超聲波清洗 作用原理
超聲波清洗設(shè)備由兩部分組成：超聲波發(fā)生器（又稱(chēng)超聲波電源）和換能器。超聲波發(fā)生器將工頻電轉(zhuǎn)變成 20KHZ以上的高頻電信號(hào)，通過(guò)高頻電纜輸送到換能器上。一般超聲波換能器是固定在清洗槽的底板上，清洗槽內(nèi)裝滿(mǎn)了液體，當(dāng)換能器被加上高頻電壓后，它 的壓電陶瓷元件在電場(chǎng)作用下便產(chǎn)生縱向振動(dòng)。超聲波換能器（又稱(chēng)聲頭）是一種高效率的換能元件，能將電能轉(zhuǎn)換成強(qiáng)有力的超聲波振動(dòng)，在產(chǎn)生超聲波振動(dòng)時(shí)， 仿佛是一個(gè)小的活塞，振幅很小，約只有幾微米。但這個(gè)振動(dòng)加速度很大（幾十至幾千個(gè)g）；槽上具有許多個(gè)換能器，施加相同的頻率及相位的電能時(shí)，就合成了 一個(gè)巨大的活塞進(jìn)行往復(fù)振動(dòng)，這種振動(dòng)通過(guò)固定換能器的底板傳播到清洗液中，振動(dòng)在清洗液中傳播就達(dá)到了對(duì)浸入其中的工件清洗的目的。
1.空化作用（CAVITATION）
在液體中傳播的超聲波能對(duì)物體表面的污物進(jìn)行清洗，其原 理可用"空化"現(xiàn)象來(lái)解釋?zhuān)磺逑葱Ч统暡ㄔ谝后w中產(chǎn)生的"空化"強(qiáng)度有密切的關(guān)系。超聲波振動(dòng)在液體中傳播，當(dāng)其聲波壓強(qiáng)達(dá)到一個(gè)大氣壓時(shí)，超聲波的 功率密度約為0.35瓦/cm2，這時(shí)在液體中傳播的超聲波的聲波壓強(qiáng)峰值就可以輕易達(dá)到真空或負(fù)壓，但實(shí)際上是無(wú)負(fù)壓現(xiàn)象存在的，因而在液體中產(chǎn)生一個(gè) 很大的力，將液體分子拉裂成空洞（空化核），此空洞為真空或非常接近真空，此空洞在信號(hào)電壓（或超聲波壓強(qiáng)）值下一個(gè)半周達(dá)到最大時(shí)，由于周?chē)膲毫Φ脑?大而被壓碎，此時(shí)液體分子激烈碰撞產(chǎn)生非常強(qiáng)大的沖擊力，將被清洗物體表面的污物撞擊下來(lái)。這些無(wú)數(shù)細(xì)小而密集的氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生沖擊波的現(xiàn)象被稱(chēng)之為"空 化"作用。這種空化作用非常容易在固體與液體的交界處產(chǎn)生，因而對(duì)于浸入超聲作用下的液體中的物體具有超乎尋常的清洗作用。另外，由于超聲波具有很強(qiáng)的穿 透固體的作用，所以這種"空化"作用對(duì)浸入超聲波作用下的液體中物體內(nèi)外表面（如管件）均能得到清洗，這是超聲波清 洗優(yōu)于其它清洗手段的重要方面。
2.超聲波清洗和其它清洗手段效果的比較
由 于超聲波的空化作用，其清洗效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它清洗手段所能達(dá)到的清洗效果。清洗效果比較（根據(jù)資料報(bào)導(dǎo)）所示：超聲波清洗法達(dá)到100%，刷洗（用化學(xué)溶 劑）為90%，蒸氣清洗（化學(xué)溶劑）為35%，溶劑壓力清洗為30%，溶劑浸洗為15%。從上看出，超聲波清洗是最有效的清洗手段。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模，可以設(shè) 立多個(gè)工位的清洗線，綜合應(yīng)用各種清洗手段對(duì)工件做徹底的清洗。
3.超聲波清洗力的來(lái)源
超聲波清洗一般采用兩種清洗劑：化學(xué)溶劑和水粉劑。就對(duì)污物油脂來(lái)說(shuō)均有溶解滲透作用，這是一種化學(xué)作用力。而超聲波的空化作用卻是物理性的。超聲波清 洗是結(jié)合了化學(xué)作用和物理作用。首先靠化學(xué)作用對(duì)污物進(jìn)行滲透、溶解，然后再通過(guò)超聲波空化作用所產(chǎn)生的沖擊力將物體表面的污物層剝離，對(duì)之進(jìn)行攪拌、分 散、乳化并防止已脫離物體表面的污物重新附著在物體上。
4.超聲波清洗效果相關(guān)的物理量
(1)超聲波清洗效果與其功率密度的關(guān)系
超聲波的功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，其清洗效果越好，清洗速度越快。對(duì)表面污物很多的被 清洗件，應(yīng)采用大功率密度進(jìn)行清洗。但對(duì)精密及表面光潔度高的物件的長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)洗會(huì)由于空化腐蝕而使表面受到損傷，因此宜采用較低功率密度進(jìn)行清洗。
(2)超聲波頻率與清洗效果的關(guān)系
超聲波頻率越低，在液體中的空化越容易產(chǎn)生，作用也越強(qiáng)。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，方向性不顯著，遮蔽部分較容 易洗刷，但對(duì)于小間隙或細(xì)孔的污物清除效果不顯著。
超聲波頻率較高時(shí)，空化作用較弱，但空化產(chǎn)生的沖擊力速度大，波長(zhǎng)短而有方向性， 遮蔽部分清洗效果雖不理想，但對(duì)于小間隙或細(xì)孔中的污物卻可有效清除。
所以，超聲波頻率要根據(jù)被清洗物來(lái)選擇，目前最常用的頻率是 20~50KHZ。
(3)清洗劑的選擇
溶劑加超聲波清洗，去污力強(qiáng)，但成本高且一般于人體健康不 利。如三氯乙稀、三氯乙烷、丙酮等，所以只在特殊要求高的情況下采用。工業(yè)清洗劑在超聲波的作用下可以取得很好的清洗效果，所以在超聲波清洗中得到了廣泛 的應(yīng)用。
(4)清洗溫度
根據(jù)不同的清洗劑來(lái)選擇清洗溫度，一般說(shuō)水在30~40℃時(shí)空化效果最好。所以超聲波一 般選擇常溫工業(yè)冼凈劑。由于油脂污物在溶劑中的溶解速度隨著溫度的提高而提高，所以在溶劑不分解和過(guò)量蒸發(fā)的情況下，適當(dāng)提高超聲波清洗溫度有利于提高清 洗效率。
