超聲波清洗原理的基本機(jī)制
在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大潮中,超聲波清洗機(jī)的應(yīng)用范圍越來越廣,在人們的正常的工作和生活中正在發(fā)揮著越來越重要的作用!各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)自己的產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高,全部的生產(chǎn)廠家為了保證自己生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量,現(xiàn)在超聲波清洗機(jī)就越來越受到人們的重視,很多人工不能清洗的難題,交給超聲波清洗機(jī)這個(gè)問題就迎刃而解了。
超聲波清洗機(jī)的用武之地:例如可用于清洗鐘表零部件、光學(xué)眼鏡、顯微鏡鏡片、發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、曲軸、缸體、缸蓋、曲軸、連桿、減速箱、離合器、精密軸承零件、齒輪、活塞環(huán)、刀具、鋸片、珠寶首飾、醫(yī)用注射器、醫(yī)用藥瓶、鋁蓋、鋁塑蓋、實(shí)驗(yàn)室用玻璃器皿等;還可以用于清洗PCBA板、SMT貼片、半導(dǎo)體晶片、顯象管內(nèi)的精密零件、陶瓷器元件、硅片、陶瓷晶片、焊絲、等類產(chǎn)品。
超聲波清洗方法的分類:
一個(gè)工件的清洗可以分為物理和化學(xué)的兩種方法進(jìn)行清洗,例如可以采用物理力方法進(jìn)行清洗,比如洗衣服用手來回的搓洗衣服的污垢處,比如用高壓水槍沖洗工件的表面這些都是物理力的清洗。還有化學(xué)清洗的方法,比如洗衣粉和衣服的污垢發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。再有清洗鐵銹的時(shí)候用酸處理,這些個(gè)都是化學(xué)清洗的一種辦法。若是用自來水或凈水為清洗液的超聲波清洗屬物理力的清洗,若在清洗液中添加一些洗滌劑,則屬于組合清洗,對(duì)不同的清洗對(duì)象選用不同的洗滌劑,更具有明顯的清洗效果。
清洗方法 |
剩余殘留物% |
壓縮空氣吹清洗 |
86 |
浸潤(rùn)式清洗 |
70 |
蒸汽式清洗 |
65 |
刷子清洗 |
8 |
超聲波清洗 |
0-0.5 |
表1為幾種清洗方法洗凈效果比較。 以上數(shù)據(jù)均來自權(quán)威部門報(bào)告!
超聲波清洗的原理之介紹:
原理解密之一:把清洗溶劑放入超聲波清洗槽內(nèi),給槽內(nèi)作用超聲波。由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動(dòng)波,介質(zhì)的壓力作交替變化。如果對(duì)液體中某一確定點(diǎn)進(jìn)行觀察,這點(diǎn)的壓力如 下圖曲線A所示。
以靜壓(一般一個(gè)大氣壓)為中心,產(chǎn)生壓力的增減,若依次增強(qiáng)超聲波的強(qiáng)度,則壓力振幅也隨著增加,像圖2曲線B 所示。通過超聲波發(fā)生器將高于20KHz頻率的有震蕩信號(hào)進(jìn)行電功率放大后經(jīng)超聲波換能器(震頭)的逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)能量,通過清洗介質(zhì)中的聲輻射,使清洗液分子振動(dòng)并產(chǎn)生無數(shù)微小氣泡。氣泡沿超聲傳播方向在負(fù)壓區(qū)形成、生長(zhǎng),并在正壓區(qū)迅速閉合而產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓的瞬間高壓而爆破,形成無數(shù)微觀高壓沖擊波作用于被清洗工件表面。此即超聲波清洗中的“空化效應(yīng)”。超聲波清洗機(jī)就是基于“空化效應(yīng)”的基本原理工作的。
原理解密之二:污物剝離的原因:因超聲空化泡破滅時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波,污垢層在沖擊波的作用下被剝離下來,即分散及脫落。 因空化現(xiàn)象產(chǎn)生如下圖a所示的氣泡。
由沖擊形成的污垢層與表面之間的間隙和空隙滲透,由于這種小氣泡與聲壓同步膨脹,收縮,產(chǎn)生像剝皮那樣的物理力重復(fù)作 用于污垢層,污垢一層層被剝開,如下圖b所示
小氣泡再繼續(xù)向前推進(jìn),直到污垢層被剝下為止。這就是空化二次效應(yīng)。
原理解密之三:超聲清洗中清洗液的超聲振動(dòng)本身對(duì)清洗的作用力。
例如:20kHz,2w/cm2的超聲波在清洗液中傳播時(shí),它將引起質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng),速度0.16m/s,加速度為2.04X104m/sz,聲壓為1.45X105Pa,這表明清洗物表面的污垢層每秒將遭到2萬次的激烈沖擊。這種高強(qiáng)度高頻度的沖擊,即使再?gòu)?qiáng)悍的污垢層,也難以逃脫超聲機(jī)械波的猛烈的“攻擊”。
原理解密之四:清洗劑也溶解了污垢,產(chǎn)生乳化分散的化學(xué)力。清洗劑能夠與被清洗工件上面的污物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在超聲波的猛烈的攻擊之下,污垢迅速被瓦解掉。超聲清洗的主要原理是超聲空化作用,要獲得良好的清洗效果,合理選擇清洗槽中聲場(chǎng)的聲學(xué)參數(shù)和清洗液的物理化學(xué)性質(zhì)是十分重要的。
超聲空化如何產(chǎn)生?
既然空化作用是超聲波清洗最主要的作用,那么如何產(chǎn)生空化呢?一般來說,空化不僅由介質(zhì)特性決定,而且也與聲場(chǎng)有關(guān)?栈核的高低受到許多因素制約,主要有如下幾個(gè)因素:
1 空化閡與工作頻率f有關(guān)。頻率越高,空化閾值值越高,產(chǎn)生空化越難。氣泡在聲場(chǎng)的作用下將進(jìn)行振動(dòng),但不一定發(fā)生崩潰(破滅),只有當(dāng)聲波的頻率低于氣泡 的諧振頻率時(shí)才可能使氣泡破滅,而當(dāng)聲波的頻率高于氣泡的諧振頻率時(shí),氣泡只進(jìn)行復(fù)雜的振動(dòng),一般不發(fā)生氣泡破滅。
2空化閡與介質(zhì)中氣泡半徑有關(guān),半徑越小,空化閡越高。
3寶化閡與聲波作用時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān),聲波幅射時(shí)間越長(zhǎng),空化闡越低。
4空化閡與環(huán)境靜壓力有關(guān),靜壓力越大,空化閡越高。
5空化閡與介質(zhì)的粘滯性有關(guān),粘度大,表面張力大,空化閡高。
6空化閡與液體含氣量有關(guān),含氣量越少,空化閡越高。
7空化閡與清洗液溫度有關(guān),清洗液溫度升高,對(duì)空化有利。但清洗液溫度過高時(shí),氣泡中蒸氣壓增大,因在氣泡閉合期增強(qiáng)了緩沖作用而使空化減弱。而溫度還與清洗液的溶解度有關(guān)。對(duì)于水清洗液較適宜的溫度約為60℃。
超聲聲強(qiáng)選擇的優(yōu)化原則:
根 據(jù)超聲清洗的機(jī)理我們可選擇最佳狀態(tài),并得到最佳的清洗效果。還應(yīng)注意到選擇最佳的聲強(qiáng)。聲強(qiáng)過高會(huì)產(chǎn)生大量氣泡,在聲波表面形成一道屏障,使聲波不易輻 射到整個(gè)液體空間,因而在遠(yuǎn)離聲源的地方,清洗作用減弱。同時(shí)過高的聲強(qiáng),氣泡膨脹過大,以至于在聲波壓縮相內(nèi),氣泡來不及閉合。聲強(qiáng)一般選在 1w/cm2-----2w/cm2,對(duì)于一些金屬表面氧化膜難于清洗的污垢,則應(yīng)采用較高的聲強(qiáng)。
超聲波清洗的應(yīng)用 :
超聲波清洗設(shè)備一般可分為通用和專用兩種機(jī)型。
1、 標(biāo)準(zhǔn)超聲波清洗機(jī)
超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)一般有超聲波發(fā)生器和清洗池合為一體或分開布局兩種形式,一般小功率(200W以下)清洗機(jī)用一體式結(jié)構(gòu),而大功率清洗機(jī)優(yōu)先采用分體式結(jié)構(gòu)。超聲波清洗機(jī)分體式結(jié)構(gòu)由三個(gè)主要部分組成,如下圖所示。
清洗缸:清洗缸是用來盛裝清洗液及被清洗工件的不銹鋼容器,大多數(shù)工件可先裝在網(wǎng)狀框架內(nèi),再一起放入缸內(nèi)清洗。 超聲波發(fā)生器:超聲清洗機(jī)用的超聲波發(fā)生器,從使用的元器件種類可以分電子管式的,可控硅式的和晶體管式的。近幾年來已經(jīng)發(fā)展到用大功率“功率模塊”的方 式。其輸出功率從幾十瓦直到幾千瓦,工作頻率從25KHz—120KHz 如下圖所示:
榮匯超聲波發(fā)生器特點(diǎn):
(1)隨著清洗液深度不同,換能器共振頻率和阻抗變化很大。但是實(shí)踐表明,槽內(nèi)放進(jìn)適量清洗物后,基本上就可以穩(wěn)定在某一定數(shù)值上。
(2)一般來說,由于清洗負(fù)載變動(dòng)較小,可以不要求復(fù)雜的頻率自動(dòng)跟蹤電路。
(3)實(shí)用超聲波發(fā)生器,大多數(shù)采用大功率自激式反饋振蕩器。
超聲波換能器:超聲波清洗機(jī)用的換能器主要有以下幾種:
①磁致伸縮換能器 國(guó)內(nèi)用的磁致伸縮換能器大多數(shù)是用鎳片疊成的窗口型換能器,將它銀焊在清洗缸底部,然后用導(dǎo)線在窗口上繞一定卷數(shù)而成。此種換能器能承受較大功率,且可靠性好,使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)為效率較壓電換能器低,原材料鎳片價(jià)格貴。
②壓電式換能器 目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)超聲波清洗機(jī)用的是壓電式換能器,結(jié)構(gòu)如下圖。
這種換能器一般有兩片壓電陶瓷晶片組成。一臺(tái)清洗機(jī)用多個(gè)換能器,經(jīng)粘接劑粘接在清洗缸底部且經(jīng)并聯(lián)聯(lián)接組成一臺(tái)清洗機(jī)的換能器。換能器基元之間距(對(duì)于頻率20KHz一般在5—10cm為佳,太大了容易產(chǎn)生彎曲振動(dòng),且振動(dòng)板受到腐蝕,同時(shí)輻射面相對(duì)減少)。
通用超聲清洗機(jī)清洗零件適用性強(qiáng),已廣泛應(yīng)用于電子、鐘表、光學(xué)、機(jī)械、汽車、航空、原子能工業(yè)、醫(yī)療器械等許多行業(yè)。
2 專用超聲波清洗機(jī)
一般安裝在某些特定物件清洗的生產(chǎn)流水線上。 比如RHXP型超聲波洗瓶機(jī)、RHXP-K型口服液洗瓶機(jī)、全自動(dòng)超聲波清洗機(jī)、半自動(dòng)超聲波清洗線等專用設(shè)備上面如下圖:
濟(jì)寧榮匯超聲波設(shè)備有限公司是專業(yè)生產(chǎn)超聲波清洗設(shè)備的專業(yè)性公司,在業(yè)內(nèi)已經(jīng)具有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn),取得了不菲的業(yè)績(jī),如果您想了解超聲波清洗方面的問題請(qǐng)來咨詢和了解我們,必會(huì)傾囊相助!