超声波清洗机频率和功率等影响清洗效果的参数

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超声波清洗机频率和功率等影响清洗效果的参数

时间:2017-12-13 16:44:16来源:www.qxjcsb.com

    超声波清洗机作用机理

    超声波清洗机的作用机理主要有以下几个方面:因空化泡破灭时产生强大的冲击波,污垢层的一部分在冲击波作用下被剥离下来、分散、乳化、脱落。因为空化现象产生的气泡,由冲击形成的污垢层与表层间的间隙和空隙渗透,由于这种小气泡和声压同步膨胀,收缩,象剥皮一样的物理力反复作用于污垢层,污垢层一层层被剥离,气泡继续向里渗透,直到污垢层被完全剥离。这是空化二次效应。超声波清洗中清洗液超声振动对污垢的冲击。超声加速化学清洗剂对污垢的溶解过程,化学力与物理力相结合,加速清洗过程。

    超声波清洗机图片

KQL-II超声波钛棒清洗机.jpgKQ机械台式超声波清洗器.jpg

    超声波清洗机效果相关参数

    超声波清洗机频率,功率密度,清洗介质,和清洗温度等是超声波清洗的几个重要参数,下面科强超声就对功率密度、频率怎么影响超声波清洗效果的作简单分析

    1、超声波清洗机功率密度对清洗效果的影响

    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。超声波清洗器频率对清洗效果的影响如下

    功率密度:功率密度=发射功率(W)/发射面积(cm2)通常≥0.3W每平方厘米,一般超声波清洗机0.5W每平方厘米最为常用。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。

    在清洗液中只有交变声压幅值超过液体的静压力时才会出现负压,在超声清洗槽中的声强要高于空化阈值才能产生超声空化。对于一般液体,空化阈值约为每平方厘米1/3瓦(声压的千方正比于声强).声强增加时,空化泡的最大半径与起始半径的比值增大,空化强度增大, 即声强愈高,空化愈强烈,有利于清洗作用。但不是声功率越大越好,声强过高.会产生大量无用的气泡,增加散射衰减,形成声屏障,同时声强增大也会增加非线性衰减,这样都会削弱远离声源地方的清洗效果。对于一些难清洗干净的污物,例如金属表面的氧化物,化纤喷丝板孔中污物的清洗,则需要采用较高的声强.此时被清洗面应贴近声源,这时大多不采用槽式清洗器.而用棒状聚焦式换能器直接插入清洗液靠近清洗件的表面进行清洗。

    2、超声波清洗机频率对清洗效果的影响

    超声频率是影响超声波清洗机清洗效果的重要因素之一,合理的选择超声波清洗机频率可以实现最佳清洗效果和避免对清洗工件的损害,特别是一些超精密工件的清洗。本文就超声波频率相关信息做简单介绍。

    什么是超声频率,首选要了解超声波的定义,频率高于20KHz的声音称为超声,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。一般超声波清洗用到超声波频率段:20KHz,28KHz,40KHz,60KHz,80KHz,100KHz,120KHz,其中20KHz,28KHz,40KHz是最为常用的频率段。低频指20KHZ-28KHZ   中频 28KHZ-40KHZ 高频40KHZ-120KHZ 超高频120KHZ以上。

    要想了解超声波频率对超声清洗的影响,首选要从超声波清洗机原理说起超声波清洗原理: 超声波清洗是基于空化作用, 即在清洗液中无数气泡快速形成并迅速内爆。 由此产生的 冲击将浸没在清洗液中的工件内表面的污物剥落下来。 随着超声频率的提高, 气泡数量增加 而爆破冲击力减弱,因此,高频超声特别适用于小颗粒污垢的清洗而不破坏其工件表面。 气泡是在液体中施加高频(超声频率) 、高强度的声波而产生的。因此,任何超声清洗 系统都必须具备三个基本元件: 盛放清洗液的槽、 将电能转化为机械能的换能器以及产生高 频电信号的超声波发生器。

    当工作频率很低(在人的听觉范围内)就会产生噪音。当频率低于20kHz时,工作噪音不仅变得很大,而且可能超出职业安全与保健法或其他条例所规定的安全噪音的限度。在需要高功率去除污垢而不用考虑工件表面损伤的应用中,通常选择从20kHz到28kHz范围内的较低清洗频率。该频率范围内的清洗频率常常被用于清洗大型、重型零件或高密度材料的工件。

   高频通常被用于清洗较小、较精密的零件,或清除微小颗粒。高频还被用于被工件表面不允许损伤的应用。使用高频可从几个方面改善清洗性能。随着频率的增加,空化泡的数量呈线形增加,从而产生更多更密集的冲击波使其能进入到更小的缝隙中。如果功率保持不变,空化泡变小,其释放的能量相应减少,这样有效地减小了对工件表面的损伤。高频的另一个优势在于减小了粘滞边界层(泊努里效应),使得超声波能够“发现”极细小的微粒。这种情况近似于小溪中水位降低时可以看清溪底的小石子。高频超声清洗适用于计算机、微电子元件的精细清洗,如磁盘、驱动器,读写头,液晶玻璃及平面显示器,微组件和抛光金属件等的清洗。这些清洗对象要求在清洗过程中不能受到空化腐蚀.要能洗掉微米级的污物。兆赫超声清洗适用于集成电路芯片、硅片及簿膜等的清洗。能去除微米、亚微米级的污物而对清洗件没有任何损伤,因为此时不产生空化作用,其清洗机理主要是声压梯度、粒子速度和声流的作用,特点是清洗方向性强,被清洗件一般置于与声束平行的方向。

    3、清洗溶液(介质)对清洗效果的影响

    清洗剂的选择要从两个方面来考虑:一方面要从污物的性质来选择化学作用效果好的清洗剂;另一方面要选择表面张力、蒸气压及粘度合适的清洗剂,因为这些特性与超声空化强弱有关。液体的表面张力大则不容易产生空化,但是当声强超过空化阈值时,空化泡崩溃释放的能量也大,有利于清洗;高蒸气压的液体会降低空化强度,而液体的粘滞度大也不容易产生空化,因此蒸气压高和粘度大的洁洗剂都不利于超声清洗。此外,清洗液的温度和静压力都对清洗效果有影响,清洗液温度升高时空化核增加,对空化的产生有利,但是温度过高,气泡中的蒸气压增大,空化强度会降低,所以温度的选择要同时考虑对空化强度的影响,也耍考虑清洗液的化学清洗作用每一种液体都有一空化活跃的温度,水较适宜的温度是60-80℃,此时空化最活跃。

清洗液的静压力大时,不容易产生空化,所以在密闭加压容器中进行超声清洗或处理时效果较差。

    4、影响超声波清洗机效果的其它因素

    清洗液的流动速度对超声清洗效果也有很大影响,最好是在清洗过程中液体静止不流动,这时泡的生长和闭合运动能够充分完成。如果清洗液的流速过快,则有些空化核会被流动的液体带走有些空化核则在没有达到生长闭合运动整过程时就离开声场,因而使总的空化 强度降低。在实际清洗过程中有时为避免污物重新粘附在清洗件上.清洗液需要不断流动更新,此时应注意清洗液的流动速度不能过快,以免降低清洗效果。

    被清洗件的声学特性和在清洗槽中的排列对清洗效果也有较大的影响,吸声大的清洗对象,如橡胶,布料等清洗效果差,而对声反射强的清洗件,如金属件,玻璃制品的清洗效果好。清洗件面积小的一面应朝声源排放,排列要有一定的间距;清洗件不能直接放在清洗槽底部;尤其是较重的清洗件,以免影槽底板的振动,也避免清洗件擦伤底板而加速空化腐蚀。清洗件最好是悬挂在槽中,或用金属罗筐盛好悬挂.但须注意要用金属丝做成.并尽可能用细丝做咸空格较大的筐,以减少声的吸收和屏蔽。

    清洗液中气体的含量对超声波清洗效果也有影响。在清洗液中如果有残存气体(非空化核)会增加声传播损失,此外在空化泡运动过程中扩散到泡中的气体,在空化泡崩溃时会降低冲击波强度而削弱清洗作用。因此有些超声清洗设备具有除气功能,在开机时先进行低于 空化阈值的功率水平作振动,以脉冲或间歇方式振动进行除气.然后功率加到正常清洗的功率水平进行超声清洗。

有些超声清洗设备设计附有真空抽气装置{也称真空脱气或负压清洗),其目的就是减少清洗液中的残存气体.

    5、驻波对超声波清洗机效果的影响

清洗槽是有限空间,超声波由声源向液面传播时。在液体和气体的交界面会反射回来而形成驻波,驻波的特征是在液体空间的某些地方声压最小,而在另外一些地方声压最大.这样会造成清洗不均匀的现象。要减少驻波的影响,有时清洗槽特意做成不规则的形状以避免驻波的形成.现在超声波电源方面采取扫频的工方式,使声压最小处不固定在一个地方而是不断地移动.以达到较均匀的清洗。

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