高频超声波清洗技术简介

2021-07-14 15:21

高频超声波清洗机的能量非常集中，由于超声波的能量能够穿透细微的缝隙和小孔，故可以应用与任何零部件或装配件清洗。被清洗件为精密部件或装配件时，超声清洗往往成为能满足其特殊技术要求的唯一的清洗方式。

高频超声波清洗技术简介

高频超声波的定义是相当于低频而言，如表1所示，一般将≤50KHz的超声波频率称为低频，该频段是目前工业级的超声波清洗中使用最为广泛的，常用频率包括28KHz和40KHz。超声波频率在(51～199)KHz的可称为高频，常用频率包括80KHz、120KHz、170KHz。

表 1 超声波频率分类列表

超声波分类	低频	高频	微超声波	兆声
频率范围( k Hz )	20 ～ 50	51 ～ 199	200 ～ 499	500 ～ 999
常见超声波频率( k Hz )	20、25、28、40	80、120、170	200、430	750、950

研究表明，超声波的频率直接决定了超声空化效应的强度，超声频率与气泡的尺寸以及空化效应的能量强度呈反比。如图1所示，空化气泡尺寸越大，在破裂过程中释放出的能量也越大。

不同频率时空化气泡对比示意图

在欧美日等发达国家，在需要精密清洗的领域中目前已大量采用高频超声波清洗技术，在取得良好清洗效果的同时，消除了低频超声波清洗对工件表面的损伤问题。在国内，高频超声波也有用于光学元件镀膜前高洁净度清洗的案例。
另外，与低频超声波相比，高频超声波还具有能有效去除更小颗粒的优势，如图2所示，流动的液体越接近固体表面时，液体的流动速度越趋近于0，这个流动速度接近于0的液体厚度层称为“流体边界层”。“流体边界层”厚度越大，隐藏在层中的颗粒尺寸也越大，在清洗过程中不易去除。超声波频率越高，越有利于减小“流体边界层”的厚度，更加有利于去除隐藏在“流体边界层”中的微细颗粒多余物，不同超声波频率对应的流体边界层厚度(水介质中)以及最佳的适用颗粒尺寸范围如表2所示。

流体边界层示意图

关于最佳适用颗粒尺寸范围，相关的解释为:对特定频率段的超声波而言，对于超出其上限范围的颗粒，尚具有一定的清洗效果;对小于下限范围的颗粒，基本无清洗效果。因此，在清洗过程中，必须针对工件可能携带的多余物尺寸选择适合的超声波频率，才能取得预期的清洗效果。

表 2 不同超声波频率流体边界层厚度及适用颗粒尺寸列表

超声波频率( k Hz )	40	80	120	170
边界层厚度( μm )	2． 82	2． 2	1． 75	1． 4
最佳适用颗粒尺寸( μm )	2 ～ 50	1 ～ 5	0． 5 ～ 3	0． 2 ～ 1． 5

超声波清洗因其优良的清洗效果，在众多行业均获得广泛的应用，但传统的低频超声波清洗存在的不足限制了其在内部有电气接点的元器件上的应用。随着高频超声波清洗技术的出现，在取得良好清洗效果的同时，低频超声波清洗原有的不足也被克服。

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