超声波技术在工业清洗中的应用

　　0前言

　　超声波是频率高于20kHz的声波，它本身具有很强的能量，而且方向性好，穿透能力强。人们可以利用它的特点来改变材料状态或性能，在生产过程中得到广泛应用。超声波的振动能通过清洗液的作用起到粉碎固体、雾化、乳化、提取和凝聚等作用[1]。

　　1超声波的清洗原理

　　超声波清洗的主要作用机理是超声空化作用，主要表现在以下几个方面。

　　(1)存在于清洗液中的微气泡(空化核)在超声波发生器及换能器的作用下将超声发生源的声能转变为超声振动，当压力达到一定数值时，微气泡将迅速膨胀，然后又突然间闭合，在微气泡闭合的瞬间所产生的冲击波能在其周围产生上千个大气压，通过清洗液质点的传播，把能量传递到清洗件表面释放，在污物层和表层间的间隙和空隙渗透，使污物层一层一层被剥离，直到污物层被完全剥离[2]。同时，超声波在清洗液中的传播过程连续不断地形成压缩和稀疏的区域(如图1所示)。这些气泡反复地在稀疏区受负压时膨胀，在压缩区受正压时闭合，瞬间释放巨大的能量。因此，当气泡完全消失的瞬间会立即产生强大的冲击波，这就是所谓的超声空化效应[3]。空化效应产生的巨大冲击力及强烈振动反复作用可破坏不溶性的污物，使其分散脱落于清洗液中。

　　(2)蒸汽型空化作用对污物层的直接反复冲击一方面破坏了污物与清洗件表面的吸附，另一方面引起污物层的疲劳破坏而削弱或者除去边界污层，加速了可溶性污物的溶解，从而强化了清洗的作用。

　　(3)对于有油污包裹而粘附在清洗件表面的固体粒子，由于超声空化的作用，清洗液在传播过程中产生的正负交变声压，在清洗件和油污之间迅速分散而乳化，固体粒子立即自行脱落。

　　(4)空化气泡本身在振荡过程中的辐射扭力作用于液体本身，从而导致液体本身的环流，称为声流。所有这些作用，都加快了破坏污物层的脱落，强化了清洗的进程。

　　(5)超声空化在污物与清洗液之间所产生的高速微射流也能除去或削弱边界污层，增加搅拌作用。加快可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。此外，清洗液本身的振动还会对清洗做出很大的贡献(超声波清洗设备示意图如图2所示)。

　　2超声波清洗效果

　　与其它传统清洗工艺如高压喷洗、喷淋浸泡、刷洗等物理和化学方法相比，超声波清洗工艺具有着显著的优越性：

　　(1)超声波清洗能大大提高清洗件表面的洁净度，尤其对于外形复杂零件的缝隙、小孔和隐蔽处的清洗;

　　(2)超声波清洗速度快，生产率高;