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超声波清洗

更新时间:2023-04-28   点击次数:426次
超声波清洗

  超声波清洗(ultrasonic cleaning)是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用,使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。

什么是超声波?

  超声波是一种频率高于20000赫兹的声波。

  声波是声音的传播形式,发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。声波借助各种介质向四面八方传播。声波通常是纵波,也有横波,声波所到之处的质点沿着传播方向在平衡位置附近振动,声波的传播实质上是能量在介质中的传递。

  声波的频率

  声波的频率是指波列中质点在单位时间内振动的次数。以赫兹(Hz)为单位测量,描述每秒周期数。例如,1000 Hz 波形每秒有 1000 个周期。频率越高,音乐音调越高。

  声波的振幅

  表示质点离开平衡位置的距离,反映从波形波峰到波谷的压力变化,以及波所携带的能量的多少。高振幅波形的声音较大;低振幅波形的声音较安静。

  声波的波长

  表示具有相同相位度的两个点之间的距离,也是波在一个时间周期内传播的距离。以英寸或厘米等长度单位测量。波长随频率的增加而减少。

  我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz。因此,我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波"。通常用于医学诊断的超声波频率为1兆赫兹-30兆赫兹。

超声波的效应

  当超声波在介质中传播时,由于超声波与介质的相互作用,使介质发生物理的和化学的变化,从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应,包括以下4种效应:

  机械效应:超声波能量容易集中,因而形成很大的强度,能使物质作激烈的强迫机械振动这种效应,在许多超声波技术中,如超声焊接,钻孔、清洗、除尘等,都起着主要作用。

  热效应:媒质对超声的吸收会引起温度上升。一方面,频率愈高,这种热效应就愈显著。另一方面,在不同媒质的分界面上,超声波能量将大量地转换成热能,往往造成分界面处的局部高温。这种效应也有很多重要应用。

  空化效应:空化是液体中的一种物理现象。在液体中由于涡流或超声波的物理作用,液体的某一区域会形成局部的暂时负压区,于是在液体中产生空穴或气泡。这些充有蒸汽或空气的气泡处于非稳定状态。当它们突然闭合时,会产生激波,因而在局部微小区域有很大压强。由于气泡的非线性振动和它们破灭时产生的巨大压力,伴随着这种空化现象会产生许多物理和化学效应。在超声的空化效应中,局部的高温高压以及放电等现象,可用以促进化学反应,粉碎液体内的悬浮物体、制造乳剂、杀菌、清洗机件等。应用超声波处理液体往往与这种效应有关。

  化学效应:超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢;溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸;染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后,特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收,这表明空化作用使分子结构发生了改变。

超声波清洗原理

  超声波是指频率高于20kHz的声波,与普通声波相比,它波长很短,频率很高。超声波具有如下特征:

  1、可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播;

  2、可传递很强的能量;

  3、会发生反射、干涉、叠加和共振现象;

  4、在液体介质中传播时,可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。

  超声波的两个主要参数是:频率大于20kHz;声功率大于0.3W/cm2

  超声波是一种交变电压,在液体中传播时出现稀疏密集状态。超声波发生器经换能器将高频振荡电讯号转换成高频机械振荡,以纵波的形式在清洗液中辐射。在辐射波扩张的半波期间,清洗液的致密性破坏并形成无数直径为50~500μm的气泡。这种气泡中充满着溶液蒸汽。在压缩的半波期间,气泡讯速闭合,以每秒2.5~2.8万次的频率在液体中产生出数千万个大气压的微核波,这种现象称为空化效应。

  清洗液产生空化的**声强和声压幅值称为空化阈。在空化效应的连续作用下,清洗液的渗透作用加强,声学辐射压力与声学毛细效应促使清洗介质渗入工件表面的微小凹陷和微孔,脉动搅拌加剧,溶解、分散和乳化加速。这样,工件表面或隐蔽处的污垢被爆裂、剥落,从而将工件清洗干净。这个过程是一种物理效应,对工件与环境无任何污染。因此,超声清洗已成为国内外有*的清洗手段。

影响清洗因素

  清洗介质:采用超声波清洗,一般有两类清洗剂即化学溶剂和水基清洗剂。清洗介质的化学作用可以加速超声波清洗效果,超声波清洗是物理作用,两种作用相结合,依对物件进行充分、清洗。

  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,但对于精密的表面光洁度甚高的物件,采用长时间的高功率密度清洗会对物件表面产生空化、腐蚀。

  超声频率:适用于工件粗、脏、初洗,频率高则超声波方向性强,适合于精细的物件清洗。

  清洗高温:一般来说,超声波在50°C~60°C时的空化效果,清洗剂也不是温度越高,作用越显著,有可能会高温失效,通常超声波在超过85°C时,清洗效果已变差。所以实际应用超声波清洗时,采用50°C~70°C的工作温度。