淺析超聲波清洗機超聲波頻率與超聲波功率的選擇

　　一般的來(lái)講，清洗五金、機械、汽摩、壓縮機等行業(yè)的清洗多采用28KHZ頻率的清洗機。光學(xué)光電子清洗、線(xiàn)路板清洗等多采用40KHZ的頻率，高頻超聲清洗機適用于計算機，微電子元件的精細清洗，兆赫超聲清洗適用于集成電路芯片、硅片及波薄膜的清洗，能去除微米、亞微米級的污物而對清洗件沒(méi)有任何損傷。而對于一些精密清洗(如液晶體、半導體等)的應用上，使用傳統的頻不但沒(méi)法達到清洗的要求，而且還可能造成工件的損傷。典型的例子就是關(guān)于軍用電子產(chǎn)品，行業(yè)已明文規定不允許使用傳統的頻率(20~30KHz)的。
 

　　一：超聲波功率的選擇
 

　　當聲強增加時(shí)，空化泡的大半徑與起始半徑的比值增大，空化強度增大，即聲強愈高，空化愈強烈，有利于超聲波清洗作用。但不是超聲波聲功率越大越好，聲強過(guò)高，會(huì )產(chǎn)生大量無(wú)用的氣泡，增加散射衰減，形成聲屏障，同時(shí)聲強增大也會(huì )增加非線(xiàn)性衰減，這樣都會(huì )削弱遠離聲源地方的清洗效果。所以，超聲波清洗的效果不一定于與所加功率和工作時(shí)間成正比，有時(shí)用小功率花費很長(cháng)時(shí)間也沒(méi)有清除污垢，而如果功率達到一定數值，則有可能很快將污垢去除。若超聲波功率太大， 這時(shí)液體中空化強度大大增加，較精密的零件將產(chǎn)生蝕點(diǎn)，水點(diǎn)腐蝕也增大，如果振動(dòng)板表面已受到空化腐蝕，強功率下水底產(chǎn)生空化腐蝕更嚴重，使設備壽命降低，造成不必要的損失，同時(shí)清洗缸底部振動(dòng)板空化也十分嚴重，使缸的壽命縮短。
 

　　但超聲波清洗功率選擇小了，花費很長(cháng)時(shí)間也沒(méi)有清除污垢，也是不可取的。常規的超聲波清洗在工業(yè)當中，標準型超聲波清洗機從100W至1500W不等，工件有多大，在考慮清洗節拍的前提下，由超聲波清洗槽體的大小決定超聲波的功率。鑒于   目前混響場(chǎng)聲強測量的技術(shù)尚不夠成熟，目前還是用單位面積上的功率來(lái)進(jìn)行設計，一般一臺標準超聲清洗機輸出功率密度大多選在0.3～0.6 瓦/平方厘米左右，當然了，這只是常規情況。脈沖聚焦超聲波清洗可選得更高。
 

　　二：超聲波頻率的選擇
 

　　那么為什么高頻清洗能避免對工件的損傷呢？大家都知道超聲波清洗的基本原理是基于液體的空化效應。事實(shí)上空化效應的強度直接跟頻率有關(guān)，頻率越高，空化氣泡越小，空化強度越弱，且其減弱的程度非常大。舉例說(shuō)，如將25KHz時(shí)的空化強度比作1，40KHz時(shí)的空化強度則為1/8，到了80KHz時(shí)，空化強度就降到0.02。所以如果頻率選擇正確，超聲波損傷工件的問(wèn)題就不存在了。
 

　　由此可見(jiàn)，超聲空化閥值和超聲波的頻率有密切關(guān)系，頻率越高，空化閥越高。換句話(huà)說(shuō)，頻率低，空化越容易產(chǎn)生，而且在低頻情況下液體受到的壓縮和稀疏作用有更長(cháng)的時(shí)間間隔，使氣泡在崩潰前能生長(cháng)到較大的尺寸，增高空化強度，有利于清洗作用。所以低頻超聲波清洗適用于大部件表面或者污物和清洗件表面結合度高的場(chǎng)合。但易腐蝕清洗件表面，不適宜清洗表面光潔度高的部件，而且空化噪音大。40 KHZ左右的頻率，在相同聲強下，產(chǎn)生的空化泡數量比頻率為20KHZ時(shí)多，穿透力較強，宜清洗表面形狀復雜或有盲孔的工件，空化噪音較小，但空化強度較低，適合清洗污物與被清洗件表面結合力較弱的場(chǎng)合。
 

　　而在超聲波清洗機的實(shí)際應用中，當一定頻率的超聲清洗后達不到清潔的效果時(shí)，如果工件上要去除的雜質(zhì)顆粒較大，就可能是超聲波功率不足，一般增加超聲波功率就可解決該問(wèn)題；但相反的如果工件上要去除的雜質(zhì)顆粒非常小，那么無(wú)論功率怎么增大，都無(wú)法達到清潔的要求。原因在于：當液體流過(guò)工件表面時(shí)，會(huì )形成一層粘性膜。低頻時(shí)一般該層粘性膜很厚，小顆粒就埋藏在里面，無(wú)論超聲波的功率(強度)多大，空化氣泡都無(wú)法與小顆粒接觸，故無(wú)法把小顆粒*除去；而當超聲波頻率升高時(shí)，粘性膜的厚度就會(huì )減少，超聲波產(chǎn)生的空化泡就可以接觸到小顆粒，將它們從工件表面剝落。所以，低頻的超聲波清除大顆粒雜質(zhì)的效果很好，但清除小顆粒雜質(zhì)效果就很差。相對而言，高頻超聲對清除小顆粒雜質(zhì)就特別有效。
 

　　所以好的方式是一般先做實(shí)驗來(lái)獲取合適的參數配置，按實(shí)際使用情況來(lái)配置超聲波功率，這樣有利于實(shí)際應用。