超声波清洗原理

超声波在超声波在本质上和声波是一样的，都是机械振动在弹性介质中的传播过程，超声波和声波的区别仅在于频率范围的不同。声波是指人耳能听到的声音，一般认为声波的频率在20～20000赫范围内，而振动频率超过20千赫以上的声波则称为超声波。超声波中振动频率在100千赫以下的称为低频超声波；振动频率在100千赫以上到数十兆赫的称为高频超声波。用于清洗的超声波所采用的频率为20～400千赫，属于低频及高频超声波的范围。
超声波清洗时，在超声波的作用下，机械振动传到清洗槽内的清洗液中，使清洗液体内交替出现疏密相间的振动，液体不断受到拉伸和压缩。疏的地方受到拉伸，形成微气泡(空穴)；密的地方受到压缩。由于清洗液内部受超声波的振动而频繁地拉伸和压缩，其结果使微气泡不断地产生和不断地破裂。微气泡破裂时，周围的清洗液以巨大的速度从各个方向伸向气泡的中心，产生水击。这种现象可以通过肉眼直接观察到，即在清洗液中可以看到有剧烈活动的气泡，而且清洗液上下对流。此时若将手指浸入清洗液中，则有强烈针刺的感觉。上述这种现象称为超声空化作用。
超声清洗就是利用了空化作用的冲击波，其清洗过程中由下列四个因素作用所引起。
(1)因空泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层在冲击波的作用下被剥离下来，即分散及脱落。
(2)因空化现象产生，由冲击形成的污垢层与表面之间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡与声压同步膨胀，收缩，产生像剥皮那样的物理力重复作用于污垢层，污垢一层层被剥开，小气泡再继续向前推进，直到污垢层被剥下为止。这就是空化二次效应。
(3)超声清洗中清洗液的超声振动本身对清洗的作用力
(4)清洗剂也溶解了污垢，产生乳化分散的化学力。
(5)空化阂与介质的粘滞性有关，粘度大，表面张力大，空化阂高。
(6)空化阂与液体含气量有关，含气量越少，空化阂越高。
(7)空化阂与清洗液温度有关，清洗液温度升高，对空化有利。但清洗液温度过高时，气泡中蒸气压增大，因在气泡闭合期增强了缓冲作用而使空化减弱。而温度还与清洗液的溶解度有关。对于水清洗液较适宜的温度约为60度。
　　在超声空化作用一定时间后，被清洗件上的污垢逐渐脱落(当然也有清洗液本身的作用在内)，这就是超声波清洗的基本原理。
较长时间的超声空化作用，会使被清洗件表面的基体金属有一定程度的剥落，这称为空化的浸蚀作用。
超声冲击波能在液体中产生微冲流，具有搅拌作用。在不相溶的两相液体中，微冲流能促使两液相面加速互相分散，具有乳化作用。
超声空化的产生是依附于空化核进行的，而被清洗件表面的缝隙正好是空化核的中心。
总之，超声波清洗是超声空化作用、浸蚀作用、搅拌作用、乳化作用及空化核作用的综合表现。其中空化作用在超声波清洗中是起主要作用的，它能破坏污垢微粒在被清洗件表面的粘附状态。再加上微冲流的作用，使清洗液产生振动和搅拌，将污垢从被清洗件表面清除干净。而乳化作用则使清洗下来的油污很快地分散、乳化在清洗液中。
应当指出，超声波清洗过程中，除了超声波的上述作用外，还有所采用的清洗液的浸润、浸透、乳化、分散及溶解等作用，其结果必然大大加速清洗过程，提高清洗效果。
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4.　超声波清洗效果及相关参数：
a.清洗介质：采用超声波清洗，一般有两种清洗剂：化学清洗剂和水基清洗剂。清洗介质是化学作用，而超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，以对物体进行充分、彻底的清洗。
b. 功率密度：超声波的功率密度越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越好。单对于精密的、表面光洁度甚高的物体，采用长时间的高功率密度清洗会对物体表面产生“空化”腐蚀。
c. 超声波频率： 超声波频率越低，在液体中产生空化越容易，作用也越强。频率高则超声波方向性强，适合于精细的物体清洗。
d. 一般来说，超声波在30oС~40oС时空化效果最好。清洗剂则温度越高，作用越显著。通常实际应用超声波清洗时，采用30oС~60oС的工作温度。
5.超声波清洗特点：
1）、 　清洗效果好　　
就清洗方式而言，运用于工业清洗的清洗方式一般为手工清洗，有机溶剂清洗，蒸汽气相清洗，高压水射流清洗和超声波清洗。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。尤其是对于形状和结构复杂、手工及其它清洗方式不能完全有效地进行清洗的工件，具有显著的清洗效果。清洗时液体内产生的气泡非常均匀，工件的清洗效果也非常均匀一致。超声波清洗可根据不同的溶剂达到不同的效果，如 ：除油、除锈或磷化，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。
2）、 清洗成本低　　
在所有清洗方式中，清洗成本大体可分为：设备成本和消耗成本。超声波清洗设备使用寿命约为十年，除设备购置成本高于手工清洗和有机碱性溶剂刷洗外，低于气相清洗和高压水射流清洗，对于消耗成本，以功率为1KW，价格约为1万元的超声波清洗机为例，工作一小时，耗电1度，费用约为0.5元，碱性金属清洗剂1公斤，价格约为20元，可反复使用20-50个小时（根据污染程度而定），相当于0.4-1元/小时，而一般工件清洗时间仅为3-15分钟即可，且一次清洗可对一定数量及体积的工件同时清洗，因此对于消耗成本而言，采用超声波清洗，不仅清洗效果最好，而且清洗成本相当于不到0.04元/件，还不算节省的劳动力成本，远远低于其他各类清洗方法。
3）、超声波清洗与其他清洗方法的比较：