超聲波清洗原理

一、描述：

在我們了解超聲波清洗機(jī)工作原理的時(shí)候我們應(yīng)該了解什么是超聲波？眾所周知，人們所聽到的聲音是頻率20～20000Hz的聲波信號，高于20000Hz的聲波稱之為超聲波，聲波的傳遞依照正弦曲線縱向傳播，即一層強(qiáng)一層弱，依次傳遞，當(dāng)弱的聲波信號作用于液體中時(shí)，會(huì)對液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，使液體內(nèi)形成許許多多微小的氣泡，而當(dāng)強(qiáng)的聲波信號作用于液體時(shí)，則會(huì)對液體產(chǎn)生一定的正壓，因而，液體中形成的微小氣泡被壓碎。經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)，液體中每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓，這種現(xiàn)象被稱之為“空化效應(yīng)”，超聲波清洗正是應(yīng)用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。

超聲波清洗機(jī)工作原理

二、工作原理：

超聲波清洗機(jī)是利用高于20KHZ的超音頻信號，通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳入清洗液中，超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使液體流動(dòng)并產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，這些氣泡是在超聲波縱向傳播形成的負(fù)壓區(qū)形成生長，而在正壓區(qū)迅速閉合，這些氣泡的形成生長及迅速閉合被稱為空化現(xiàn)象。在空化現(xiàn)象中，這些氣泡的閉合形成超過1000個(gè)大氣壓的瞬間高壓，連續(xù)不斷地瞬間高壓就象一連串小的“爆炸”不停地轟擊物體表面，使物體表面及縫隙之中的污垢迅速剝落，達(dá)到迅速清洗效果；當(dāng)聲壓或者聲強(qiáng)受到壓力到達(dá)一定程度時(shí)候，氣泡就會(huì)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(chǎn)生沖擊波，使氣泡周圍產(chǎn)生1012-1013pa的壓力及局調(diào)溫，這種超聲波空化所產(chǎn)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(fù)沖擊，這就是超聲波清洗機(jī)原理。

超聲波清洗機(jī)工作原理圖

三、超聲波清洗空化作用主要表現(xiàn)哪些形式：

1.存在于液體中的微氣泡（空化核）在聲場的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡將迅速變大，然后溘然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生的沖擊水波能在其附近產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓的壓力，破壞不溶解性污物而使它們分解在清洗液中。

2.蒸汽型空化對污物層的直接反復(fù)沖擊，一方面破換污物與清洗件表面的吸附，另一方面也會(huì)引起污物層的疲憊破壞而清洗件表面脫離。

3.氣體型氣泡的振動(dòng)對固體表面進(jìn)行擦洗，污物一旦有縫可鉆，氣泡就可以“鉆入”裂痕中振動(dòng)，使污層脫落。例如工件上的氧化層就可以比較等閑被氣泡剝離。

4.對于有油污包裹住的固體粒子，因?yàn)槌�聲空化的作用。兩種液體在界面迅速分散而乳化，固體粒子即行脫落。

5.空化氣泡本身在振蕩過程中，將伴跟著一系列二階段現(xiàn)象發(fā)生，如輻射扭力。輻射扭力在平均液體中作用于液體本身，從而導(dǎo)致液體本身的環(huán)境，即稱之為聲流。這個(gè)聲流可以作用于量級較大的范圍，也可限于μm量級較小的范內(nèi)，后者場稱為微聲流，它可以使振動(dòng)氣泡表面處在很高的速度梯度和粘滯應(yīng)力，這種應(yīng)力有時(shí)高達(dá)100Pa以上，足以使工件表面污物造成破壞而使其脫落。

6.超聲空化在固體和液體界面上所產(chǎn)生的高速微射流能夠除去或削弱邊界污層，增加攪拌作用，加快可溶性污物的溶解，強(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用。

超聲波清洗機(jī)震動(dòng)原理圖

四、工作特性：

第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(dòng)對固體表面進(jìn)行擦洗，污層一旦有縫可鉆，氣泡立即 “鉆入”振動(dòng)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(dāng)固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時(shí)，油被乳化、固體粒子自行脫落，超聲在清洗液中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生正負(fù)交變的聲壓，形成射流，沖擊清洗件，同時(shí)由于非線性效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生聲流和微聲流，而超聲空化在固體和液體界面會(huì)產(chǎn)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(kuò)散作用，加速可溶性污物的溶解，強(qiáng)化化學(xué)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(diǎn)適用于表面形狀非常復(fù)雜的零件的清洗。尤其是采用這一技術(shù)后，可減少化學(xué)溶劑的用量，從而大大降低環(huán)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(dòng)，液體與清洗槽振動(dòng)時(shí)有自己固有頻率，這種振動(dòng)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(chǎn)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(dá)到最佳效果。上圖是一個(gè)在水中工作的換能器剖面圖：在中間是一層一定厚度的不銹鋼板，換能頭沾結(jié)在這一層鋼板下，通過超聲發(fā)生源產(chǎn)生一定頻率和電壓的交流電信號帶動(dòng)換能頭和不銹鋼板一起做高頻震動(dòng)，當(dāng)鋼板向上震動(dòng)時(shí)，將水向上推開，當(dāng)鋼板向下震動(dòng)時(shí)，水跟不上鋼板的震動(dòng)速度，在水和鋼板之間會(huì)形成一個(gè)空隙，這樣反復(fù)震動(dòng)就會(huì)有許多的氣泡形成，如圖所示：這種氣泡就是由“空化效應(yīng)”產(chǎn)生的，我們稱之為空化泡。空化泡順著震動(dòng)方向向水中傳播，如果水中正好有工件，空化泡撞擊到工件表面產(chǎn)生數(shù)千個(gè)大氣壓的撞擊力，帶動(dòng)工件表面的污垢脫落。

超聲波清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

五、超聲波的危害

人長期受到超聲的影響，會(huì)引起人體組織輕微的發(fā)熱；當(dāng)頻率更高時(shí)，發(fā)熱就會(huì)越發(fā)厲害，使人體內(nèi)水分子被燒，周圍的組織遭到破壞，長時(shí)間如此就有危險(xiǎn)。因此大功率高強(qiáng)度的超聲波持續(xù)作用于人體是有害的；小功率超聲波間歇作用于人體卻是有益的。就相當(dāng)于有人給你輕輕捶背你會(huì)感到舒服，但重?fù)裟銜r(shí)你會(huì)感到疼痛甚至是傷害。