浅谈超声波技术在工业清洗中的应用-梵英超声(fanyingsonic)

超声波是频率高于20kHz的声波，它本身具有很强的能量，而且方向性好，穿透能力强。人们可以利用它的特点来改变材料状态或性能，在生产过程中得到广泛应用。超声波的振动能通过清洗液的作用起到粉碎固体、雾化、乳化、提取和凝聚等作用。

1超声波的清洗原理

超声波清洗的主要作用机理是超声空化作用，主要表现在以下几个方面。

(1) 存在于清洗液的微气泡 (空化核)在超声波发生器及换能器的作用下将超声发生源的声能转变为超声振动，当压力达到一定数值时微气泡将迅速膨胀，然后又突然间闭合，在微气泡闭合的瞬间所产生的冲击波能在其周围产生上千个大气压，通过清洗液质点的传播，把能量传递到清洗件表面释放，在污物层和表层间的间隙和空隙渗透，使污物层一层一层被剥离，直到污物层被完全剥离%。同时，超声波在清洗液中的传播过程连续不断地形成压缩和稀疏的区域(如图1所示。这些气泡反复地在稀疏区受负压时膨胀，在压缩区受正压时闭合，瞬间释放巨大的能量。因此，当气泡完全消失的瞬间会立即产生强大的冲击波这就是所谓的超声空化效应”。空化效应产生的巨大冲击力及强烈振动反复作用可破坏不溶性的污物，使其分散脱落于清洗液中。

(2) 蒸汽型空化作用对污物层的直接反复冲击一方面破坏了污物与清洗件表面的吸附，另一方面引起污物层的疲劳破坏而削弱或者除去边界污层，加速了可溶性污物的溶解，从而强化了清洗的作用。

3) 对于有油而附在清洗件表面的固体粒子，由于超声空化的作用，清洗液在传播过程中产生的正负交变声压，在清洗件和油污之间迅速分散而乳化，固体粒子立即自行脱落。

4) 空化气泡本身在振荡过程中的辐射扭力作用于液体本身，从而导致液体本身的环流，称为声流。所有这些作用，都加快了破坏污物层的脱落，强化了清洗的进程。

5) 超声空化在污物与清洗液之间所产生的高速微射流也能除去或削弱边界污层，增加搅拌作用。加快可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。此外，清洗液本身的振动还会对清洗做出很大的贡献(超声波清洗设备示意图如图2所)。

2超声波清洗效果

与其它传统清洗工艺如高压喷洗、喷淋浸泡、刷洗等物理和化学方法相比，超声波清洗工艺具有着显著的优越性:

(1)超声波清洗能大大提高清洗件表面的洁净度，尤其对于外形复杂零件的缝隙、小孔和隐处的清洗;

(2)超声波清洗速度快，生产率高;

(3)可连续自动化操作，节省了工作场和人工劳动，能耗小，成本低;

(4)常用的各种清液可使用，不人手直接接触清洗液，安全可靠;

(5)进行量的小型零件的清。

3影响超声波清洗效果的因素

超声空化的强弱与声学的技术参数、清洗液的物理和化学性质及环境条件有关，所以，想要获得良好的清洗效果，就必须要选择适当的参数和清洗液。

(1)工作频率和功率

超声波清洗的主要参数就是功率，或更确切的说，应该指清洗件表面处的功率与密度的大小。它直接影响超声声强的大小。声强大小又直接影响空化效果，所以，在选择超声波清洗的功率时应该特别注意。超声波清洗效果不一定完全与功率x清洗时间成正比。当功率增大时，空化强度将大大增加，清洗效果也提高了。但是，强度过大时，清洗件表面又容易产生空化腐蚀，而且清洗缸底部的振动板也空化严重，水点腐蚀也增大，缩短了超声波清洗机的寿命，因此，要按实际使用情况选择超声波功率，才能获得最有效的清洗。功率一般选择0.1kw~10kw，强度选择为0.1~1.0W/㎝²

在相同的强度下，超声波频率越低，在清洗液中产生的空化效果越好。这是因为工作频率低时清洗液中受到压缩和稀疏作用时有更长的时间间隙使气泡能达到较大体积，空化气泡体积较大时，空化强度增加，有利于清洗作用，所以采用较低工作频率可以得到较高清洗能力。但是，工作频率过低时又会引起噪音的增大，对环境造成污染。一般情况选择在15kHz~30kHz之间，而对于一些特殊清洗件或特殊清洗要求可适当提高频率如表面有小缝隙、深孔等形状，可适当提高频率。当然，对于半导体制造工艺中硅片的清洗，则可以选用兆赫级的超声波清洗设备。

(2)清洗液温度

在天冷的时候，清洗液的温度随着气温而降低，直接影响空化效应，进而导致清洗效果不理想。因此，大部分清洗机都要以不同的方式来加热清洗液，并且对清洗液的温度进行控制。若清洗液温度升高则有利于空化效应的发生，当温度继续升高以后，空气泡内气体的蒸汽压也随着温度升高而升高，引起了冲击声压下降，空化强度降低，这又会减弱了空化效果。所以对于每一种清洗液都应选择一个最合适的温度，即空化活跃温度来达到**的清洗效果。如水基型清洗液空活跃温度为60℃，因此用60℃水做清洗液较为适宜。

4超声波清洗的应用

(1)用于电镀前的清洗

电镀镀层质量的好坏，有部分原因在于电镀前的清洗质量。而对于一些装饰性电镀、功能性电镀都对电镀质量有着更高的要求，而贵金属电镀和特种电镀的前期处理清洗更是无法离开超声波。传统的电镀前清洗常采用化学除油、电解除油，并结合各种机械辅助，相比之下，超声波用于电镀前清洗有着明显的优势。

1)简化电镀前的清洗工序:一道超声波清洗往往优于多次的化学和电解除油的效果，对于形状复杂的电镀件，化学和电解除油很难达到理想效果，而超声波清洗却可以轻松实现。

2) 速度快通常超声波清洗时间不超过5分钟。超声波电解可以成倍的提高清洗的速度，在操作上易于实施，进一步提高了工作效率。

3)对于光件表面的是很难清，内行业开发了许多专用除蜡水，但是清洗质量不佳价格又高，而采用有机溶剂清洗污染很严重超声波清洗可以较好地解决了这些问题。

(2)用于汽车化油器的清洗

近年来，汽车维修业快速发展，维修装备也在不断改善，越来越多维修厂商采用超声波进行汽车精密部件的维修清洗。作为汽车燃油系统的关键部件，化油器清洗干净与否对汽车发动机工作状况至关重要，而化油器结构非常复杂，即使全部拆开，仍然有些部位难于触及，因此，超声波特别适合化油器的清洗。

(3)用于除锈、除氧化皮处理

在热处理或轧制后的钢铁表面常常会生成一层氧化层，在腐蚀性环境中会进一步氧化形成复合氧化层，在超声波条件下，采用5%~10%的H3PO4的清洗液，大约5~7min就可以清洗干净。

此外，超声波技术还可以用于大型构件的清洗和轴承零件的清洗，还可以在电子行业中半导体和集成电路线路板、化纤行业的喷丝头和滤芯的清洗，用途广泛，方便可靠。

5超声波清洗和环境保护

超声波强大的清洗作用力使得很多必须采用有机溶剂才能满足清洁度要求的场合，可以用水基型清洁剂在超声波的作用下，达到同样的洁净度，并摆脱了有机溶剂带来的环境污染。同时推动了无磷、低COD清洗介质的使用，进一步降低了对环境的危害。同时，超声波用于弱酸除锈除氧化皮技术的涌现和大量应用，代替了一些必须采用强酸的清洗技术，使环境的危害降到最低。

总之，超声波技术在清洗处理中的广泛应用提供了更多低污染、甚至无污染的清洗方法。

6结语

近年来，超声波技术发展迅速，根据不同清洗对象开发出不同的超声波发生器，如用于冷拔钢丝等线材清洗的管形超声波清洗槽，针对深孔形的棒状超声波清洗器等等，而且技术不断完善并有所拓展，据有关资料介绍，国外已经开发出一种高频率超声波清洗，频率可达700kHz~1MHz，能除去1ρυ的污物。并且开发出一种新型超振动清洗技术，可使用频率为20~50Hz的振动来清洗一些脆弱而表面易损伤的清洗对象。

总之，超声波清洗工艺在工业生产中的应用确实具有不可替代的优势。

解析超声波清洗机的电流与电压原理

超声波的电流与电压时通过独特的设计呢，才能得到超声波，然后对物体进行清洗。要得到超声波，首先我们要了解下物体都是带电的，怎么才能利用这么原子或者分子得到我们想要的目的。

1、物体是由原子和分子组成，原子由原子核(带正电荷) 和电子 (带负电荷)组成，电荷在物体内向一个方向移动就形成电流。

2、虽然物体内部存在着大量电荷，但并不是所有电荷都能自由移动。金属原子只有一部分外层电子受原子核的吸引比较弱，而成为可以在金属中自由运动的自由电子。金属中的电流就是这些自由电子的定向移动形成的。

3、要在导体内产生电流，只存在自由电子还不行，还得有一定的外界条件。要使导体中有持续电流流过，导体两端必须保持一定的电位差(一般由电源米提供保证)，电位差通常称为电压。

4、它们的物理关系是:自由电子的存在是形成电流的内因，电压则是形成电流的外因。就好比有水存在，是形成水流的内因;而水位高度差的形成水压，才是水流的外因。