超声波清洗

超声波清洗机理是：换能器将功率超声频源的声能转换成机械振动并通过清洗槽壁向槽子中的清洗液辐射超声波,槽内液体中的微气泡在声波的作用下振动,当声压或声强达到一定值时,气泡迅速增长,然后突然闭合,在气泡闭合的瞬间产生冲击波使气泡周围产生1012-1013pa的压力及局部调温,这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中,蒸汽型空化对污垢的直接反复冲击,一方面破坏污物与清洗件表面的吸附,另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离,气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗,污层一旦有缝可钻,气泡立即“钻入”振动使污层脱落,由于空化作用,两种液体在界面迅速分散而乳化,当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时,油被乳化、固体粒子自行脱落,超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压,形成射流,冲击清洗件,同时由于非线性效应会产生声流和微声流,而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流,所有这些作用,能够破坏污物,除去或削弱边界污层,增加搅拌、扩散作用,加速可溶性污物的溶解,强化化学清洗剂的清洗作用。由此可见,凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用,其特点适用于表面形状非常复杂的零部件的清洗。尤其是采用这一技术后,可减少化学溶剂的用量,从而大大降低环境污染。

超声波清洗设备主要由以下组件构成：

1、清洗槽：盛放待洗工件 不锈钢制成,可安装加热及控温装置。

清洗槽底部粘接超声波换能器：

2、换能器（超声波发生器）：将电能转换成机械能 压电陶瓷换能器,频率、功率视具体机型。

3、电源：为换能器提供所需电能 逆变电源,进口igbt元件,安装过流保护线路。换能器将高频电能转换成机械能之后,会产生振幅极小的高频震动并传播到清洗槽内的溶液中,在换能器的作用下,清洗液的内部将不断地产生大量微小的气泡并瞬间破裂,每个气泡的破裂都会产生数百度的高温和近千个大气压的冲击波,从而将工件冲刷干净。 从超声波清洗机的清洗原理我们不难理解,为什么它的清洗效率和效果都异常出色。

一、不论工件形状多么复杂,将其放入清洗液内,只要是能接触到液体的地方,超声波的清洗作用都能达到。

二、清洗时液体内产生的气泡非常均匀,工件的清洗效果也将非常均匀一致。

三、配合清洗剂的使用,加速污染物的分离和溶解,可有效防止清洗液对工件的腐蚀。

四、无需手工清理,杜绝了手工清洗对工件产生的伤害,避免繁重肮脏的体力劳动。 在我们所了解到的各行各业中,几乎每一个行业都有应用到超声波清洗机的地方,例如： 机械行业；表面处理行业；医疗行业；仪器仪表行业；机电电子行业；光学行业；半导体行业；科教文化；钟表首饰；石油化工行业；纺织印染行业；其他。

超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用,使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中,空化作用和直进流作用应用得更多。

1、空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时,液体中产生真空核群泡的现象,在压缩力作用时,真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力,由此剥离被清洗物表面的污垢,从而达到精密洗净目的。

2、直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在0.5W/cm2时,肉眼能看到直进流,垂直于振动面产生流动,流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌,污垢表面的清洗液也产生对流,溶解污物的溶解液与新液混合,使溶解速度加快,对污物的搬运起着很大的作用。

3、加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机,空化作用就很不显著了,这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。

由超声波发生器发出的高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质——-清洗溶剂中,超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射,使液体流动而产生数以万计的直径为50-500μm的微小气泡,存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长,而在正压区,当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合。并在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压,破坏不溶性污物而使他们分散于清洗液中,当团体粒子被油污裹着而黏附在 清洗件表面是,油被乳化,固体粒子及脱离,从而达到清洗件净化的目的。在这种被称之为“空化”效应的过程中,气泡闭合可形成几百度的高温和超过1000个气压的瞬间高压,连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面,使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落,从而达到物件表面清洗净化的目的。

第二超声波在液体中传播,使液体,与清洗槽在超声波频率下一起振动,液体与清洗槽振动时有自己固有频率,这种振动频率是声波频率,所以人们就听到嗡嗡声。

另外,在超声波清洗过程中,肉眼能看见的泡并不是真空核群泡,而是空气气泡,它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全脱走,空化作用的真空核群泡才能达到最佳效果。

超波清洗机主要由超声波清洗槽和超声波发生器两部分构成。超声波清洗槽用坚固弹性好、耐腐蚀的优质不锈钢制成,底部安装有超声波换能器振子；超声波发生器产生高频高压,通过电缆联结线传导给换能器,换能器与振动板一起产生高频共振,从而使清洗槽中的溶剂受超声波作用对污垢进行洗净。

1、清洗效果好,清洁度高且全部工件清洁度一致

2、清洗速度快,提高生产效率,不须人手接触清洗液,安全可靠

3、对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净

4、对工件表面无损伤,节省溶剂、热能、工作场地和人工等。

超声波清洗方式超过一般的常规清洗方法,特别是工件的表面比较复杂象一些表面凹凸不平、有盲孔的机械零部件,一些特别小而对请洁度有较高要求的产品如：钟表和精密机械的零件,电子元器件,电路板组件等,使用超声波清洗都能达到很理想的效果。

超声清洗工艺及清洗液的选择

在购买清洗系统之前,应对被清洗件做如下应用分析：

1、明确被洗件的材料构成、结构和数量；

2、分析并明确要清除的污物；

3、决定所要使用的清洗方法,判断应用水性清洗液还是用溶剂,最终需做清洗实验。

只有这样,才能提供合适的清洗系统、设计合理的清洗工序以及清洗液。

化学药剂的选择

考虑到清洗液的物理特性对超声清洗的影响,其中蒸汽压、表面张力、黏度以及密度应为最显着的影响因素。温度能影响这些因素,所以它也会影响空化作用的效率。

任何清洗系统必须使用清洗液。水性系统通常由敞口槽组成,工件浸没其中。而复杂的系统会由多个槽组成,并配备循环过滤系统、冲淋槽、干燥槽以及其它附件。

对於使用溶剂的系统,多为超声波汽相除油脂清洗机,常配备废液连续回收装置。超声波汽相清除油脂过程是由溶剂蒸发槽和超声浸洗槽组成的集成式多槽系统完成的。在热的溶剂蒸汽和超声激荡共同作用下,油、脂、蜡以及其他溶於溶剂的污垢就被除去。经过一系列清洗工序后下料的工件发热、洁净、干燥。

选择清洗液时,应考虑以下三个因素：

1、清洗效率：选择最有效的清洗溶剂时,一定要作实验。如在现有的清洗工艺中引入超声,所使用的溶剂一般不必变更；

2、操作简单：所使用的液体应安全无毒、操作简单且使用寿命长；

3、成本：最廉价的清洗溶剂的使用成本并不一定最低。使用中必须考虑到溶剂的清洗效率、安全性、一定量的溶剂可清洗多少工件利用率最高等因素。当然,所选择的清洗溶剂必须达到清洗效果,并应与所清洗的工件材料相容。水为最普通的清洗液,故使用水基溶液的系统操作简便、使用成本低、应用广泛。然而对於某些材料以及污垢等并不适用於水性溶液,那么还有许多溶剂可供选用。

清洗件处理

超声清洗的另一个考虑因素是清洗件的上、下料或者说是放置清洗件的工装的设计。清洗件在超声清洗槽内时,无论清洗件还是清洗件篮都不得触及槽底。清洗件总的横截面积不应超过超声槽横截面积的70%。橡胶以及非刚化塑料会吸收超声波能量,故将此类材料用於工装时应谨慎。绝缘的清洗件也应引起特别注意。工装篮设计不当,或所盛工件太重,纵使最好的超声清洗系统的效率也会被大大降低。任何材料,如果网眼高於50目,对于超声波就表现出实体的性能,将超声波反射回去。当网眼大於1/4英寸时,对於超声波才表现出开放式材料的性能。钩子、架子以及烧杯都可用来支持清洗件。

超声频率:

当工作频率很低（在人的听觉范围内）就会产生噪音。当频率低於20kHz时,工作噪音不仅变得很大,而且可能超出职业安全与保健法或其他条例所规定的安全噪音的限度。在需要高功率去除污垢而不用考虑工件表面损伤的应用中,通常选择从20kHz到30kHz范围内的较低清洗频率该频率范围内的清洗频率常常被用于清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。

高频通常被用于清洗较小、较精密的零件,或清除微小颗粒。高频还被用于被工件表面不允许损伤的应用。使用高频可从几个方面改善清洗性能。随着频率的增加,空化泡的数量呈线形增加,从而产生更多更密集的冲击波使其能进入到更小的缝隙中。如果功率保持不变,空化泡变小,其释放的能量相应减少,这样有效地减小了对工件表面的损伤。高频的另一个优势在于减小了粘滞边界层（泊努里效应）,使得超声波能够'发现'极细小的微粒。zzo9深圳侨波超声新设备有限公司提供了一系列频率的产品,有28KHz、32KHz、40kHz。

功率密度:

功率密度=发射功率(W)/发射面积(cm2),通常≥0.5W/cm2.超声波的功率密度越高,空化效果越强,清洗速度越快,清洗效果越好.但长时间,高密度的清洗,容易造成清洗物件表面产生"空化"腐蚀.

清洗温度:

一般来说,超声波在30℃-40℃时,空化效果最好.清洗剂则温度越高,作用越显著,通常实际使用超声波时,采用40℃-60℃的工作温度.

鉴于上述原理,超声清洗可广泛地应用于各行各业,达到其它清洗手段难以达到的目的。其主要应用列举如下：

1、机械零部件的清洗（特别是精密零部件）：轴承、油泵、油嘴,汽缸,机械手表芯和汽车部件（不拆卸清洗）,纺织锭子,石油钻头的零部件（如齿轮,刀具和刃具）等。

2、光学零部件的清洗：光学器件、光学纤维等。

3、液压元件的清洗

4、机电元件的清洗及处理：触头、半导体管座、高性能电器接头等。

5、半导体芯片清洗

6、印刷电路板的清洗

7、金属制品的表面处理（如除锈,除油,磷化,钝化等）

8、各种玻璃瓶子及器皿的清洗

9、过滤器的清洗

10、各种印章的清洗

11、贵重金属的清洗

12、镀前处理

13、消除高级绘图笔的笔头堵塞

14、玉器加工后的清洁处理

15、材料的分散、超精细处理

16、电炉丝冷拔后的表面处理

17、餐具清洗

18、尼龙喷丝板的梳孔清洗

19、蓄电池橡胶隔板的梳孔清洁处理

20、柴油和水的乳化

21、溶剂的均匀混合

22、酒的陈化处理

23、种子的超声浮选

因此,超声技术广泛用于机械电子行业、冶金加工、食品加工、医疗卫生轻工纺织、艺术美术、印刷行业、橡胶行业、医药及家庭领域。此外,超声技术还可用于焊接、金属和宝石的钻孔、金属切削和研磨等加工过程,具有广泛的应用前景