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影响超声清洗效果的因素
来源: | 发布日期:2023-04-18

影响超声清洗效果的因素主要有声学参数、热力学参数和化学参数。


超声波清洗机


声学参数有声强、频率、声场分布和波形;热力学参数有温度、清洗液的表面张力、黏性、蒸气压;化学参数有清洗液性质、是否与污物发生化学反应、清洗时间;盛装清洗对象的容器等也对清洗有一定的影响。


实际应用中,以上各参量的选择是一个非常重要的问题。选择的依据主要是污物的类型,污物与被清洗表面的结合强度等。以下分别讨论各个参数对清洗效果的影响。


超声清洗的物理机制主要是超声空化,所以要达到良好的清洗效果必须选择适当的声学参数和清洗剂的物理化学性质。


① 声强。声强越高,空化越强烈。但声强达到一定值后,空化趋于饱和,如果再增大声强,空化强度反而降低。声强过大会产生大量气泡,增加散射衰减,同时会增加非线性衰减,减弱远离声源地方的清洗效果。高声强情况下,换能器辐射面与被洗对象表面易产生空化腐蚀现象。因此,功率选择要适中。


② 频率。频率越高,空化阈越高,也就是说所需要的声强越大。例如在水中要产生空化,在400kHz时所需要的功率要比在10kHz时大10倍。一般采用的频率范围是20〜40kHz。在低频情况下,空泡生长的时间也长,体积较大,而空化泡闭合时产生的冲击力的大小又直接正比于空化泡的大小,所以频率越低,空化越容易产生,空化越强烈。低频空化强度高,适用于大清洗件表面及污物与清洗件表面结合强度高的场合,但不易穿透深孔和表面形状复杂的部件,且噪声大;较高频率虽然空化强度较弱但噪声小,适用于较复杂表面形状、狭缝及污物与清洗件表面结合力弱的清洗。


③ 声场分布。稳定的混响场对清洗有利,如果清洗槽中有驻波声场,则因声压分布不均匀,清洗件得不到均匀的清洗。因此,在可能的条件下,槽的几何形状要选择适合于建立混响声场的形状或者采用双频、多频和扫频工作方式来避免清洗死角。


④ 波形。常用的超声波形有半波、全波以及连续波,比较而言,连续波的清洗效果最好,矩形波比正弦波效果更好,因为此时清洗效果最好之处的范围增大。


⑤ 清洗液的温度。温度升高,液体的表面张力系数和黏滞系数会下降,因而空化阈值下降,使空化易于产生;但由于温升,蒸汽压增大会降低空化强度。


温度影响空化强度和清洗中化学反应的速度。对空化强度而言,不同的清洗剂有不同的最佳温度,水的最佳温度为60℃。


⑥ 黏滞系数。黏滞系数大的液体难于产生空化,而且传播损失也加大,不利于清洗。


⑦ 蒸气压。蒸气压低,空化阈高,产生的空泡少,但空化泡闭合时产生的冲击力大。相反,高蒸气压下,空化阈低,产生空化泡多,但空化强度低。


⑧ 表面张力。清洗液的表面张力越大,空化强度越高。但太大的表面张力会阻止空化的形成。


⑨ 物件质量。由于被清洗对象要吸收部分声能,导致空化强度降低。例如,铝和铸铁影响显著,大多数塑料对声波有较大吸收,所以会降低空化强度。


⑩ 网篮。小零件的超声清洗常使用网篮盛放,网篮也会引起超声衰减。网篮的透声率与网孔的大小有关。


⑪液体中所含气体的种类。气体的比热容越大,空化强度越高。因此,使用单原子气体(如氦、氖和氩)比使用双原子气体(如氮和氧)要好。


此外,清洗液不流动时对空化有利,但清洗液不经过滤循环,则污物会重新沉积于清洗件表面,故需流动,但不应流动过快。



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