超声波清洗技术

一、概述

　  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。

二、什么叫超声波？超声波的特性是怎样的？

　  声波是属于 声音的类别之一，属于机械波，声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz-20KHz。当声波的 频率低于16Hz时就叫做次声波，高于20KHz则称为超声波声波。

超声波具有如下特性：

　 1） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。

　 2） 超声波可传递很强的能量。

　 3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。

　 4） 超声波在液体介质中传播时， 可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。

三、什么是清洗

　　清洗是指 清除工件表面上液体和固体的污染物，使工件达到一定的洁净程度，清洗过程是清洗介质、污染物、工件 表面三者这间的相互作用，是一种复杂的物理，化学作用的过程。清洗不仅与污染物的性质，种类，形态 以及粘附的程度有关，与清洗介质的理化性质，清洗功能、工件的材质、表面状态有关，还与清洗的条件 如温度、压力以及附加的超声振动，机械外力等因素有关。因此选择科学合理的清洗工艺，必须进行工艺分析。

四 、超声波洗净原理

　　 超声波是以每秒4万6千次的振动在 液体中传导，由于超声波是一种压缩纵波，在其推动介质的使用下会使液体中压力变化而产生无数微小真 空气泡，造成空穴效应(cariatlon)，当气泡受压爆破时，会产生强大的冲击力，同时超声波还有乳化中 和作用能更有效防止被清洗掉的油污重新附在被清洗物体上。

　　 目前，国内超声波制造厂家常用 超声频率28KHz和40KHz二种类型的振头，功率密度一般为0.4W/CM2，通常情况下一般采用大功率振头，因 为大功率振头在振动中可能会将液晶板振裂、损坏，造成材料、人工、时效等损失和浪费。有个别情况， 也会选择超大频率振头对LCD清洗做专门，小心，精心设计。

五、 超声波清洗的优点

　　 相比 其它多种的清洗方式，超声波清洗机显示出了巨大的优越性。尤其在专业化、集团化的生产企业中，已逐 渐用超声波清洗机取代了传统浸洗、刷洗、压力冲洗、振动清洗和蒸气清洗等工艺方法。超声波清洗机的 高效率和高清洁度，得益于其声波在介质中传播时产生的穿透性和空化冲击波。所以很容易将带有复杂外 形、内腔和细空的零部件清洗干净，对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分 钟即可完成，其速度比传统方法可提高几倍到几十倍，清洁度也能达到高标准，这在许多对产品表面质量 和生产率要求较高的场合，更突出地显示了用其它处理方法难以达到或不可取代的结果。

归纳其优点 如下：

　　 ◆ 清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致

　　 ◆ 清洗速度快，提高生产效 率

　　 ◆ 不须人手接触清洗液，安全可靠对深孔、细缝和工件隐蔽处亦清洗干净

　　 ◆ 对工 件表面无损伤

　　 ◆ 节省溶剂、热能、工作场地和人工等。

适合行业及范围：

　　 电子 、机械、电气、玻璃、眼镜、钟表、电镀、仪器、仪表、珠宝、医疗、五金、轴承、液压、航空、陶瓷、 化纤、制笔、电池壳。

六、注意事项

　　超声波清洗 机的超声槽，在槽中没有水或溶剂时，千万不要启动，造成空振，造成振动头报废或损坏超声波设备的正 确操作及维护保养，最好专人专管理建全制度，加强管理。

超声波清洗工艺

超声波清洗的 技术特点

清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致；

清洗速度快，提高生产效率，不须人手 接触清洗液，安全可靠

对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净

对工件表面无损伤，节省溶剂 、热能、工作场地和人工

　　 超声波清洗方式超过一般以的常规清洗方法，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，一些特别小而对清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。超声清洗的 原理是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同的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。

　　 这些气泡 在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称为“空化”效应的过程中，气 泡闭合可形成超过1000大气压的瞬间高压，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，从而达到物件表面净化的目的。

　　 超声波清洗 的作用机理主要有以下几个方面：因空化泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层的一部分在冲击波作用下被 剥离下来、分散、乳化、脱落。因为空化现象产生的气泡，由冲击形成的污垢层与表层间的间隙和空隙渗 透，由于这种小气泡和声压同步膨胀，收缩，象剥皮一样的物理力反复作用于污垢层，污垢层一层层被剥 离，气泡继续向里渗透，直到污垢层被完全剥离。这是空化二次效应。超声波清洗中清洗液超声振动对污 垢的冲击。超声加速化学清洗剂对污垢的溶解过程，化学力与物理力相结合，加速清洗过程。

　　 超声波清洗的主要参数：

　　 频率：≥20KHz

　　 清洗介质：采用超声波清洗，一般两类清 洗剂：化学溶剂、水基清洗剂等。

　　 清洗介质的化学作用，可以加速超声波清洗效果 ，超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，以对物件进行充分、彻底的清洗。

　　 功率密度 ：功率密度=发射功率（W）/发射面积（cm2）通常≥0.3W/cm2，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。但对于精密的、表面光洁度甚高的物件，采用长时间的高功率密度清洗会对物 件表面产生“空化”腐蚀。

　　 超声波频率：超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度大，作用也越强，适用于工件（粗、脏）初洗。频率高则超声波方向性强，适用于精细的物件 清洗。

　　 清洗温度：一般来说，超声波在30℃-40℃时的空化效果最好。清洗剂则温度越高 ，作用越显著。通常实际应用超声波时，采用50℃-70℃的工作温度。