越小，空化阂越高。?
3宝化阂与声波作用时间长短有关，声波幅射时间越长，空化阐越低。?
4空化阂与环境静压力有关，静压力越大，空化阂越高。?
5空化阂与介质的粘滞性有关，粘度大，表面张力大，空化阂高。?
6空化阂与液体含气量有关，含气量越少，空化阂越高。?
7空化阂与清洗液温度有关，清洗液温度升高，对空化有利。但清洗液温度过高时，气泡中蒸气压增大，因在气泡闭合期增强了缓冲作用而使空化减弱。而温度还与清洗液的溶解度有关。对于水清洗液较适宜的温度约为60℃。?
超声声强选择的优化原则：
根?据超声清洗的机理我们可选择较佳状态，并得到较佳的清洗效果。还应注意到选择较佳的声强。声强过高会产生大量气泡，在声波表面形成一道屏障，使声波不易辐?射到整个液体空间，因而在远离声源的地方，清洗作用减弱。同时过高的声强，气泡膨胀过大，以至于在声波压缩相内，气泡来不及闭合。声强一般选在?1w/cm2-----2w/cm2，对于一些金属表面氧化膜难于清洗的污垢，则应采用较高的声强。
?超声波清洗的应用?：
超声波清洗设备一般可分为通用和**两种机型。?
1、?标准超声波清洗机?
超声波清洗机的结构一般有超声波发生器和清洗池合为一体或分开布局两种形式，一般小功率（200W以下）清洗机用一体式结构，而大功率清洗机**采用分体式结构。超声波清洗机分体式结构由三个主要部分组成，如下图所示。?

?清洗缸：清洗缸是用来盛装清洗液及被清洗工件的不锈钢容器，大多数工件可先装在网状框架内，再一起放入缸内清洗。?超声波发生器：超声清洗机用的超声波发生器，从使用的元器件种类可以分电子管式的，可控硅式的和晶体管式的。近几年来已经发展到用大功率“功率模块”的方?式。其输出功率从几十瓦直到几千瓦，工作频率从25KHz—120KHz?如下图所示：




荣汇超声波发生器特点：?
（1）随着清洗液深度不同，换能器共振频率和阻抗变化很大。但是实践表明，槽内放进适量清洗物后，基本上就可以稳定在某一定数值上。?
（2）一般来说，由于清洗负载变动较小，可以不要求复杂的频率自动跟踪电路。?
（3）实用超声波发生器，大多数采用大功率自激式反馈振荡器。
?超声波换能器：超声波清洗机用的换能器主要有以下几种：?
①磁致伸缩换能器?国内用的磁致伸缩换能器大多数是用镍片叠成的窗口型换能器，将它银焊在清洗缸底部，然后用导线在窗口上绕一定卷数而成。此种换能器能承受较大功率，且可靠性好，使用寿命长。缺点为效率较压电换能器低，原材料镍片价格贵。?
②压电式换能器?目前国内外大多数超声波清洗机用的是压电式换能器，结构如下图。?


这种换能器一般有两片压电陶瓷晶片组成。一台清洗机用多个换能器，经粘接剂粘接在清洗缸底部且经并联联接组成一台清洗机的换能器。换能器基元之间距（对于频率20KHz一般在5—10cm为佳，太大了容易产生弯曲振动，且振动板受到腐蚀，同时辐射面相对减少)。?
通用超声清洗机清洗零件适用性强，已广泛应用于电子、钟表、光学、机械、汽车、航空、原子能工业、医疗器械等许多行业。?