超聲波清洗(ultrasonic cleaning)是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和污物直接、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)點沿著傳播方向在平衡位置附近振動，聲波的傳播實質(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)點在單位時間內(nèi)振動的次數(shù)。以赫茲(Hz)為單位測量，描述每秒周期數(shù)。例如，1000 Hz 波形每秒有 1000 個周期。頻率越高，音樂音調(diào)越高。

聲波的振幅

表示質(zhì)點離開平衡位置的距離，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

表示具有相同相位度的兩個點之間的距離，也是波在一個時間周期內(nèi)傳播的距離。以英寸或厘米等長度單位測量。波長隨頻率的增加而減少。

我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l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)

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

機械效應(yīng)：超聲波能量容易集中，因而形成很大的強度，能使物質(zhì)作激烈的強迫機械振動這種效應(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)對超聲的吸收會引起溫度上升。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)域會形成局部的暫時負壓區(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)。當它們突然閉合時，會產(chǎn)生激波，因而在局部微小區(qū)域有很大壓強。由于氣泡的非線性振動和它們破滅時產(chǎn)生的巨大壓力，伴隨著這種空化現(xiàn)象會產(chǎn)生許多物理和化學效應(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，可用以促進化學反應(yīng)，粉碎液體內(nèi)的懸浮物體、制造乳劑、殺菌、清洗機件等。應(yīng)用超聲波處理液體往往與這種效應(yīng)有關(guān)。

化學效應(yīng)：超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫;溶有氮氣的水經(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物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質(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、可傳遞很強的能量;

3、會發(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，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象。

超聲波的兩個主要參數(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轉(zhuǎn)換成高頻機械振蕩，以縱波的形式在清洗液中輻射。在輻射波擴張的半波期間，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，以每秒2.5~2.8萬次的頻率在液體中產(chǎn)生出數(shù)千萬個大氣壓的微核波，這種現(xiàn)象稱為空化效應(yīng)。

清洗液產(chǎn)生空化的最低聲強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，聲學輻射壓力與聲學毛細效應(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，從而將工件徹底清洗干凈。這個過程是一種物理效應(yīng)，對工件與環(huán)境無任何污染。因此，超聲清洗已成為國內(nèi)外最有效的清洗手段。

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溶劑和水基清洗劑。清洗介質(zhì)的化學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，依對物件進行充分、徹底的清洗。

功率密度：超聲波的功率密度越高，空化效果越強，速度越快，清洗效果越好，但對于精密的表面光潔度甚高的物件，采用長時間的高功率密度清洗會對物件表面產(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，適合于精細的物件清洗。

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

超聲波是頻率在人耳聽覺范圍上限(20kHz)以上的聲波，超聲波因其頻率高、方向性強、穿透本領(lǐng)大，尤其是在液體中能產(chǎn)生空化現(xiàn)象等特點，已被廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域。...[查看全部]

隨著現(xiàn)代科技的不斷進步和超聲波清洗機的普遍應(yīng)用，超聲波清洗技術(shù)已經(jīng)成為人們普遍接受的一種高潔度高效能的清洗方式。

超聲波清洗機應(yīng)用技術(shù)發(fā)展史：

現(xiàn)今，很多工廠運用超聲波清洗設(shè)備，替代原來使用的較陳腐的清洗工藝，取得了成功，使清潔質(zhì)量及產(chǎn)量和原來相比有了很大提升，并且改善了消費環(huán)境，獲得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

超聲波清洗技術(shù)已經(jīng)有40多年的歷史，但有一個誤解一直困擾著這項技術(shù)，使人們懷疑超聲波清洗器的效果。傳統(tǒng)的超聲波清洗器理論認為，氣泡會起到清洗的作用。但科學家經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，實際上，氣泡只是由超聲波的強力粗密波引起的單純的氣體爆發(fā)而已，并不會起到清洗作用，反而會抑制甚至消除超聲波清洗器的清洗力，真正發(fā)揮清洗作用的，其實是真空的氣穴。

1970年，柴野佳英從日本國立福島工業(yè)高等專科學校電氣工程專業(yè)畢業(yè)后，就職于蛇目縫紉機工業(yè)技術(shù)研究所。1975年，超聲波清洗器剛剛誕生，他進入了一家工業(yè)清洗公司。當時，大量使用三氯乙烯、氟里昂等有毒有害的化學溶劑作為清洗介質(zhì)，對環(huán)境的污染十分嚴重。

柴野佳英決定走研究環(huán)保超聲波清洗器的道路。但由于缺乏資金，一切都只能因陋就簡，試驗設(shè)備更是無從談起。由于超聲波清洗機槽幾乎都采用不銹鋼做成，無法從側(cè)面觀察超聲波在介質(zhì)中產(chǎn)生的狀況，所以柴野佳英買了一個透明塑料魚缸代替，這樣就很容易觀察到清洗槽里產(chǎn)生的變化。他發(fā)現(xiàn)，放置在魚缸底部的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡不斷上升，一個大氣泡變成兩個小氣泡，最后炸開。

傳統(tǒng)的超聲波清洗器原理就是通過超聲波在液體介質(zhì)中傳播產(chǎn)生氣泡，再通過氣泡爆炸產(chǎn)生的力量來起到清洗物體表面的效果。然而由于氣泡中有空氣的存在，爆炸產(chǎn)生的力量有限，因此清洗效果并不理想。柴野佳英發(fā)明了清洗力數(shù)字計測器，可隨時計測超聲波的音壓和氣穴沖擊力，從而將清洗裝置調(diào)整到最佳狀態(tài)。

我國超聲清洗技術(shù)的發(fā)展史：

我國在解放前，超聲研究是個

傳統(tǒng)的浸泡工藝清洗時間長，效果不明顯，因此很難在短時間達到清潔標準。要徹底解決清潔度問題，必須采用新技術(shù)新設(shè)備?，F(xiàn)在制造行業(yè)很多公司就利用了超聲波清洗設(shè)備來進行清洗。

超聲波清洗作用原理——空化作用(cavitation)：

在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗，其原理可用“空化”現(xiàn)象來解釋，清洗效果和超聲波在液體中產(chǎn)生的“空化”強度有密切的關(guān)系。

超聲波振動在液體中傳播，當其聲波壓強達到一個大氣壓時，超聲波的功率密度約為0.35W/cm2，這時在液體中傳播的超聲波的聲波壓強峰值就可以輕易達到真空或負壓：但實際上是無負壓現(xiàn)象存在的，因而在液體中產(chǎn)生一個很大的力，將液體分子拉裂成空洞，此空洞為真空或非常接近真空，此空洞在信號電壓值下一個半周達到最大時。由于周圍壓力的增大而被壓碎，此時液體分子激烈碰撞產(chǎn)生非常強大的沖擊力，將被清洗物體表面的污物撞擊下來，這些無數(shù)細小而密集的氣泡破裂時產(chǎn)生沖擊波的現(xiàn)象被稱之為“空化”作用。

空化作用很容易在固體與液體的交界處產(chǎn)生，因而對于浸入超聲作用下液體中的物體具有超乎尋常的清洗作用。另外，由于超聲波具有很強的穿透固體的作用，可以穿透到被清洗物的另一側(cè)表面，以及所有浸入介質(zhì)中的內(nèi)腔、盲孔、狹縫，將清洗物表面附著的污垢剝落，達到完美的清洗效果。同時超聲波還有乳化中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附著在被清洗物件上。

所以這種“空化”作用對浸入超聲波作用下的液體中物體內(nèi)外表面(如管件、箱體件)均能得到清洗，這是超聲波清洗優(yōu)于其它清洗手段的重要方面。

超聲波清洗力的來源：

超聲波清洗一般采用2種清洗劑：化學溶劑和水粉劑，對污物油脂均有溶解滲透作用，這是一種化學作用力。而超聲波的空化作用卻是物理性的，超聲波清洗是結(jié)合了化學作用和物理作用。首先靠化學作用對污物進行滲透、溶解，然后再通過超聲波“空化”作用所產(chǎn)生的沖擊力將物體表面的

超聲波清洗劑主要是指擁有超聲波設(shè)備的清洗劑，有水基型清洗劑和溶劑型清洗劑。一般情況下，要根據(jù)清洗物品的性質(zhì)而選擇清洗劑。接下來分別簡單介紹兩種：

一、水基型清洗劑——兌水10-20倍使用

產(chǎn)品特點：

1、用于清洗各類常見油脂(潤滑油、防銹油、沖壓油脂)，清除油污、重油垢能力極強，清洗效率是煤油4-5倍;

2、應(yīng)用范圍無限制，產(chǎn)品無毒，不可燃，使用時無需考慮現(xiàn)場的工況條件;

3、使用成本低，成本僅是煤油清洗成本的10分之一;

4、使用安全，本產(chǎn)品無味、無毒、不可燃、不腐蝕被清洗物，不損傷皮膚，對各種表面均安全無傷害;

5、清洗后對金屬表面具有短期防銹作用;

6、使用簡單，加水稀釋后，既可在常溫下直接使用，也可加熱使用(50度效果最佳);

7、表面活性劑可生化降解，對環(huán)境無污染。

優(yōu)點：泡沫少，稀釋比例高，適用于清洗大型機電設(shè)備表面油污、油垢，除油效果好，沒有腐蝕性。

用途：各類機電設(shè)備表面油污、油垢的清洗。

性狀：透明液體

pH值：7-11

使用方法：低濃度稀釋使用，適當加熱后，效果更佳。

清洗溫度：40°C-55°C

二、溶劑型清洗劑——不可兌水

產(chǎn)品特點：

1、用于精密儀表、電子產(chǎn)品、集成電路、線路板機械零件、航空器材、五金沖壓油以及各類金屬表面油污的清洗;

2、用于清洗機械設(shè)備、機床表面的頑固重油污;

3、用于清洗鉆井平臺上的原油油垢和油泥，原油管線、儲罐;

4、用于清洗焦化廠各類煤焦油管道和間冷器、油氣分離器;

5、用于電鍍行業(yè)的脫脂清洗;

6、用于汽車行業(yè)脫脂清洗;

7、用于超聲波清洗;

8、用于清洗各類常見油脂(潤滑油、防銹油、柴油)。

優(yōu)點：泡沫少，易擦洗，適合用于清洗精密零部件，脫脂除油效果好，速度快，不會對物件表面造成腐蝕性，并且具有一定的防銹功能。

用途：金屬零部件油污、油脂清洗。

性狀：淡黃色透明液體

超聲波清洗廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)、機電行業(yè)、輕紡行業(yè)、表面處理行業(yè)、鐵路段修、噴涂前工藝、電鍍工藝、軍事裝備等行業(yè)。

一、超聲波清洗在電子行業(yè)的應(yīng)用

電子行業(yè)是超聲波清洗應(yīng)用最早，最為普及的行業(yè)。

電子零件的清洗：電子零件，如半導(dǎo)體管的殼座、IC的殼座、晶體的殼座、繼電器的殼座、電子管座等。

電子元器件的基體清洗：電子元器件的基體是由半導(dǎo)體材料制成并封裝在金屬或塑料殼座中形成的，在封裝前，不但對殼座必須清洗，而且也必須對基體進行清洗，如IC芯片、電阻、晶體、半導(dǎo)體、原膜電路等。

PCB板的清洗：我國電子行業(yè)中，絕大多數(shù)企業(yè)都在使用PCB，PCB組件焊接采用的助焊劑分為水溶型、松香型和免清洗型三類，多采用超聲波清洗。

接插件、連接件、轉(zhuǎn)接器等器件的生產(chǎn)中，電鍍和組裝前也必須清洗，否則吸附在這些組裝零件上的灰塵、油污必將影響其導(dǎo)電和絕緣性能，特別是一些復(fù)雜的多芯連接器尤其如此。

電子材料加工成型后的清洗：如晶片、硅片、壓電陶瓷片等電子材料是供給元器件廠家的產(chǎn)品，其產(chǎn)品出廠前必須清洗，特別是作出口業(yè)務(wù)的廠家，其產(chǎn)品清洗成為一大難題，超聲波清洗是最有效的途徑。

二、超聲波清洗在機電行業(yè)中的應(yīng)用

機電行業(yè)中，從機械零件到機械部件，從電器零件到電器部件都有清洗的要求，如齒輪、曲軸乃至齒輪箱，又如電器零件上機械和電器的組合件，還有一些精密機械零件和電器零件，這些都離不開清洗。

目前，大多數(shù)企業(yè)采用的是傳統(tǒng)的清洗方法，如浸潤清洗、噴淋清洗。這些清洗方法不僅勞動強度大，而且易造成環(huán)境污染和水資源浪費。所以，不少企業(yè)著手進行技術(shù)改造，采用超聲波清洗以消除傳統(tǒng)清洗的弊端，特別是一些形狀復(fù)雜的機械零件，是傳統(tǒng)清洗無能為力的。

三、超聲波清洗在輕紡行業(yè)中的應(yīng)用

輕工行業(yè)，如空調(diào)、冷柜、冰箱中的壓縮機;鐘表零件、手表元件等;紡織行業(yè)，如精密紡織器材、噴絲嘴等;珠寶行業(yè)，如金銀首飾、珠寶玉器