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超聲波清洗機(jī)原理
(1)超聲波清洗機(jī)工作原理
超聲波換能器將高頻振蕩電訊號轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩，以縱波的形式在清洗液中輻射。在輻射波擴(kuò)張的半波期間，清洗液的致密性破壞并形成無數(shù)直徑為50-500μm的氣泡。這種氣泡中充滿著溶液蒸汽。在壓縮的半波期間，氣泡訊速閉合，會產(chǎn)生上百M(fèi)pa的局部液壓撞擊。這種現(xiàn)象稱為“空化”效應(yīng)。在“空化”效應(yīng)的連續(xù)作用下，工件表面或隱蔽處的污垢被爆裂、剝落。同時(shí)，在超聲的作用下，清洗液的滲透作用加強(qiáng)；脈動攪拌加劇；溶解、分散和乳化加速；從而將工件清洗干凈。
(2)換能器和發(fā)生器
超聲清洗系統(tǒng)重要的部分是換能器。現(xiàn)存兩種換能器，一種是磁力換能器，由鎳或鎳合金制成；一種壓電換能器，由鋯鈦酸鉛或其他陶瓷制成。 將壓電材料放入電壓變化的電場中時(shí)，它會發(fā)生變形，這就是所謂的“壓電效應(yīng)”。相對來說，磁力換能器是用會在變化的磁場中發(fā)生變形的材料制成的。
無論使用何種換能器，通常基本的因素為其產(chǎn)生的空化效應(yīng)的強(qiáng)度。超聲波和其它聲波一樣，是一系列的壓力點(diǎn)，即一種壓縮和膨脹交替的波(如下圖示)。如果聲能足夠強(qiáng)，液體在波的膨脹階段被推開，由此產(chǎn)生氣泡；而在波的壓縮階段，這些氣泡就在液體中瞬間爆裂或內(nèi)爆，產(chǎn)生一種非常有效的沖擊力，特別適用於清洗。這個(gè)過程被稱做空化作用。
從理論上分析，爆裂的空化泡會產(chǎn)生超過10,000 psi的壓力和20,000 °F (11,000 °C) 的高溫，并在其爆裂的瞬間沖擊波會迅速向外輻射。單個(gè)空化泡所釋放的能量很小，但每秒鐘內(nèi)有幾百萬的空化泡同時(shí)爆裂，累計(jì)起來的效果將是非常強(qiáng)烈的，產(chǎn)生的強(qiáng)大的沖擊力將工件表面的污物剝落，這就是所有超聲清洗的特點(diǎn)。
如果超聲能量足夠大，空化現(xiàn)象會在清洗液各處產(chǎn)生，所以超聲波能夠有效清洗微小的裂縫和孔。
然而,只有在某區(qū)域的液體壓力低於該氣泡內(nèi)氣體壓力時(shí)才會在該區(qū)域產(chǎn)生空化現(xiàn)象，故由換能器產(chǎn)生的超聲波振幅足夠大時(shí)才能滿足這一條件。產(chǎn)生空化所需的小功率被稱做空化臨界點(diǎn)。不同的液體存在不同的空化臨界點(diǎn)，故超聲波能量須超過該臨界點(diǎn)才能達(dá)到清洗效果。也就是說，只有能量超過臨界點(diǎn)才能產(chǎn)生空化泡，以便進(jìn)行超聲清洗。