超声波清洗的原理,我们只要针对清洗对象材质、污染物、洁净度要求等,选择一些正确的声学参数、合适的物理手段以及选择理化性质有利于空化的超声波清洗液,就可以高效率地获得洁净产品。

超声波功率选择

清洗槽内的超声功率决定声场中的声强大小,声强的大小又直接影响空化的效果,因此要选择适当的超声功率。如果以水为清洗主媒质,有如下经验数据可供参考:清洗光学玻璃液晶制品,超声功率为10~20W/L;清洗精密仪表构件,超声功率为20~25W/L;清洗金属冲压件,超声功率为25~30W/L:清洗粉末冶金件、精铸件,超声功率为30~35W/L;对于注塑器件,由于构件复杂,本身又是吸声体,超声功率在35W/L以上。超声波清洗效果不一定完全与功率、清洗时间成正比。对于一个黏附污物的工件,如果清洗机功率不够,那么花费更多的时间,洗净效果也十分有限,功率合适,污物立刻去除。超声功率过大,虽然清洗效果明显,但可能使精密工件表面产生蚀点,对发振器工作表面也会产生空化腐蚀,这是应该避免的。太大的声强会造成空化气泡过多,增加散射衰减,形成声波屏障,使声波不容易传播到整个液体空间,在远离声源的地方,不能形成均衡清洗。如何选择超声功率,需要根据工件材质、形状、清洗液性质、工艺等综合考虑。

超声波频率选择

在常规清洗中,频率选择一般在20~40kHz和68~120kHz两段范围内。在低频率段形成的空化气泡半径较大,崩塌时力度也大,但不够均匀,适于去除3~5um的污物粒子。频率越高,空化值越高,也就是说空化所需的声强越大,空化气泡形成越细密而均匀。低频段适用于清洗大的工件表面及污物与清洗件表面结合强度高的场合,但不易穿透深孔和表面形状复杂的部件。而高频段空化强度“温和”,噪声较小,空化气泡相对密集均匀,可以钻人零件形状复杂,有狭缝、深孔、盲孔的部件中进行清洗。在实际工作中,粉末冶金件如磁芯、磁环,带有磨削磁粉类,选择频率为20~25kHz;粗加工金属零部件,如汽车轮毂、汽缸组件等大型零件,选择频率为25~28kHz;对于钟表零件、精密冲压件,适合选择频率为40kHz;对于光学玻璃、低档液晶器件,适合选择频率为68~120kHz。对于半导体硅片、液晶玻璃基片的清洗,电极引线宽为8um,或者线间距为8um,要求去除1~3um的污物粒子,需要选用0.8~1.0MHz的流水式兆赫级超声波清洗。

超声波清洗温度选择

超声波清洗液的温度高低对清洗效果有很大影响。总的来说,温度升高,有利于提升清洗液的化学去污能力,同时使清洗液的表面张力和黏滞系数降低,因而空化阈值降低,液体易于空化,但空化强度也有所下降。但对可燃性溶剂清洗液来说,那就要区别对待了。以水为主媒质的清洗液温度宜选择为60~80℃。在水温较低或者常温(20~30℃)下清洗,空化效果不太好。最主要的原因是水系媒质经过一段时间超声辐射之后,温度升高到45~55℃,这正好进入超声的“温度死区”。现象是:只见超声发生器正常工作,清洗槽内却几乎无空化气泡产生,清洗效果特别差。而单靠超声辐射来提升水温,要跨过这个“温度死区"的时段又太长,严重影响清洗效率。因此大部分水系清洗机都有不同的加热装置,将水系媒质加热到60℃后,避开了“温度死区”,并对温度进行控制,这样就可长期连续工作了。液体的饱和蒸汽压随温度变化,在相同的温度下,饱和蒸汽压高的液体空化阈值低,而饱和蒸汽压低的液体空化阈值高。在“温度死区”段空化值低,蒸汽泡最为脆弱,崩塌力最小。实际应用中,空化阈值高的空化气泡崩塌力度大,空化效应强烈,有利于清洗。