超聲波清洗機原理

超聲波清洗機原理

超聲波清洗是基於(yu) 空化作用，即在清洗液中無數氣泡快速形成並迅速內(nei) 爆。由此產(chan) 生的衝(chong) 擊將浸沒在清洗液中的工件內(nei) 外表麵的汙物剝落下來。隨著超聲頻率的提高，氣泡數量增加而爆破衝(chong) 擊力減弱，因此，高頻超聲適用於(yu) 小顆粒汙垢的清洗而不破環其工件表麵。
氣泡是在液體(ti) 中施加高頻（超聲頻率）、高強度的聲波而產(chan) 生的。因此，任何超聲清洗係統都具備三個(ge) 基本元件：盛放清洗液的槽、將電能轉化為(wei) 機械能的換能器以及產(chan) 生高頻電信號的超聲波發生器。
換能器和發生器
超聲清洗係統Z重要的部分是換能器。現存兩(liang) 種換能器，一種是磁力換能器，由鎳或鎳合金製成；一種壓電換能器，由鋯鈦酸鉛或其他陶瓷製成。 將壓電材料放入電壓變化的電場中時，它會(hui) 發生變形，這就是所謂的'壓電效應'。相對來說，磁力換能器是用會(hui) 在變化的磁場中發生變形的材料製成的。
無論使用何種換能器，通常Z基本的因素為(wei) 其產(chan) 生的空化效應的強度。超聲波和其它聲波一樣，是一係列的壓力點，即一種壓縮和膨脹交替的波（如下圖示）。如果聲能足夠強，液體(ti) 在波的膨脹階段被推開，由此產(chan) 生氣泡；而在波的壓縮階段，這些氣泡就在液體(ti) 中瞬間爆裂或內(nei) 爆，產(chan) 生一種有效的衝(chong) 擊力，適用於(yu) 清洗。這個(ge) 過程被稱做空化作用。
• 從(cong) 理論上分析，爆裂的空化泡會(hui) 產(chan) 生超過10,000 psi的壓力和20,000 °F (11,000 °C) 的高溫，並在其爆裂的瞬間衝(chong) 擊波會(hui) 迅速向外輻射。單個(ge) 空化泡所釋放的能量很小，但每秒鍾內(nei) 有幾百萬(wan) 的空化泡同時爆裂，累計起來的效果將是強烈的，產(chan) 生的強大的衝(chong) 擊力將工件表麵的汙物剝落，這就是所有超聲清洗的特點。
如果超聲能量足夠大，空化現象會(hui) 在清洗液各處產(chan) 生，所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔。空化作用也促進了化學反應並加速了表麵膜的溶解。
然而隻有在某區域的液體(ti) 壓力低於(yu) 該氣泡內(nei) 氣體(ti) 壓力時才會(hui) 在該區域產(chan) 生空化現象，故由換能器產(chan) 生的超聲波振幅足夠大時才能滿足這一條件。產(chan) 生空化所需的Z小功率被稱做空化臨(lin) 界點。不同的液體(ti) 存在不同的空化臨(lin) 界點，故超聲波能量超過該臨(lin) 界點才能達到清洗效果。也就是說，隻有能量超過臨(lin) 界點才能產(chan) 生空化泡，以便進行超聲清洗。
頻率的重要性
當工作頻率很低（在人的聽覺範圍內(nei) ）就會(hui) 產(chan) 生噪音。當頻率低於(yu) 20kHz時，工作噪音不僅(jin) 變得很大，而且可能超出職業(ye) 安全與(yu) 保健法或其他條例所規定的安全噪音的限度。在需要高功率去除汙垢而不用考慮工件表麵損傷(shang) 的應用中，通常選擇從(cong) 20kHz到30kHz範圍內(nei) 的較低清洗頻率。該 頻率範圍內(nei) 的清洗頻率常常被用於(yu) 清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。JTONE提供20KHz的磁力換能器和25KHz的壓電換能器。
高頻通常被用於(yu) 清洗較小、較精密的零件，或清除微小顆粒。高頻還被用於(yu) 被工件表麵不允許損傷(shang) 的應用。使用高頻可從(cong) 幾個(ge) 方麵改善清洗性能。隨著頻率的增加，空化泡的數量呈線形增加，從(cong) 而產(chan) 生更多更密集的衝(chong) 擊波使其能進入到更小的縫隙中。如果功率保持不變，空化泡變小，其釋放的能量相應減少，這樣有效地減小了對工件表麵的損傷(shang) 。高頻的另一個(ge) 優(you) 勢在於(yu) 減小了粘滯邊界層（泊努裏效應），使得超聲波能夠'發現'*細小的微粒。這種情況近似於(yu) 小溪中水位降低時可以看清溪底的小石子。
JTONE提供了一係列中間頻率的產(chan) 品，有40kHz、80kHz、120kHz和170kHz。清洗*微小的顆粒時，可選用頻率為(wei) 350kHz的產(chan) 品。JTONE近來推出了用於(yu) 此類場合的MicroCoustics係統，其頻率為(wei) 400kHz。
超聲清洗的性
超聲清洗目前已被認識到的優(you) 點如下：
高精度 由於(yu) 超聲波的能量能夠穿透細微的縫隙和小孔，故可以應用與(yu) 任何零部件或裝配件的清洗。被清洗件為(wei) 精密部件或裝配件時，超聲清洗往往成為(wei) 能滿足其特殊技術要求的清洗方式；
快速 超聲清洗相對常規清洗方法在工件除塵除垢方麵要快得多。裝配件無須拆卸即可清洗。超聲清洗可節省勞動力的優(you) 點往往使其成為(wei) Z經濟的清洗方式；
一致 無論被清洗件是大是小，簡單還是複雜，單件還是批量或在自動流水線上，使用超聲清洗都可以獲得手工清洗的均一的清潔度。

超聲清洗工藝及清洗液的選擇
在購買(mai) 清洗係統之前，應對被清洗件做如下應用分析：
1 明確被洗件的材料構成、結構和數量；
2 分析並明確要清除的汙物；
3 決(jue) 定所要使用的清洗方法，判斷應用水性清洗液還是用溶劑，Z終需做清洗實驗。
隻有這樣，才能提供合適的清洗係統、設計合理的清洗工序以及清洗液。
化學藥劑的選擇
考慮到清洗液的物理特性對超聲清洗的影響，其中蒸汽壓、表麵張力、黏度以及密度應為(wei) Z顯著的影響因素。溫度能影響這些因素，所以它也會(hui) 影響空化作用的效率。
任何清洗係統使用清洗液。水性係統通常由敞口槽組成，工件浸沒其中。而複雜的係統會(hui) 由多個(ge) 槽組成，並配備循環過濾係統、衝(chong) 淋槽、幹燥槽以及其它附件。
對於(yu) 使用溶劑的係統，多為(wei) 超聲波汽相除油脂清洗機，常配備廢液連續回收裝置。超聲波汽相清除油脂過程是由溶劑蒸發槽和超聲浸洗槽組成的集成式多槽係統完成的。在熱的溶劑蒸汽和超聲激蕩共同作用下，油、脂、蠟以及其他溶於(yu) 溶劑的汙垢就被除去。經過一係列清洗工序後下料的工件發熱、潔淨、幹燥。
選擇清洗液時，應考慮以下三個(ge) 因素：
4 清洗效率：選擇Z有效的清洗溶劑時，yi定要作實驗。如在現有的清洗工藝中引入超聲，所使用的溶劑一般不必變更；
5 操作簡單：所使用的液體(ti) 應安全無毒、操作簡單且使用壽命長；
6 成本：Z廉價(jia) 的清洗溶劑的使用成本並不yi定Z低。使用中考慮到溶劑的清洗效率、安全性、yi定量的溶劑可清洗多少工件利用率Z高等因素。當然，所選擇的清洗溶劑達到清洗效果，並應與(yu) 所清洗的工件材料相容。水為(wei) Z普通的清洗液，故使用水基溶液的係統操作簡便、使用成本低、應用廣泛。然而對於(yu) 某些材料以及汙垢等並不適用於(yu) 水性溶液，那麽(me) 還有許多溶劑可供選用。
清洗件處理
超聲清洗的另一個(ge) 考慮因素是清洗件的上、下料或者說是放置清洗件的工裝的設計。清洗件在超聲清洗槽內(nei) 時，無論清洗件還是清洗件籃都不得觸及槽底。清洗件總的橫截麵積不應超過超聲槽橫截麵積的70%。橡膠以及非剛化塑料會(hui) 吸收超聲波能量，故將此類材料用於(yu) 工裝時應謹慎。絕緣的清洗件也應引起注意。工裝籃設計不當，或所盛工件太重，縱使的超聲清洗係統的效率也會(hui) 被大大降低。任何材料，如果網眼高於(yu) 50目，對於(yu) 超聲波就表現出實體(ti) 的性能，將超聲波反射回去。當網眼大於(yu) 1/4英寸時，對於(yu) 超聲波才表現出開放式材料的性能。鉤子、架子以及燒杯都可用來支持清洗件。