一、描述：

　　在我們了解超聲波清洗機工作原理的時(shí)候我們應該了解什么是超聲波？眾所周知，人們所聽(tīng)到的聲音是頻率20～20000Hz的聲波信號，高于20000Hz的聲波稱(chēng)之為超聲波，聲波的傳遞依照正弦曲線(xiàn)縱向傳播，即一層強一層弱，依次傳遞，當弱的聲波信號作用于液體中時(shí)，會(huì )對液體產(chǎn)生一定的負壓，使液體內形成許許多多微小的氣泡，而當強的聲波信號作用于液體時(shí)，則會(huì )對液體產(chǎn)生一定的正壓，因而，液體中形成的微小氣泡被壓碎。經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)，液體中每個(gè)氣泡的破裂會(huì )產(chǎn)生能量非常大的沖擊波，相當于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達上千個(gè)大氣壓，這種現象被稱(chēng)之為“空化效應”，超聲波清洗正是應用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達到清洗和沖刷工件內外表面的作用。

　　超聲波清洗機工作原理

　　二、工作原理：

　　超聲波清洗機是利用高于20KHZ的超音頻信號，通過(guò)換能器轉換成高頻機械振蕩而傳入清洗液中，超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使液體流動(dòng)并產(chǎn)生數以萬(wàn)計的微小氣泡，這些氣泡是在超聲波縱向傳播形成的負壓區形成生長(cháng)，而在正壓區迅速閉合，這些氣泡的形成生長(cháng)及迅速閉合被稱(chēng)為空化現象。在空化現象中，這些氣泡的閉合形成超過(guò)1000個(gè)大氣壓的瞬間高壓，連續不斷地瞬間高壓就象一連串小的“爆開(kāi)”不停地轟擊物體表面，使物體表面及縫隙之中的污垢迅速剝落，達到迅速清洗效果；當聲壓或者聲強受到壓力到達一定程度時(shí)候，氣泡就會(huì )迅速膨脹，然后又突然閉合。在這段過(guò)程中，氣泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波，使氣泡周?chē)a(chǎn)生1012-1013pa的壓力及局調溫，這種超聲波空化所產(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使他們分化于溶液中，蒸汽型空化對污垢的直接反復沖擊，這就是超聲波清洗機原理。

　　超聲波清洗機工作原理圖

　　三、超聲波清洗空化作用主要表現哪些形式：

　　1.存在于液體中的微氣泡（空化核）在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，當聲壓達到一定值時(shí)，氣泡將迅速變大，然后溘然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生的沖擊水波能在其附近產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓的壓力，破壞不溶解性污物而使它們分解在清洗液中。

　　2.蒸汽型空化對污物層的直接反復沖擊，一方面破換污物與清洗件表面的吸附，另一方面也會(huì )引起污物層的疲憊破壞而清洗件表面脫離。

　　3.氣體型氣泡的振動(dòng)對固體表面進(jìn)行擦洗，污物一旦有縫可鉆，氣泡就可以“鉆入”裂痕中振動(dòng)，使污層脫落。例如工件上的氧化層就可以比較等閑被氣泡剝離。

　　4.對于有油污包裹住的固體粒子，因為超聲空化的作用。兩種液體在界面迅速分散而乳化，固體粒子即行脫落。

　　5.空化氣泡本身在振蕩過(guò)程中，將伴跟著(zhù)一系列二階段現象發(fā)生，如輻射扭力。輻射扭力在平均液體中作用于液體本身，從而導致液體本身的環(huán)境，即稱(chēng)之為聲流。這個(gè)聲流可以作用于量級非常大的范圍，也可限于μm量級較小的范內，后者場(chǎng)稱(chēng)為微聲流，它可以使振動(dòng)氣泡表面處在很高的速度梯度和粘滯應力，這種應力有時(shí)高達100Pa以上，足以使工件表面污物造成破壞而使其脫落。

　　6.超聲空化在固體和液體界面上所產(chǎn)生的高速微射流能夠除去或削弱邊界污層，增加攪拌作用，加快可溶性污物的溶解，強化化學(xué)清洗劑的清洗作用。

　　超聲波清洗機震動(dòng)原理圖

　　四、工作特性：

　　一方面破壞污物與清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物層的疲勞破壞而被駁離，氣體型氣泡的振動(dòng)對固體表面進(jìn)行擦洗，污層一旦有縫可鉆，氣泡立即“鉆入”振動(dòng)使污層脫落，由于空化作用，兩種液體在界面迅速分散而乳化，當固體粒子被油污裹著(zhù)而粘附在清洗件表面時(shí)，油被乳化、固體粒子自行脫落，超聲在清洗液中傳播時(shí)會(huì )產(chǎn)生正負交變的聲壓，形成射流，沖擊清洗件，同時(shí)由于非線(xiàn)性效應會(huì )產(chǎn)生聲流和微聲流，而超聲空化在固體和液體界面會(huì )產(chǎn)生高速的微射流，所有這些作用，能夠破壞污物，除去或削弱邊界污層，增加攪拌、擴散作用，加速可溶性污物的溶解，強化化學(xué)清洗劑的清洗作用。由此可見(jiàn)，凡是液體能浸到且聲場(chǎng)存在的地方都有清洗作用，其特點(diǎn)適用于表面形狀非常復雜的零件的清洗。尤其是采用這一技術(shù)后，可減少化學(xué)溶劑的用量，從而大大降低環(huán)境污染。

　　第二超聲波在液體中傳播，使液體與清洗槽在超聲波頻率下一起振動(dòng)，液體與清洗槽振動(dòng)時(shí)有自己固有頻率，這種振動(dòng)頻率是聲波頻率，所以人們就聽(tīng)到嗡嗡聲。另外，在超聲波清洗過(guò)程中，肉眼能看見(jiàn)的泡并不是真空核群泡，而是空氣氣泡，它對空化作用產(chǎn)生舒緩作用降低清洗效率。只有液體中的空氣氣泡被完全拖走，空化作用的真空核群泡才能達到效果。上圖是一個(gè)在水中工作的換能器剖面圖：在中間是一層一定厚度的不銹鋼板，換能頭沾結在這一層鋼板下，通過(guò)超聲發(fā)生源產(chǎn)生一定頻率和電壓的交流電信號帶動(dòng)換能頭和不銹鋼板一起做高頻震動(dòng)，當鋼板向上震動(dòng)時(shí)，將水向上推開(kāi)，當鋼板向下震動(dòng)時(shí)，水跟不上鋼板的震動(dòng)速度，在水和鋼板之間會(huì )形成一個(gè)空隙，這樣反復震動(dòng)就會(huì )有許多的氣泡形成，如圖所示：這種氣泡就是由“空化效應”產(chǎn)生的，我們稱(chēng)之為空化泡�？栈蓓樦�(zhù)震動(dòng)方向向水中傳播，如果水中正好有工件，空化泡撞擊到工件表面產(chǎn)生數千個(gè)大氣壓的撞擊力，帶動(dòng)工件表面的污垢脫落。

　　超聲波清洗機結構示意圖