超聲波清洗原理

1、超聲波原理    聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。    我們知道，當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲（Hz）。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為1620，000赫茲。因此，當(dāng)物體的振動(dòng)超過一定的頻率，即高于人耳聽閾上限時(shí)，人們便聽不出來了，這樣的聲波稱為“超聲波”。一般普遍認(rèn)為頻率在1620Hz以下的聲波被稱之為次聲波或亞

2、聲波，頻率在20kHz以上的聲波稱之為超聲波。    超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會(huì)傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。研究超聲波的產(chǎn)生、傳播 、接收，以及各種超聲效應(yīng)和應(yīng)用的聲學(xué)分支叫超聲學(xué)。產(chǎn)生超聲波的裝置有機(jī)械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應(yīng)和電磁作用原理制成的電動(dòng)超聲發(fā)生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應(yīng)和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)制成的電聲換能器等。超聲效應(yīng)    

3、0;當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理和或化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)、熱、電磁和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下4種效應(yīng)：     機(jī)械效應(yīng)：超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當(dāng)超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時(shí)，懸浮在流體中的微小顆粒因受機(jī)械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)，由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極化和感生磁化（即電介質(zhì)物理學(xué)所說的磁致伸縮）。    空化作用：超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。一個(gè)原因是液體內(nèi)局

4、部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強(qiáng)大的拉應(yīng)力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化。空洞內(nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會(huì)隨周圍介質(zhì)的振動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大或突然破滅。破滅時(shí)周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時(shí)產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。    熱效應(yīng)：由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時(shí)和產(chǎn)生振動(dòng)或摩擦?xí)r能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。   

5、化學(xué)效應(yīng)：超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫；溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會(huì)變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲波對(duì)光化學(xué)和電化學(xué)過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機(jī)物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變 。超聲波的現(xiàn)代應(yīng)用領(lǐng)域    超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的。超

6、聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。按超聲振動(dòng)幅射大小不同大致可分為：    1、用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用稱功率超聲。例如：在液體中發(fā)生足夠大的能量，產(chǎn)生空化作用，能用于清洗、乳化。    2、用超聲波得到若干信息，獲得通信應(yīng)用，稱檢測(cè)超聲。例如：用超聲波在介質(zhì)中的脈沖反射對(duì)物體進(jìn)行厚度測(cè)試稱超聲測(cè)厚以及醫(yī)療行業(yè)等全解析技術(shù)、圖象顯影等。超聲波清洗應(yīng)用    由于超聲波清洗本身具有其它物理清洗或化學(xué)清洗無可比擬的優(yōu)越性，因此廣泛應(yīng)用于服務(wù)業(yè)、電子業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械業(yè)、硬質(zhì)合金業(yè)

7、、化學(xué)工業(yè)等諸多領(lǐng)域，下面就個(gè)別行業(yè)作簡(jiǎn)單介紹。     1、在服務(wù)業(yè)中的應(yīng)用 日常生產(chǎn)中，眼鏡、首飾都可以用超聲波進(jìn)行清洗，其清洗速度快、無損傷。大型的賓館、飯店用它清洗餐具，不僅清洗效果好，還具有殺滅病毒的作用。    2、超聲波在微粉業(yè)的應(yīng)用 眾所周知，要取得不同大小的顆粒，是把破碎料放在球磨機(jī)內(nèi)研磨后，經(jīng)過不同規(guī)格篩網(wǎng)層層篩分而得的。篩網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，篩孔會(huì)被堵塞（如金剛石篩），用其它方法刷洗會(huì)破壞篩網(wǎng)（如人工浸泡清洗液刷洗），且效果不理想，經(jīng)過眾多廠家的試驗(yàn)后，用超聲波清洗，不僅不損壞篩網(wǎng)，而且篩網(wǎng)上面的

8、堵塞顆粒完全被回收再利用。    3、超聲波在制藥工業(yè)的應(yīng)用 超聲波清洗技術(shù)經(jīng)過眾多制藥企業(yè)的應(yīng)用而得到廣泛使用，特別是對(duì)輸液瓶、西林瓶、安瓶的清洗以及對(duì)醫(yī)療器械的清洗方面，已經(jīng)得到首肯。對(duì)于瓶類的清洗，是用超聲波清洗技術(shù)代替原有的毛刷機(jī)，它經(jīng)過翻轉(zhuǎn)注水、超聲清洗、內(nèi)外沖洗、空氣吹干、等工藝流程而實(shí)現(xiàn)的。    4、超聲對(duì)濾芯的清洗 我們知道，無論何種材質(zhì)的過濾器或無論何種用途的過濾器，使用一段時(shí)間后，都會(huì)由于雜質(zhì)而造成通透性降低而報(bào)廢，普通濾芯價(jià)格低廉，可作為易耗品頻繁更換，但對(duì)于化纖等行業(yè)，一只進(jìn)口濾芯，價(jià)格近萬元，棄之

9、實(shí)在可惜，我們根據(jù)客戶指定要求研發(fā)制造的超聲波濾芯清洗機(jī)，采用聚能型超聲波清洗原理，集中清洗，采用集束式清洗方式達(dá)到其清洗效果。使客戶大大節(jié)約了能源與生產(chǎn)成本。    5、超聲波對(duì)金屬的清洗 眾所周知，金屬材料經(jīng)過加工成型后，金屬工件的外部往往有一層碳化膜和油，用酸清洗或其它清洗方法，很難讓污物去除，超聲波清洗機(jī)是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要而設(shè)計(jì)的一種連續(xù)走位，高效清洗設(shè)備，粗洗部分由清洗液儲(chǔ)槽、換能器、循環(huán)泵、過濾器及配套管道系統(tǒng)組成，金屬工件經(jīng)超聲波粗洗、精洗后，再經(jīng)過吹干等工藝流程，從而完成整個(gè)清洗過程。整套設(shè)備集成控制，操作簡(jiǎn)潔、方便、效果好，廣泛用于軸承、汽車水箱

10、散熱器、汽車減震器、汽車零部件、醫(yī)療器械、儀器儀表、鏡片、印制電路板、硅片、晶片等各行各業(yè)。    6、超聲波清洗技術(shù)在防銹、磷化、達(dá)克羅、焦美特涂覆前處理中的應(yīng)用 一般工件產(chǎn)品防銹處理都通過浸涂或噴涂工藝進(jìn)行，而其前處理工藝非常重要，一般的傳統(tǒng)工藝是使用酸液對(duì)工件進(jìn)行處理，對(duì)環(huán)境污染較重，工作環(huán)境較差，同時(shí)，最大的弊端是結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件酸洗除銹后的殘酸很難沖洗干凈，而且排放不符合環(huán)境要求。工件防銹處理后，時(shí)間不長(zhǎng)，沿著夾縫出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，破壞涂層表面，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀和內(nèi)在質(zhì)量。超聲波清洗技術(shù)應(yīng)用到涂裝前處理后，不僅能使物體表面和縫隙中的污垢迅速剝落，而且涂

11、裝件涂層牢固不會(huì)返銹。 超聲波清洗在各行各業(yè)都可用到，以上的幾種僅是具有代表性的行業(yè)應(yīng)用，還有許多新興的行業(yè)和領(lǐng)域都可以使用超聲波清洗，期待著廣大使用單位和生產(chǎn)廠家共同開發(fā)探索。利用高于20KHz的超聲波電能通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而轉(zhuǎn)入到清洗液中。超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，這些氣泡在超聲波縱向傳播中在負(fù)壓區(qū)形成、生長(zhǎng)，而在正壓區(qū)迅速閉合（熄滅），這種微小氣泡的形成、生長(zhǎng)、迅速閉合稱為空化現(xiàn)象。在空化現(xiàn)象中氣泡閉合時(shí)，形成超過1000個(gè)大氣壓的瞬時(shí)高壓，連續(xù)不斷產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓就象一連串小“爆炸”不斷地沖擊物體表面，使物體表面及縫隙中的污垢迅速剝

12、落，從而達(dá)到清洗的目的。這種空化侵蝕作用就是超聲波清洗的基本原理。當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理和或化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)、熱、電磁和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下4種效應(yīng)：     機(jī)械效應(yīng)：超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當(dāng)超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時(shí)，懸浮在流體中的微小顆粒因受機(jī)械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)，由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極化和感生磁化（即電介質(zhì)物理學(xué)所說的磁致伸縮）。   &#

13、160; 空化作用：超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。一個(gè)原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強(qiáng)大的拉應(yīng)力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化?？斩磧?nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會(huì)隨周圍介質(zhì)的振動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大或突然破滅。破滅時(shí)周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時(shí)產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。     熱效應(yīng)：由于超聲波頻率高，能量大，被

14、介質(zhì)吸收時(shí)和產(chǎn)生振動(dòng)或摩擦?xí)r能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。     化學(xué)效應(yīng)：超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫；溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會(huì)變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲波對(duì)光化學(xué)和電化學(xué)過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機(jī)物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變 。超聲波清洗效果及相關(guān)參數(shù)：    a.清洗介質(zhì)：采

15、用超聲波清洗，一般有兩類清洗劑：有機(jī)清洗劑（即化學(xué)溶劑）和水基清洗劑。清洗介質(zhì)是化學(xué)作用，而超聲波清洗是物理作用，兩種作用相結(jié)合，以對(duì)物體進(jìn)行充分、徹底的清洗。    b.功率密度：超聲波的功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，速度越快，清洗效果越好。單對(duì)于精密的、表面光潔度甚高的物體，采用長(zhǎng)時(shí)間的高功率密度清洗會(huì)對(duì)物體表面產(chǎn)生“空化”腐蝕。    c.超聲波頻率：超聲波頻率越低，在液體中產(chǎn)生空化越容易，作用也越強(qiáng)。頻率高則超聲波方向性強(qiáng)，適合于精細(xì)的物體清洗。    d.清洗環(huán)境：一

16、般來說，超聲波在3040時(shí)空化效果最好。清洗劑則溫度越高，作用越顯著。通常實(shí)際應(yīng)用超聲波清洗時(shí)，采用3060的工作溫度。超聲波清洗原理2010-3-25  來源： 青島新鑫超聲波技術(shù)有限公司 >>進(jìn)入該公司展臺(tái) 超聲波清洗主要是利用超聲空化效應(yīng)。由超聲波電源發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)，經(jīng)換能器轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械振動(dòng)傳入到清洗介質(zhì)中，以連續(xù)不斷的方式產(chǎn)生輻射狀直線傳播的超聲波束，在介質(zhì)中前進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓小氣泡在被清洗物表面形成一連串密集的“空化”爆破，強(qiáng)烈沖刷零件的表面，保括孔隙、夾縫等部位，達(dá)到徹底、完美的清潔效果。   浸漬清洗在清洗槽中加入清洗

17、液，將被清洗物浸漬其中的清洗方式。由于僅靠清洗劑的化學(xué)作用清洗，所以洗滌能力弱，需要長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)清洗液。 噴淋清洗在清洗槽內(nèi)安裝噴淋管，在氣相中將清洗液噴灑在被清洗物上的清洗方式。壓力為2-20kg/cm2。   噴氣清洗在清洗槽內(nèi)安裝噴氣管（多個(gè)噴管），用氣體將清洗液噴射到被清洗物上的清洗方式。壓力為2-20kg/cm2 以上。  減壓清洗在清洗槽內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，由于減壓，洗滌劑能較好地滲透到被清洗物和縫隙之間；和超聲波并用，清洗效果會(huì)大大增強(qiáng)。  噴流清洗從槽的側(cè)面將清洗液在液面中噴出，靠清洗液的攪拌力（物理作用）促進(jìn)洗滌。洗滌能力比浸漬清洗強(qiáng)。  噴霧清洗在清洗槽內(nèi)安裝噴淋管，在氣相中將清洗液噴灑在被清洗物上的清洗方式。壓力為2