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【兆恒機(jī)械】超聲波清洗效果的主要影響因素

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  • 添加日期:2021年06月22日

超聲波頻率、聲波功率密度、清洗液性質(zhì)和溫度以及零件在聲場(chǎng)的位置等基本因素對(duì)超聲波清洗的作用有很大的影響。

(1)超聲波頻率

超聲波頻率決定空化泡破裂產(chǎn)生沖擊波的強(qiáng)度。超聲波清洗的頻率一般在20~100kHz之間。對(duì)于表面粗糙度要求較高,只有小直徑孔或狹縫的零件,宜用波長(zhǎng)較短、能量集中的高頻超聲波清洗(一般40kHz)較好。但高頻超聲振動(dòng)在清洗液中衰減較大,作用距離較短,空化強(qiáng)度也較弱,清洗效率較低,而且由于高頻的方向性而產(chǎn)生的“陰影”區(qū),使零件某些部位清洗不到。在使用無(wú)頻率跟蹤的超聲波清洗裝置時(shí),需要經(jīng)常調(diào)節(jié)發(fā)生器的頻率旋鈕,使其輸出信號(hào)的頻率與換能器的固有振動(dòng)頻率保持一致。此時(shí)空化最強(qiáng),在透明的清洗液中可以看到白色聚流,用手試探時(shí)有針刺感。在使用水或水洗劑時(shí)由于空化作用引起的物理清洗力對(duì)低頻有利,一般用15~30kHz的超聲波。對(duì)于鐘表零件清洗時(shí)用40kHz的頻率較好。當(dāng)然在進(jìn)行半導(dǎo)體制造工藝的硅片清洗時(shí),則可以選用兆赫級(jí)超聲清洗設(shè)備。

(2)超聲波的功率密度

聲波功率密度對(duì)超聲波清洗效率影響很大。使用超聲清洗的主要參數(shù)就是功率,或更確切地說(shuō),是清洗池內(nèi)被清洗件表面處的功率密度的大小,它直接影響到超聲聲強(qiáng)的大小。聲強(qiáng)大小又是直接影響空化效果的因素。

超聲清洗效果不一定完全與功率 X 清洗時(shí)間成正比。可以想象,有時(shí)用小功率的清洗機(jī),花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間也不會(huì)有特別明顯的效果。如果功率達(dá)到一定值,則可以很快將污垢去除。功率過(guò)大,空化強(qiáng)度將大大增加,清洗效果提高了,但會(huì)使較精密的零件產(chǎn)生蝕點(diǎn),得不償失,而且清洗缸底部振動(dòng)處空化嚴(yán)重,很容易受到水點(diǎn)腐蝕,減少超聲清洗機(jī)的壽命。太高的聲強(qiáng)會(huì)造成空化泡過(guò)多,形成聲波屏障,使聲波不容易傳播到整個(gè)液體空間。在遠(yuǎn)離聲源的地方,聲波強(qiáng)度會(huì)減弱很快,不能形成有效的清洗。趕聲波的功率密度越高,空穴作用越強(qiáng),其清洗效果越好,對(duì)表面污垢嚴(yán)重、形狀復(fù)雜、有深孔盲孔的零件,應(yīng)選用較大的功率密度。但是,功率密度太大,長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)洗會(huì)由于空穴作用發(fā)生腐蝕。頻率20~50kHz,超聲能量密度2-3W/cm2最好;而使用溶劑時(shí),能量密度1~2W/cm2。一般情況下,超聲波的功率密度設(shè)在0.5~1W/cm2。

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空化效應(yīng)示意圖

(3)清洗溫度

清洗溫度的升高對(duì)空化作用有利,對(duì)于超聲波來(lái)說(shuō),其空穴作用在30~40℃時(shí)最強(qiáng)。但溫度升高,會(huì)使空化泡沖擊力下降,清洗液中產(chǎn)生的氣泡會(huì)折斷聲波,使超聲波減弱。因此,必須保持一定的溫度范圍(清洗液一般在45℃左右,三氯乙烯為75℃,水為60℃左右)。對(duì)于易蒸發(fā)和易燃的清洗液,溫度不宜太高。如對(duì)于油脂類的臟污,使用水基清洗劑時(shí)在較高的溫度下清洗效果好,一般場(chǎng)合液溫設(shè)在50~60℃。各種不同的清洗液,空化強(qiáng)度隨溫度有一個(gè)最人值,在表3-39中表明了相同超聲強(qiáng)度和超聲頻率下,相同時(shí)間內(nèi)鋁在不同液體中溫度與腐蝕量的關(guān)系。

(4)零件的位置

零件表面接近并面向發(fā)生器時(shí),清洗質(zhì)量最好。一般都把零件放在金屬網(wǎng)內(nèi),故應(yīng)采用帶有聚焦系統(tǒng)的發(fā)生器。被清洗零件不能直接壓在超聲振動(dòng)的輻射面上。應(yīng)將重點(diǎn)清洗部位對(duì)準(zhǔn)超聲源,被洗下的污物應(yīng)能順利地排出零件,以便于清洗液在清洗槽內(nèi)對(duì)流。一般來(lái)說(shuō),清洗液液面至少應(yīng)該高于振動(dòng)表面100mm以上。例如在300W,24kHz的超聲清洗機(jī)內(nèi)的清洗液液面約高12mm;在600W,24kHz的超聲清洗機(jī)內(nèi)的清洗液液面約高150mm。由于單頻清洗機(jī)受駐波場(chǎng)的影響,波節(jié)處振幅很小,波峰處振幅大造成清洗不均勻。因此一般最佳清洗物放置應(yīng)該在波峰處?;蛘吒郊悠渌侄问刮锲飞舷乱苿?dòng),均勻清洗。當(dāng)選用了多頻和調(diào)頻清洗后,效果也要好一些。

表3-39 鋁在不同液體中的空化腐蝕量/mg

介質(zhì)溫度
-10℃0℃10℃20℃30℃40℃60℃80℃90℃


0.82.03.75.35.82.60.5
煤油0.91.82.93.73.73.22.01.1
0.21.01.30.90.60.4


酒精0.10.40.90.90.80.60.4

丙酮0.41.00.80.40.30.2


(5)其他因素

清洗大量污垢的零件一般采用浸泡、噴射的方法進(jìn)行預(yù)洗。在清洗了大部分污垢之后,再用超聲清洗余下的污垢,則效果更好。清洗小物品及形狀復(fù)雜的物品時(shí),如果采用清洗網(wǎng)或者使清洗物旋轉(zhuǎn),一邊振動(dòng)一邊用超聲輻射,就能取得均勻清洗的良好效果。

總之,超聲波清洗機(jī)的功率大小,清洗缸內(nèi)的功率密度的設(shè)計(jì),換能器頻率及功率的選擇及換能器在清洗缸中擺放的位置(底部、側(cè)面、上部等),清洗液的選擇及清洗溫度等因素影響著清洗的效果,使用者應(yīng)更多地聽(tīng)取權(quán)威生產(chǎn)廠家的指導(dǎo),以取得最佳的使用效果。