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超聲波的清洗作用是一個十分復雜的過程,在這里只做一簡單介紹。超聲波作用包括超聲波本身具有的能量作用,空穴破壞時放出的能量作用以及超聲波對媒液的攪拌流動作用等。
1超聲波的能量作用:超聲波具有很高的能量,它在傳媒液體中傳播時,把能量傳遞給傳媒質點,傳媒質點再將能量傳遞到清洗對象物表面并造成污垢解離分散。聲波是一種縱波,即傳媒質點的振動方向與波的傳播方向一致。在縱波傳播過程中,傳媒質點運動造成質點分布不勻,出現疏密不同的區域,在質點分布稀疏區域聲波形成負聲壓,在分布致密區域聲波形成正聲壓,并形成負聲壓、正聲壓的交替連續變化,這種變化不僅使傳媒質點獲得一定動能而且獲得一定加速度。高頻超聲波的能量作用是異常巨大的。在具有能量的傳媒質點與污垢粒子相互作用時,把能量傳遞給污垢并造成它們的解離分散。
2空穴破壞時釋放的能量作用:超聲波與通常聲波一樣在媒液中傳播是直線運動方式。運動速度與媒液有關,在不同媒液中傳播速度不同,超聲波的頻率比通常的聲波頻率高,所以波長短,能量高。
在媒液中直線前進的超聲波,到達與其它物質的界面時,要發生透射和反射運動,發生透射與反射的程度是由構成界面物質的聲阻抗率決定的,聲阻抗率是傳聲媒質某一給定表面的聲壓與質點速度之比。各種傳聲媒質都有固定的聲阻抗率。當超聲波行進到聲阻抗率相差很大的兩種媒質的界面時,主要發生反射,而在聲阻抗率相近的兩種媒質的界面上主要發生透射。如當超聲波行進到水-空氣界面時,由于空氣密度遠小于水,因此聲阻抗率也相差較遠,所以此時聲波主要發生反射;同樣超聲波行進到水-鋼鐵界面時,由于兩種媒質之間聲阻抗率相差很大,所以主要也發生反射。而當超聲波行進到水-塑料界面時,由于兩種媒質之間聲阻抗率相近,所以超聲波主要發生透射。
反射回來的超聲波與前進中的超聲波合成后,當每一點的位相差保持穩定不變時,發生共振,而在某些固定位置上相互疊加而加強,媒液在這些位置上容易產生空穴。
由于超聲波以正壓和負壓重復交替變化的方式向前傳播,負壓時在媒液中造成微小的真空洞穴,這時溶解在媒液中的氣體會很快進入空穴并形成氣泡;而在正壓階段,空穴氣泡被絕熱壓縮,zui后被壓破,在氣泡破裂的瞬間對空穴周圍會形成巨大的沖擊,使空穴附近的液體或固體都會受到上千個大氣壓的高壓。放出巨大的能量。這種現象在低頻率范圍的超聲波領域激烈地產生。當空穴突然爆破時,能把物體表面的污垢薄膜擊破而達到去污的目的。
當使用的超聲波頻率在28~100khz范圍內時,超聲波的幾種作用都存在。而空穴消失過程產生的巨大壓力作用十分突出。當使用的超聲波頻率在特高頻率范圍時,超聲波的作用主要是其本身巨大的能量作用,并不產生空穴,但這種巨大的能量對細微污垢的去除清洗作用很大。
另外超聲波不僅有幫助媒液加快溶解污垢的作用,而且也起到攪拌作用,使媒液發生運動,新鮮媒液不斷作用于污垢加速溶解。所以超聲波強大的沖擊力如果作用發揮適當的話,可促使頑固附著的污垢解離,而且清洗力不均勻的情況得以避免。但由于超聲波使用過程中存在對清洗對象造成損傷的可能性,所以當清洗對象很脆弱的情況不宜采用超聲波清洗。
洗滌媒液的選擇
超聲波清洗都是以一定的液體作為媒質的條件下進行的,選擇媒液是以能充分發揮超聲波的作用達到去污目的為原則的。由于水是產生空穴效果的液體,通常用清水作媒液,用量不很大,也不需要采用噴射或攪拌的方法來使水劇烈流動。但由于清水對油性污垢的分散解離能力較差,因此實際上常采用表面活性劑或酸堿水溶液作超聲波清洗的媒液。
由于各種親水性或親油性有機溶劑產生空穴效果的能力比水差,所以如果用這些有機溶劑作媒液,實際上要靠它們對污垢的溶解分散能力作補充才能有效地去除污垢。而且有機溶劑往往存在易然、易爆和有毒的問題,因此通??偸怯盟髅揭?。
用超聲波清洗應注意的問題
在一定條件下用超聲波清洗才能過得較好效果,因此需要注意以下問題。
1克服空穴產生的不均勻性:前已述及空穴是沿著zui大聲壓帶不均勻地產生的。當清洗對象在洗液中處于靜置狀態時,就會由于空穴產生的不均勻造成清洗的不均勻現象。通常為克服這種現象的發生,常采用以下方法:
①移動清洗對象:當清洗對象在洗槽中移動時,空穴能較均勻地作用于對象的表面,zui常用的方法是讓清洗對象發生旋轉,當物體位于空穴zui大聲壓帶垂直相交的平面上清洗效果比較專一。
②改變洗液深度:當洗槽液面上下變動時,空穴zui大聲壓帶的位置也發生相應變化可以克服不均勻性。
③形成矩形波形:把幾種不同波長的超聲波合成在一起,所產生的超聲駐波,zui大聲壓帶范圍擴大,可以克服不均性。
④防止共振波的生成:如果使液面與清洗對象表面不相互垂直,可防止在清洗對象表面發生受迫振動并形成共振波。這樣,一方面可減少清洗不勻,同時也可避免清洗對象損傷。
2克服由于超聲波被反射而造成的效果不均勻性:當超聲波反射發生在清洗對象內側的表面,金屬管道的內表面,金屬物品深陷處的凹面以及碰到金屬網做的清洗物容器時,都會妨礙超聲波的透過而造成超聲波作用的不均勻,這是超聲波清洗中常出現的問題。
3空穴作用造成的清洗對象的損傷:空穴作用有可能使清洗對象損傷,性能變得脆弱。
另外,在用超聲波處理銳利的刀具的刀刃、電子機械上用的極薄的金屬片時,由于空穴作用造成破損的事情是經常發生的,而且是頻率越低的超聲波空穴作用強度越大。因此在使用超聲波清洗時,對清洗對象的形狀、材料的性質都要考慮到。只有選擇適當的超聲波頻率,采用適當的使用方法才能取得好的清洗效果。
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