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超声波清洗原理
超声波是一种频率超出人类听觉范围20 kHz以上的声波。超声波的传播要依靠弹性介质，其传播时,使弹性介质中的粒子振荡,并通过介质按超声波的传播方向传递能量,这种波可分为纵向波和横向波。在固体内,两者都可以传送,而在气体和液体内,只有纵向波可以传送。超声波能够引起质点振动,质点振动的加速度与超声频率的平方成正比。因此,几十千赫兹的超声会产生极大的作用力,强超声波在液体中传播时,由于非线性作用,会产生声空化。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力,对污层的直接反复冲击,一方面破坏污物与清洗件表面的吸附,另一方面也会引起污物层的破坏而脱离清洗件表面并使它们分散到清洗液中。气泡的振动也能对固体表面进行擦洗。气泡还能“钻入”裂缝中做振动,使污物脱落。对于有油脂性污物,由于超声空化作用,两种液体在界面迅速分散而乳化,当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子即脱落。空化气泡在振动过程中会使液体本身产生环流,即所谓声流。他可使振动气泡表面存在很高的速度梯度和粘滞应力,促使清洗件表面污物的破坏和脱落,超声空化在固体和液体表面上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层,腐蚀固体表面,增加搅拌作用,加速可溶性污物的溶解,强化化学清洗剂的清洗作用。此外,超声振动在清洗液中引起质点很大的振动速度和加速度,亦使清洗件表面的污物受到频繁而激烈的冲击。
超声波清洗历史发展
技术早出现于20世纪30年代早期,当时,位于美国新泽西州的美国无线电公司的一个实验室中的技术人员尝试用自制的简陋超声波清洗系统清洗某些物体,但试验未获成功。在此基础上,超声波清洗技术在20世纪50年代有了很大的发展,当时使用的超声波工作频率在20～ 40 kHz之间。该范围内的超声波被应用在数千种不同的工作场合下,其中许多是别的清洗手段不能很好发挥作用的场合。超声波可以对工件施加非常巨大的能量,尤其适用于清除牢固地附着在基底上的污垢。然而在某些情况下,超声波强大的能量也会损伤粘有污垢而性质脆弱的基底材料。在过去的十几年中,超声波领域中出现了一些技术革新,提高了清除敏感基底上的污物的安全系数。在此期间,超声波技术,特别是中高频超声波清洗技术有了新的发展,并成为行业的亮点。近年来,人们发现用兆声波(根据超声波的频率不同,把40 kHz及其以下的称为常规或低频超声波,把1 000 kHz以上的称为高频超声波,又称兆频超声波,简称兆声波)清洗可以去除掉半导体材料表面上的超细污垢微粒,并且不会损伤基底材料的表面。目前这项技术已经得到了很快的普及。
超声波清洗的构成
超声波清洗机由以下几部分组成:1)超声波系统:包括换能器和超声波发生器。(1)换能器:换能器采用特种耐高温、耐振动、高粘度的树脂胶辅以特殊的方法加以固定,脱落,且可耐受100℃～150℃的高温。(2)超声波发生器:大功率超声波发生器可由超音频IGBT电力电子器件为主要元件构成,该种超声波发生器电路先进,结构完整,辅以灵敏可靠的集成控制系统。各种超声波发生器可独立工作,亦可多组并联使用,以完成大规模清洗工程。2)加热及温度控制系统。加热器通常采用不锈钢管材制成,可耐酸碱。加热的目的是将清洗剂加热以增加清洗机的洗涤效果。温度自动控制,可在适当范围内随意调整。3)清洗槽:清洗槽一般采用不锈钢经弧焊焊制而成,槽体上设置有排渣检修口、保温隔声层等,要保证水位至少应高出换能器盒200 mm以上。
超声波清洗发展
近年来还出现了超声波清洗的一种特殊应用-超声波除垢。超声波除垢主要是利用超声波强声场处理流体,使流体中成垢物质在超声场的作用下的物理形态和化学性能发生一系列变化,使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管、器壁形成积垢。作为超声清洗的特殊应用,超声防垢广泛应用在锅炉、热交换装置和管道防垢、除垢领域。