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淺析超聲波清洗機(jī)超聲波頻率與超聲波功率的選擇
一般的來講，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)過高，會(huì)產(chǎn)生大量無用的氣泡，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，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題就不存在了。
由此可見，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，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，那么無論功率怎么增大，都無法達(dá)到清潔的要求。原因在于：當(dāng)液體流過工件表面時(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，無論超聲波的功率(強(qiáng)度)多大，空化氣泡都無法與小顆粒接觸，故無法把小顆粒*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)來獲取合適的參數(shù)配置，按實(shí)際使用情況來配置超聲波功率，這樣有利于實(shí)際應(yīng)用。