超声波工作原理

超声波工作原理超声波工作原理声波在超声波在本质上和声波是同样的，都是机械振动在弹性介质中的传播过程，超声波和声波的区别仅在于频率范围的不一样。声波是指人耳能听到的声音，一般认为声波的频率在20～0赫范围内，而振动频率超过20千赫以上的声波则称为超声波。超声波中振动频率在100千赫如下的称为低频超声波；振动频率在100千赫以上到数十兆赫的称为高频超声波。用于清洗的超声波所采用的频率为20～400千赫，属于低频及高频超声波的范围。超声波清洗时，在超声波的作用下，机械振动传到清洗槽内的清洗液中，使清洗液体内交替出现疏密相间的振动，液体不停受到拉伸和压缩。疏的地方受到拉伸，形成微气泡(空穴)；密的地方受到压缩。由于清洗液内部受超声波的振动而频繁地拉伸和压缩，其成果使微气泡不停地产生和不停地破裂。微气泡破裂时，周围的清洗液以巨大的速度从各个方向伸向气泡的中心，产生水击。这种现象可以通过肉眼直接观测到，即在清洗液中可以看到有剧烈活动的气泡，并且清洗液上下对流。此时若将手指浸入清洗液中，则有强烈针刺的感觉。上述这种现象称为超声空化作用。超声清洗就是运用了空化作用的冲击波，其清洗过程中由下列四个原因作用所引起。(1)因空泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层在冲击波的作用下被剥离下来，即分散及脱落。(2)因空化现象产生，由冲击形成的污垢层与表面之间的间隙和空隙渗透，由于这种小气泡与声压同步膨胀，收缩，产生像剥皮那样的物理力反复作用于污垢层，污垢一层层被剥开，小气泡再继续向前推进，直到污垢层被剥下为止。这就是空化二次效应。(3)超声清洗中清洗液的超声振动自身对清洗的作用力(4)清洗剂也溶解了污垢，产生乳化分散的化学力。(5)空化阂与介质的粘滞性有关，粘度大，表面张力大，空化阂高。(6)空化阂与液体含气量有关，含气量越少，空化阂越高。(7)空化阂与清洗液温度有关，清洗液温度升高，对空化有利。但清洗液温度过高时，气泡中蒸气压增大，因在气泡闭合期增强了缓冲作用而使空化减弱。而温度还与清洗液的溶解度有关。对于水清洗液较合适的温度约为60度。在超声空化作用一定期间后，被清洗件上的污垢逐渐脱落(当然也有清洗液自身的作用在内)，这就是超声波清洗的基本原理。较长时间的超声空化作用，会使被清洗件表面的基体金属有一定程度的剥落，这称为空化的浸蚀作用。超声冲击波能在液体中产生微冲流，具有搅拌作用。在不相溶的两相液体中，微冲流能促使两液相面加速互相分散，具有乳化作用。超声空化的产生是依附于空化核进行的，而被清洗件表面的缝隙恰好是空化核的中心。总之，超声波清洗是超声空化作用、浸蚀作用、搅拌作用、乳化作用及空化核作用的综合体现。其中空化作用在超声波清洗中是起重要作用的，它能破坏污垢微粒在被清洗件表面的粘附状态。再加上微冲流的作用，使清洗液产生振动和搅拌，将污垢从被清洗件表面清除洁净。而乳化作用则使清洗下来的油污很快地分散、乳化在清洗液中。应当指出，超声波清洗过程中，除了超声波的上述作用外，尚有所采用的清洗液的浸润、浸透、乳化、分散及溶解等作用，其成果必然大大加速清洗过程，提高清洗效果。4.超声波清洗效果及有关参数：a.清洗介质：采用超声波清洗，一般有两种清洗剂：化学清洗剂和水基清洗剂。清洗介质是化学作用，而超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，以对物体进行充足、彻底的清洗。b.功率密度：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。单对于精密的、表面光洁度甚高的物体，采用长时间的高功率密度清洗会对物体表面产生“空化”腐蚀。c.超声波频率：超声波频率越低，在液体中产生空化越轻易，作用也越强。频率高则超声波方向性强，适合于精细的物体清洗。d.一般来说，超声波在30oС~40oС时空化效果最佳。清洗剂则温度越高，作用越明显。一般实际应用超声波清洗时，采用30oС~60oС的工作温度。5.超声波清洗特点：1）、清洗效果好就清洗方式而言，运用于工业清洗的清洗方式一般为手工清洗，有机溶剂清洗，蒸汽气相清洗，高压水射流清洗和超声波清洗。不管工件形状多么复杂，将其放入清洗液内，只要是能接触到液体的地方，超声波的清洗作用都能到达。尤其是对于形状和构造复杂、手工及其他清洗方式不能完全有效地进行清洗的工件，具有明显的清洗效果。清洗时液体内产生的气泡非常均匀，工件的清洗效果也非常均匀一致。超声波清洗可根据不一样的溶剂到达不一样的效果，如：除油、除锈或磷化，配合清洗剂的使用，加速污染物的分离和溶解，可有效防止清洗液对工件的腐蚀。2）、清洗成本低在所有清洗方式中，清洗成本大体可分为：设备成本和消耗成本。超声波清洗设备使用寿命约为十年，除设备购置成本高于手工清洗和有机碱性溶剂刷洗外，低于气相清洗和高压水射流清洗，对于消耗成本，以功率为1KW，价格约为1万元的超声波清洗机为例，工作一小时，耗电1度，费用约为0.5元，碱性金属清洗剂1公斤，价格约为20元，可反复使用20-50个小时（根据污染程度而定），相称于0.4-1元/小时，而一般工件清洗时间仅为3-15分钟即可，且一次清洗可对一定数量及体积的工件同步清洗，因此对于消耗成本而言，采用超声波清洗，不仅清洗效果最佳，并且清洗成本相称于不到0.04元/件，还不算节省的劳动力成本，远远低于其他各类清洗措施。3）、超声波清洗与其他清洗措施的比较：清洗措施吹式清洗浸润式清洗蒸气式清洗刷子清洗超声清洗残留物％8670