超聲波清洗(ultrasonic cleaning)是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用對(duì)液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的。

什么是超聲波?

　　超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波。

　　聲波是聲音的傳播形式，發(fā)聲體產(chǎn)生的振動(dòng)在空氣或其他物質(zhì)中的傳播叫做聲波。聲波借助各種介質(zhì)向四面八方傳播。聲波通常是縱波，也有橫波，聲波所到之處的質(zhì)點(diǎn)沿著傳播方向在平衡位置附近振動(dòng)，聲波的傳播實(shí)質(zhì)上是能量在介質(zhì)中的傳遞。

　　聲波的頻率

　　聲波的頻率是指波列中質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)。以赫茲(Hz)為單位測(cè)量，描述每秒周期數(shù)。例如，1000 Hz 波形每秒有 1000 個(gè)周期。頻率越高，音樂(lè)音調(diào)越高。

　　聲波的振幅

　　表示質(zhì)點(diǎn)離開(kāi)平衡位置的距離，反映從波形波峰到波谷的壓力變化，以及波所攜帶的能量的多少。高振幅波形的聲音較大;低振幅波形的聲音較安靜。

　　聲波的波長(zhǎng)

　　表示具有相同相位度的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，也是波在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)傳播的距離。以英寸或厘米等長(zhǎng)度單位測(cè)量。波長(zhǎng)隨頻率的增加而減少。

　　我們?nèi)祟惗淠苈?tīng)到的聲波頻率為20Hz-20000Hz。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為1兆赫茲-30兆赫茲。

超聲波的效應(yīng)

　　當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下4種效應(yīng)：

　　機(jī)械效應(yīng)：超聲波能量容易集中，因而形成很大的強(qiáng)度，能使物質(zhì)作激烈的強(qiáng)迫機(jī)械振動(dòng)這種效應(yīng)，在許多超聲波技術(shù)中，如超聲焊接，鉆孔、清洗、除塵等，都起著主要作用。

　　熱效應(yīng)：媒質(zhì)對(duì)超聲的吸收會(huì)引起溫度上升。一方面，頻率愈高，這種熱效應(yīng)就愈顯著。另一方面，在不同媒質(zhì)的分界面上，超聲波能量將大量地轉(zhuǎn)換成熱能，往往造成分界面處的局部高溫。這種效應(yīng)也有很多重要應(yīng)用。

　　空化效應(yīng)：空化是液體中的一種物理現(xiàn)象。在液體中由于渦流或超聲波的物理作用，液體的某一區(qū)域會(huì)形成局部的暫時(shí)負(fù)壓區(qū)，于是在液體中產(chǎn)生空穴或氣泡。這些充有蒸汽或空氣的氣泡處于非穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)它們突然閉合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生激波，因而在局部微小區(qū)域有很大壓強(qiáng)。由于氣泡的非線性振動(dòng)和它們破滅時(shí)產(chǎn)生的巨大壓力，伴隨著這種空化現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生許多物理和化學(xué)效應(yīng)。在超聲的空化效應(yīng)中，局部的高溫高壓以及放電等現(xiàn)象，可用以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，粉碎液體內(nèi)的懸浮物體、制造乳劑、殺菌、清洗機(jī)件等。應(yīng)用超聲波處理液體往往與這種效應(yīng)有關(guān)。

　　化學(xué)效應(yīng)：超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過(guò)氧化氫;溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸;染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會(huì)變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過(guò)程。超聲波對(duì)光化學(xué)和電化學(xué)過(guò)程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機(jī)物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

超聲波清洗原理

　　超聲波是指頻率高于20kHz的聲波，與普通聲波相比，它波長(zhǎng)很短，頻率很高。超聲波具有如下特征：

　　1、可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播;

　　2、可傳遞很強(qiáng)的能量;

　　3、會(huì)發(fā)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象;

　　4、在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。

　　超聲波的兩個(gè)主要參數(shù)是：頻率大于20kHz;聲功率大于0.3W/cm²。

　　超聲波是一種交變電壓，在液體中傳播時(shí)出現(xiàn)稀疏密集狀態(tài)。超聲波發(fā)生器經(jīng)換能器將高頻振蕩電訊號(hào)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(wú)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，以每秒2.5~2.8萬(wàn)次的頻率在液體中產(chǎn)生出數(shù)千萬(wàn)個(gè)大氣壓的微核波，這種現(xiàn)象稱為空化效應(yīng)。

　　清洗液產(chǎn)生空化的**聲強(qiáng)和聲壓幅值稱為空化閾。在空化效應(yīng)的連續(xù)作用下，清洗液的滲透作用加強(qiáng)，聲學(xué)輻射壓力與聲學(xué)毛細(xì)效應(yīng)促使清洗介質(zhì)滲入工件表面的微小凹陷和微孔，脈動(dòng)攪拌加劇，溶解、分散和乳化加速。這樣，工件表面或隱蔽處的污垢被爆裂、剝落，從而將工件清洗干凈。這個(gè)過(guò)程是一種物理效應(yīng)，對(duì)工件與環(huán)境無(wú)任何污染。因此，超聲清洗已成為國(guó)內(nèi)外有*的清洗手段。

影響清洗因素

　　清洗介質(zhì)：采用超聲波清洗，一般有兩類清洗劑即化學(xué)溶劑和水基清洗劑。清洗介質(zhì)的化學(xué)作用可以加速超聲波清洗效果，超聲波清洗是物理作用，兩種作用相結(jié)合，依對(duì)物件進(jìn)行充分、清洗。

　　功率密度：超聲波的功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，速度越快，清洗效果越好，但對(duì)于精密的表面光潔度甚高的物件，采用長(zhǎng)時(shí)間的高功率密度清洗會(huì)對(duì)物件表面產(chǎn)生空化、腐蝕。

　　超聲頻率：適用于工件粗、臟、初洗，頻率高則超聲波方向性強(qiáng)，適合于精細(xì)的物件清洗。

　　清洗高溫：一般來(lái)說(shuō)，超聲波在50°C~60°C時(shí)的空化效果，清洗劑也不是溫度越高，作用越顯著，有可能會(huì)高溫失效，通常超聲波在超過(guò)85°C時(shí)，清洗效果已變差。所以實(shí)際應(yīng)用超聲波清洗時(shí)，采用50°C~70°C的工作溫度。