淺析超聲波清洗機(jī)超聲波頻率與超聲波功率的選擇
點(diǎn)擊次數(shù):5808 更新時(shí)間:2021-03-15
一般的來(lái)講,清洗五金、機(jī)械、汽摩、壓縮機(jī)等行業(yè)的清洗多采用28KHZ頻率的清洗機(jī)。光學(xué)光電子清洗、線路板清洗等多采用40KHZ的頻率,高頻超聲清洗機(jī)適用于計(jì)算機(jī),微電子元件的精細(xì)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(jí)的污物而對(duì)清洗件沒(méi)有任何損傷。而對(duì)于一些精密清洗(如液晶體、半導(dǎo)體等)的應(yīng)用上,使用傳統(tǒng)的頻不但沒(méi)法達(dá)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(guī)定不允許使用傳統(tǒng)的頻率(20~30KHz)的。
一:超聲波功率的選擇
當(dāng)聲強(qiáng)增加時(shí),空化泡的大半徑與起始半徑的比值增大,空化強(qiáng)度增大,即聲強(qiáng)愈高,空化愈強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)增大也會(huì)增加非線性衰減,這樣都會(huì)削弱遠(yuǎn)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(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間也沒(méi)有清除污垢,而如果功率達(dá)到一定數(shù)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(qiáng)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(qiáng)功率下水底產(chǎn)生空化腐蝕更嚴(yán)重,使設(shè)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(yán)重,使缸的壽命縮短。
但超聲波清洗功率選擇小了,花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間也沒(méi)有清除污垢,也是不可取的。常規(guī)的超聲波清洗在工業(yè)當(dāng)中,標(biāo)準(zhǔn)型超聲波清洗機(jī)從100W至1500W不等,工件有多大,在考慮清洗節(jié)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(qiáng)測(cè)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(shè)計(jì),一般一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)超聲清洗機(jī)輸出功率密度大多選在0.3~0.6 瓦/平方厘米左右,當(dāng)然了,這只是常規(guī)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(duì)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(yīng)。事實(shí)上空化效應(yīng)的強(qiáng)度直接跟頻率有關(guān),頻率越高,空化氣泡越小,空化強(qiáng)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(qiáng)度比作1,40KHz時(shí)的空化強(qiáng)度則為1/8,到了80KHz時(shí),空化強(qiáng)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(zhǎng)的時(shí)間間隔,使氣泡在崩潰前能生長(zhǎng)到較大的尺寸,增高空化強(qiáng)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(jié)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(qiáng)下,產(chǎn)生的空化泡數(shù)量比頻率為20KHZ時(shí)多,穿透力較強(qiáng),宜清洗表面形狀復(fù)雜或有盲孔的工件,空化噪音較小,但空化強(qiáng)度較低,適合清洗污物與被清洗件表面結(jié)合力較弱的場(chǎng)合。
而在超聲波清洗機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)一定頻率的超聲清洗后達(dá)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(dá)到清潔的要求。原因在于:當(dāng)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(qiáng)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(dāng)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(duì)而言,高頻超聲對(duì)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(yàn)來(lái)獲取合適的參數(shù)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(yīng)用。