珠海市金鈺科技有限公司
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超聲波清洗機的原理

作者:珠海金鈺


超聲波清洗機原理

超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波,它方向性好,穿透能力強,易于獲得較集中的聲能,在水中傳播距離遠,可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫學、軍事、工業、農業上有很多的應用。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。超聲波清洗機原理主要是通過換能器,將功率超聲頻源的聲能轉換成機械振動,通過清洗槽壁將超聲波輻射到槽子中的清洗液。由于受到超聲波的輻射,使槽內液體中的微氣泡能夠在聲波的作用下從而保持振動。

當聲壓或者聲強受到壓力到達一定程度時候,氣泡就會迅速膨脹,然后又突然閉合。在這段過程中,氣泡閉合的瞬間產生沖擊波,使氣泡周圍產生1012-1013pa的壓力及局調溫,這種超聲波空化所產生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使他們分化于溶液中,蒸汽型空化對污垢的直接反復沖擊。

一方面破壞污物與清洗件表面的吸附,另一方面能引起污物層的疲勞破壞而被駁離,氣體型氣泡的振動對固體表面進行擦洗,污層一旦有縫可鉆,氣泡立即“鉆入”振動使污層脫落,由于空化作用,兩種液體在界面迅速分散而乳化,當固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時,油被乳化、固體粒子自行脫落,超聲在清洗液中傳播時會產生正負交變的聲壓,形成射流,沖擊清洗件,同時由于非線性效應會產生聲流和微聲流,而超聲空化在固體和液體界面會產生高速的微射流,所有這些作用,能夠破壞污物,除去或削弱邊界污層,增加攪拌、擴散作用,加速可溶性污物的溶解,強化化學清洗劑的清洗作用。由此可見,凡是液體能浸到且聲場存在的地方都有清洗作用,其特點適用于表面形狀非常復雜的零件的清洗。尤其是采用這一技術后,可減少化學溶劑的用量,從而大大降低環境污染。

第二超聲波在液體中傳播,使液體與清洗槽在超聲波頻率下一起振動,液體與清洗槽振動時有自己固有頻率,這種振動頻率是聲波頻率,所以人們就聽到嗡嗡聲。

另外,在超聲波清洗過程中,肉眼能看見的泡并不是真空核群泡,而是空氣氣泡,它對空化作用產生抑制作用降低清洗效率。只有液體中的空氣氣泡被完全拖走,空化作用的真空核群泡才能達到最佳效果。


空化效應

在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗,其原理可用“空化”現象來解釋:超聲波振動在液體中傳播的音波壓強達到一個大氣壓時,其功率密度為0.35w/cm2,這時超聲波的音波壓強峰值就可達到真空或負壓,但實際上無負壓存在,因此在液體中產生一個很大的力,將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空,它在超聲波壓強反向達到最大時破裂,由于破裂而產生的強烈沖擊將物體表面的污物撞擊下來。這種由無數細小的空化氣泡破裂而產生的沖擊波現象稱為“空化”現象。


效果

清洗介質

采用超聲波清洗,一般有兩種清洗劑:化學清洗劑和水基清洗劑。清洗介質是化學作用,而超聲波清洗是物理作用,兩種作用相結合,以對物體進行充分、徹底的清洗。

功率密度

超聲波的功率密度越高,空化效果越強,速度越快,清洗效果越好。但對于精密的、表面光潔度甚高的物體,采用長時間的高功率密度清洗會對物體表面產生“空化”腐蝕。

頻率

超聲波頻率越低,在液體中產生空化越容易,作用也越強。頻率高則超聲波方向性強,適合于精細的物體清洗。

一般來說,超聲波在30℃~40℃時空化效果最好。清洗劑則溫度越高,作用越顯著。

通常實際應用超聲波清洗時,采用40℃~50℃的工作溫度。


清洗特點

“超聲波清洗工藝技術”是指利用超聲波的空化作用對物體表面上的污物進行撞擊、剝離,以達到清洗目的。它具有清洗潔凈度高、清洗速度快等特點。特別是對盲孔和各種幾何狀物體,獨有其他清洗手段所無法達到的洗凈效果。





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