超聲波清洗技術(shù)的機理研究、超聲波清洗工藝研究及應(yīng)用，在國外已有近50年的歷史，我國起步較晚。上世紀(jì)80年代前，我國的超聲波清洗研制單位無論從研制隊伍還是從生產(chǎn)上講，有些規(guī)模的為數(shù)很少。上世紀(jì)80年代后，特別是90年代開始，隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，以及科技的不斷進步，尤其是**制造技術(shù)的需求，超聲波清洗技術(shù)的研究與超聲波清洗設(shè)備的研制得到了迅速發(fā)展。

超聲波清洗屬于物理力清洗，其本身為**清洗。目前，超聲波清洗已成為國內(nèi)外*有效的清洗手段，并逐步深入到科技領(lǐng)域的諸多方面和各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)，特別是汽車工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用更為普遍。

1超聲波清洗技術(shù)內(nèi)涵

1.1超聲波清洗技術(shù)的機理當(dāng)聲波的頻率高達超過人耳聽覺范圍的頻率*限(20kHz)時稱為超聲波，它是一種交變電壓，在液體中傳播時出現(xiàn)稀疏密集狀態(tài)。在密集狀態(tài)時，液體受到正壓力，而在稀疏狀態(tài)時，液體受到拉力即負(fù)壓力，在介質(zhì)即清洗液中形成縱向傳播的一種機械波。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，氣泡迅速閉合，以每秒2.5萬~2.8萬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)。超聲波清洗主要靠這種“空化”效應(yīng)，空化效應(yīng)是主要因素。氣泡的爆破產(chǎn)生的高壓高溫沖擊波減小了污垢與被清洗件之間的粘著力，引起污垢的破壞和脫離;同時氣泡的振動能對被清洗物表面進行擦洗，氣泡還能鉆入裂縫中振動，使污層脫落。當(dāng)某些固體表面被油粘附時，油被超聲波乳化，迅速脫離清洗件的表面。超聲波空化在清洗件表面會產(chǎn)生很高的速度梯度和聲流，能進一步削弱或除去邊界層污染，同時超聲波振動還會引起介質(zhì)質(zhì)點的強烈振動，清洗件表面受到強烈的沖擊，使污物迅速脫離表面。

1.2超聲波清洗的優(yōu)點

1.2.1速度快

能快速、徹底地清除工件表面上的各種污垢，不必將物件拆開和刷洗，省時省力，降低人工成本，提高了生產(chǎn)效率，一般來說，超聲波清洗時間是其它清洗方式的1/4~1/10。

1.2.2清洗效果好

就清洗方式而言，在工業(yè)中的清洗方式一般為手工清洗、有機溶劑清洗、蒸汽氣相清洗、高壓水射清洗和超聲波清洗。超聲波清洗被國際公認(rèn)為當(dāng)前效率*高、效果*好的清洗方式。無論工件多么復(fù)雜，將其放入清洗液內(nèi)，只要是能接觸到液體的部位，超聲波的清洗作用都能達到。尤其是對于形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、手工及其它清洗方式不能完全有效地進行清洗的工件，具有顯著的清洗效果。

超聲波清洗和其它清洗方法的比較，見表1。1.2.3清洗成本低

在所有清洗方式中，清洗成本可分為:設(shè)備成本

表1超聲波清洗和其它清洗方法的比較

清洗方法                                                           剩余殘留物/%

浸潤式清洗                                                        70

蒸汽式清洗                                                        65

氣相清洗或高壓水射清洗                                   10

刷子清洗(在有機溶劑中)                                     8

超聲波清洗                                                        0~0.5

和消耗成本。超聲波清洗設(shè)備使用壽命約為10年，除設(shè)備購置成本高于手工清洗和有機堿性溶劑刷洗外，低于氣相清洗和高壓水射清洗;對于消耗成本，以有效尺寸為600mm×400mm×350mm，功率為1kW，價格約為1萬元的超聲波清機為例，工作1h，耗電1度，費用約為1.0元，一次清洗可對一定數(shù)量的工件同時清洗，清洗時間僅為3~15min，所以每件清洗費用很低;堿性金屬清洗劑1kg，價格約為20元，可反復(fù)使用20~50h，相當(dāng)于0.4~1元/h。使用堿性清洗劑清洗，清洗時間長，且基本是單個清洗，效率低。因此對消耗成本而言，采用超聲波清洗，不僅清洗效果*好，成本低，而且還節(jié)省勞動力成本。

1.2.4益于環(huán)境保護

超聲波清洗通常采用水基清洗液代替有機溶劑和強酸、強堿的人工清洗，改善了勞動環(huán)境、避免了對人體的傷害、減少了對空氣、水源的污染，有利于環(huán)境的保護，屬于**清洗。

1.2.5對工件表面無損超聲波清洗通常使用水基清洗劑，對工件表面沒有損傷。

1.3超聲波清洗設(shè)備的基本組成超聲波清洗設(shè)備無論功率大小，基本上由清洗

缸、換能器、超聲波發(fā)生器三部分組成。其中大型多槽式超聲波清洗設(shè)備還包括機械傳動裝置、清洗液回流過濾裝置、溫度控制裝置、噴流裝置和烘干設(shè)備，如果是氣相式超聲波設(shè)備還包括一臺冷水機。若用碳?xì)浠衔锶軇┣逑矗瑒t還需真空及干燥設(shè)備。1.4超聲波清洗技術(shù)參數(shù)的選擇

1.4.1超聲波功率的選擇超聲波清洗效果不一定與所加功率和工作時間成正比，有時用小功率花費很長時間也沒有清除污垢，而如果功率達到一定數(shù)值，則有可能很快將污垢去除。若超聲功率太大，這時液體中空化強度大大超聲波清洗適宜于其它方法粗洗后的精洗，特增加，較精密的零件將產(chǎn)生蝕點，造成不必要的損別適合形狀復(fù)雜或帶有深孔、盲空的零件，能取得其失，同時清洗缸底部振動板空化也十分嚴(yán)重，使缸的它方法無可比擬的清洗效果。壽命縮短。另外，超聲功率選得太大，使液體中聲強2.1除油脂過高，會產(chǎn)生大量氣泡，在聲波表面形成一道屏障，包括去除乳化油、潤滑油、防銹油等各種油脂。聲波不易輻射到整個缸體中，造成遠(yuǎn)離聲源的地方工件在防銹封存前、電鍍前和涂裝前都必須進行除清洗作用減弱。所以選擇合適的聲強是必須的。鑒油清洗，超聲波清洗的關(guān)鍵是選用含針對性的表面于目前混響場聲強測量的技術(shù)尚不夠成熟，目前還活性劑和乳化劑的清洗液。是用單位面積上的功率來進行設(shè)計，一般一臺標(biāo)準(zhǔn)2.2除銹及氧化皮超聲清洗器輸出功率密度大多選在0.3~0.6W/cm2之間。至于連續(xù)波聚焦超聲清洗一般選在每平方厘米幾十瓦左右，脈沖聚焦超聲清洗可選得更高。

1.4.2工作頻率的選擇

目前常用的超聲清洗器工作頻率在20~40kHz之間。工作頻率低，在使用水或水清洗劑時由空穴作用引起的物理清洗力顯然有利，但空化引起的噪聲大，噪聲分貝數(shù)大大超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所以20kHz及以下的頻率目前很少使用，除非降噪措施跟上。對于小間隙、狹縫、深孔的零件的清洗，選用高一些頻率較好。國外有的用幾百千赫茲清洗精密鐘表零件。對于清洗像硅片表面零點幾微米的微小顆粒污物，頻率可選在兆赫茲級范圍。

1.4.3清洗籠的選擇

在清洗小零件物品時，常需要使用網(wǎng)籠，但是網(wǎng)籠會引起超聲衰減，所以網(wǎng)籠尺寸要盡可能大，但又不會使小零件掉出。

1.4.4清洗液溫度的選擇水基清洗液適宜的清洗溫度約在40~60°C，尤其在冷天。若清洗液溫度過低，則空化效應(yīng)差，清洗效果也不好。因此大部分清洗設(shè)備在缸內(nèi)設(shè)置加熱保溫控制。如果溫度太高，空泡內(nèi)氣體壓力增加，引起沖擊聲壓下降，對清洗反而不利。

2　超聲波清洗的主要用途

超聲波清洗適宜于其它方法粗洗后的精洗，特別適合形狀復(fù)雜或帶有深孔、盲空的零件，能取得其它方法無可比擬的清洗效果。

2.1　除油脂

包括去除乳化油、潤滑油、防銹油等各種油脂。工件在防銹封存前、電鍍前和涂裝前都必須進行除油清洗，超聲波清洗的關(guān)鍵是選用含針對性的表面活性劑和乳化劑的清洗液。

2.2　除銹及氧化皮

鋼鐵零件在軋制或熱處理后，表面就會生成一層5～10μm厚的氧化鐵，超聲波清洗可以用弱酸代替強酸、強堿，減少了公害，避免了氫脆。作為鍍膜前處理基礎(chǔ)工藝環(huán)節(jié)，提高了鍍膜質(zhì)量。

2.3除污垢

2.3.1除積碳積碳是燃油和機油在高溫缺氧條件下燃燒生成的硬質(zhì)碳化物，與金屬表面吸附，分子間結(jié)合強度*大，用一般方法很難去除，還可能損壞了活塞表面的光潔度。改用超聲波清洗，清除徹底，不損壞工件表面質(zhì)量，而且效率高。

2.3.2油膩和油泥

工件被機油污染，再落入塵土，形成的油膩附著力很強;油泥是機油、焦油、含氧酸、碳化物、灰及水的混合物，結(jié)合強度可達(1~1.5)×104Pa，用超聲波清洗可非常徹底地去除。