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超聲波清洗的原理,我們只要針對清洗對象材質、污染物、潔凈度要求等,選擇一些正確的聲學參數、合適的物理手段以及選擇理化性質有利于空化的超聲波清洗液,就可以高效率地獲得潔凈產品。

超聲波功率選擇

清洗槽內的超聲功率決定聲場中的聲強大小,聲強的大小又直接影響空化的效果,因此要選擇適當的超聲功率。如果以水為清洗主媒質,有如下經驗數據可供參考:清洗光學玻璃液晶制品,超聲功率為10~20W/L;清洗精密儀表構件,超聲功率為20~25W/L;清洗金屬沖壓件,超聲功率為25~30W/L:清洗粉末冶金件、精鑄件,超聲功率為30~35W/L;對于注塑器件,由于構件復雜,本身又是吸聲體,超聲功率在35W/L以上。超聲波清洗效果不一定完全與功率、清洗時間成正比。對于一個黏附污物的工件,如果清洗機功率不夠,那么花費更多的時間,洗凈效果也十分有限,功率合適,污物立刻去除。超聲功率過大,雖然清洗效果明顯,但可能使精密工件表面產生蝕點,對發(fā)振器工作表面也會產生空化腐蝕,這是應該避免的。太大的聲強會造成空化氣泡過多,增加散射衰減,形成聲波屏障,使聲波不容易傳播到整個液體空間,在遠離聲源的地方,不能形成均衡清洗。如何選擇超聲功率,需要根據工件材質、形狀、清洗液性質、工藝等綜合考慮。

超聲波頻率選擇

在常規(guī)清洗中,頻率選擇一般在20~40kHz和68~120kHz兩段范圍內。在低頻率段形成的空化氣泡半徑較大,崩塌時力度也大,但不夠均勻,適于去除3~5um的污物粒子。頻率越高,空化值越高,也就是說空化所需的聲強越大,空化氣泡形成越細密而均勻。低頻段適用于清洗大的工件表面及污物與清洗件表面結合強度高的場合,但不易穿透深孔和表面形狀復雜的部件。而高頻段空化強度“溫和”,噪聲較小,空化氣泡相對密集均勻,可以鉆人零件形狀復雜,有狹縫、深孔、盲孔的部件中進行清洗。在實際工作中,粉末冶金件如磁芯、磁環(huán),帶有磨削磁粉類,選擇頻率為20~25kHz;粗加工金屬零部件,如汽車輪轂、汽缸組件等大型零件,選擇頻率為25~28kHz;對于鐘表零件、精密沖壓件,適合選擇頻率為40kHz;對于光學玻璃、低檔液晶器件,適合選擇頻率為68~120kHz。對于半導體硅片、液晶玻璃基片的清洗,電極引線寬為8um,或者線間距為8um,要求去除1~3um的污物粒子,需要選用0.8~1.0MHz的流水式兆赫級超聲波清洗。

超聲波清洗溫度選擇

超聲波清洗液的溫度高低對清洗效果有很大影響。總的來說,溫度升高,有利于提升清洗液的化學去污能力,同時使清洗液的表面張力和黏滯系數降低,因而空化閾值降低,液體易于空化,但空化強度也有所下降。但對可燃性溶劑清洗液來說,那就要區(qū)別對待了。以水為主媒質的清洗液溫度宜選擇為60~80℃。在水溫較低或者常溫(20~30℃)下清洗,空化效果不太好。最主要的原因是水系媒質經過一段時間超聲輻射之后,溫度升高到45~55℃,這正好進入超聲的“溫度死區(qū)”?，F象是:只見超聲發(fā)生器正常工作,清洗槽內卻幾乎無空化氣泡產生,清洗效果特別差。而單靠超聲輻射來提升水溫,要跨過這個“溫度死區(qū)"的時段又太長,嚴重影響清洗效率。因此大部分水系清洗機都有不同的加熱裝置,將水系媒質加熱到60℃后,避開了“溫度死區(qū)”,并對溫度進行控制,這樣就可長期連續(xù)工作了。液體的飽和蒸汽壓隨溫度變化,在相同的溫度下,飽和蒸汽壓高的液體空化閾值低,而飽和蒸汽壓低的液體空化閾值高。在“溫度死區(qū)”段空化值低,蒸汽泡最為脆弱,崩塌力最小。實際應用中,空化閾值高的空化氣泡崩塌力度大,空化效應強烈,有利于清洗。