淺析超聲波清洗機頻率與功率的關系與實際應用

一：超聲波功率的選擇

    當聲強增加時，空化泡的zui大半徑與起始半徑的比值增大，空化強度增大，即聲強愈高，空化愈強烈，有利于超聲波清洗作用。但不是超聲波聲功率越大越好，聲強過高，會產生大量無用的氣泡，增加散射衰減，形成聲屏障，同時聲強增大也會增加非線性衰減，這樣都會削弱遠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間成正比，有時用小功率花費很長時間也沒有清除污垢，而如果功率達到一定數值，則有可能很快將污垢去除。若超聲波功率太大， 這時液體中空化強度大大增加，較精密的零件將產生蝕點，水點腐蝕也增大，如果振動板表面已受到空化腐蝕，強功率下水底產生空化腐蝕更嚴重，使設備壽命降低，造成不必要的損失，同時清洗缸底部振動板空化也十分嚴重，使缸的壽命縮短。

      但超聲波清洗功率選擇小了，花費很長時間也沒有清除污垢，也是不可取的。常規的超聲波清洗在工業當中，標準型超聲波清洗機從100W至1500W不等，工件有多大，在考慮清洗節拍的前提下，由超聲波清洗槽體的大小決定超聲波的功率。鑒于   目前混響場聲強測量的技術尚不夠成熟，目前還是用單位面積上的功率來進行設計，一般一臺標準超聲清洗機輸出功率密度大多選在0.3～0.6 瓦/平方厘米左右，當然了，這只是常規情況。脈沖聚焦超聲波清洗可選得更高。

二：超聲波頻率的選擇

      一般的來講，清洗五金、機械、汽摩、壓縮機等行業的清洗多采用28KHZ頻率的清洗機。光學光電子清洗、線路板清洗等多采用40KHZ的頻率，高頻超聲清洗機適用于計算機，微電子元件的精細清洗，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、亞微米級的污物而對清洗件沒有任何損傷。而對于一些精密清洗（如液晶體、半導體等）的應用上，使用傳統的頻不但沒法達到清洗的要求，而且還可能造成工件的損傷。zui典型的例子就是關于軍用電子產品，行業已明文規定不允許使用傳統的頻率（20~30KHz）的超聲波清洗機。其實在一些歐美、日本等發達國家，已通過選用高頻清洗機（80KHz或以上頻率，有的已經達到200K或400K）使這個問題得到了解決。

      那么為什么高頻清洗能避免對工件的損傷呢？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。事實上空化效應的強度直接跟頻率有關，頻率越高，空化氣泡越小，空化強度越弱，且其減弱的程度非常大。舉例說，如將25KHz時的空化強度比作1，40KHz時的空化強度則為1/8，到了80KHz時，空化強度就降到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系，頻率越高，空化閥越高。換句話說，頻率低，空化越容易產生，而且在低頻情況下液體受到的壓縮和稀疏作用有更長的時間間隔，使氣泡在崩潰前能生長到較大的尺寸，增高空化強度，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合度高的場合。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，在相同聲強下，產生的空化泡數量比頻率為20KHZ時多，穿透力較強，宜清洗表面形狀復雜或有盲孔的工件，空化噪音較小，但空化強度較低，適合清洗污物與被清洗件表面結合力較弱的場合。

      而在超聲波清洗機的實際應用中，當一定頻率的超聲清洗后達不到清潔的效果時，如果工件上要去除的雜質顆粒較大，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顆粒非常小，那么無論功率怎么增大，都無法達到清潔的要求。原因在于：當液體流過工件表面時，會形成一層粘性膜。低頻時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；而當超聲波頻率升高時，粘性膜的厚度就會減少，超聲波產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的效果很好，但清除小顆粒雜質效果就很差。相對而言，高頻超聲對清除小顆粒雜質就特別有效。

所以的方式是一般先做實驗來獲取合適的參數配置，按實際使用情況來配置超聲波功率，這樣有利于實際應用。