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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。
超声波不同频率时空化气泡对比示意图
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。
超声波清洗流体边界层示意图
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 。