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超声波清洗原理详解

作者：佚名来源：本站原创点击数：更新时间：2008年05月24日

人耳一般对每秒震动约20～18000次（18KHZ）的频率范围有反应。大于20KHZ的声波叫超声波。超声波是一种交变声压，在液体中传播时能使液体出现稀疏状和密集状态，在密集状态区，液体承受正压力，而在稀疏状态区则承受拉力，在拉力集中的地方会形成空穴。穴不断地产生和闭合、消失，在空穴的周围立即出现高达数百个大气压的巨大压力，拌随着强大的冲击波，对工件表面产生清洗作用，使污染物从工件表面上被剥离。这种空穴的产生、消失不断反复的过程，称之空化现象，空穴的破裂、消失而产生的巨大压力和冲击波，称之空化效应。几千个真空泡在1秒种内快速破裂几千次，其空化效应是十分巨大的，对工件表面产生很强的清洗作用，尤其对盲孔、缝隙以及一般难以清洗的地方都可以清洗得非常干净。我们从能量上分析，大量空穴的产生，增加了液体的表面积，就要吸收能量，这能量来源于电能转化来的声能。当空穴破裂消失时，表面积减少，必然要把能量释放出来，又转变成机械能和热能。当超声波的频率增加到几百千赫的高频超声时，空化现象几乎消失，超声能量表现为加速度能量。例如，在950kHz时,能量将达到重力加速度的105倍,对除去亚微米粒子很有效果。
   一、超声波的声压强度与空化作用
超声波清洗的空化作用与其声压强度有关，如果声压强度达不到一定的值，就不能发生空化作用，这个值就叫空化阈值。因为在液体中只有交变声压超过静压时才出现负压，而负压要超过液体的强度时才产生空穴。也就时说，声压要高于空化阈值才能产生空穴，只有超声能大于空化阈值才能有空化效应。声压强度越高，也即功率密度越大，空化效应也越明显。但是功率密度不能过大，否则有可能对工件表面产生空化腐蚀。
    二、超声波的频率与空化作用
超声波的频率与空化作用也有关，超声波频率越高其空化阈值越大，产生空穴所需的声压强度也越大。超声波频率低时，产生的空穴大而数量少，爆破力强；超声波频率增加时，空穴小而数量多，爆破力小而范围广，清洗比较精细。但如果频率增加到超高频近1000KHZ时将功赎罪不再产生空化作用，其清洗能量主要是靠加速度能量，将达到重力加速度的105倍，用于去除亚微米粒子污染。
   三、超声波空化作用与清洗介质（清洗液）的物理性质
超声波清洗除了与超声波的频率有关，与超声波的声压强度有关以外，还与清洗介质的物理性质有关，如温度、蒸汽压、表面张力、密度、黏度等。此外清洗介质中含有的气体和溶解氧也有重大影响。不同的清洗介质，其物理性质不同，其空化阈值也不同。清洗介质的表面张力越大，空化所需的能量也越大，即空化阈值增加。清洗介质的黏度越大，越不易产生空穴，其空化阈值也越大。清洗介质的蒸汽压对产生空化作用也有影响。只有在清洗介质的局部压力小于清洗介质本身的蒸汽压时才会产生空化。
温度对清洗介质的蒸汽压、表面张力、黏度都有影响，所以也对空化作用产生影响，当温度达到沸点时将不再产生空化。

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