超聲波清洗的原理,我們隻要針對清洗對象材質、汙染物、潔淨度要求等,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於空化的超聲波清洗液,就可以高效率地獲得潔淨産品。

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。如果以水爲清洗主媒質,有如下經驗數據可供參考:清洗光學玻璃液晶製品,超聲功率爲10~20W/L;清洗精密儀表構件,超聲功率爲20~25W/L;清洗金屬沖壓件,超聲功率爲25~30W/L:清洗粉末冶金件、精鑄件,超聲功率爲30~35W/L;對於註塑器件,由於構件複雜,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。對於一個黏附汙物的工件,如果清洗機功率不夠,那麽花費更多的時間,洗淨效果也十分有限,功率合適,汙物立刻去除。超聲功率過大,雖然清洗效果明顯,但可能使精密工件表面産生蝕點,對發振器工作表面也會産生空化腐蝕,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

在常規清洗中,頻率選擇一般在20~40kHz和68~120kHz兩段範圍內。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,適於去除3~5um的汙物粒子。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。低頻段適用於清洗大的工件表面及汙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複雜的部件。而高頻段空化強度“溫和”,噪聲較小,空化氣泡相對密集均勻,可以鑽人零件形狀複雜,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,帶有磨削磁粉類,選擇頻率爲20~25kHz;粗加工金屬零部件,如汽車輪毂、汽缸組件等大型零件,選擇頻率爲25~28kHz;對於鍾表零件、精密沖壓件,適合選擇頻率爲40kHz;對於光學玻璃、低檔液晶器件,適合選擇頻率爲68~120kHz。對於半導體矽片、液晶玻璃基片的清洗,電極引線寬爲8um,或者線間距爲8um,要求去除1~3um的汙物粒子,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,有利於提升清洗液的化學去汙能力,同時使清洗液的表面張力和黏滯系數降低,因而空化阈值降低,液體易於空化,但空化強度也有所下降。但對可燃性溶劑清洗液來說,那就要區別對待了。以水爲主媒質的清洗液溫度宜選擇爲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後,溫度升高到45~55℃,這正好進入超聲的“溫度死區”。現象是:隻見超聲發生器正常工作,清洗槽內卻幾乎無空化氣泡産生,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"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℃後,避開了“溫度死區”,並對溫度進行控製,這樣就可長期連續工作了。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阈值低,而飽和蒸汽壓低的液體空化阈值高。在“溫度死區”段空化值低,蒸汽泡最爲脆弱,崩塌力最小。實際應用中,空化阈值高的空化氣泡崩塌力度大,空化效應強烈,有利於清洗。