一、描述：

在我们了解超声波清洗机工作原理的时候我们应该了解什么是超声波？众所周知，人们所听到的声音是频率20～20000Hz的声波信号，高于20000Hz的声波称之为超声波，声波的传递依照正弦曲线纵向传播，即一层强一层弱，依次传递，当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产生一定的负压，使液体内形成许许多多微小的气泡，而当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的正压，因而，液体中形成的微小气泡被压碎。经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压，这种现象被称之为“空化效应”，超声波清洗正是应用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用。

超声波清洗机工作原理

二、工作原理：

超声波清洗机是利用高于20KHZ的超音频信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传入清洗液中，超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动并产生数以万计的微小气泡，这些气泡是在超声波纵向传播形成的负压区形成生长，而在正压区迅速闭合，这些气泡的形成生长及迅速闭合被称为空化现象。在空化现象中，这些气泡的闭合形成超过1000个大气压的瞬间高压，连续不断地瞬间高压就象一连串小的“爆炸”不停地轰击物体表面，使物体表面及缝隙之中的污垢迅速剥落，达到迅速清洗效果；当声压或者声强受到压力到达一定程度时候，气泡就会迅速膨胀，然后又突然闭合。在这段过程中，气泡闭合的瞬间产生冲击波，使气泡周围产生1012-1013pa的压力及局调温，这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中，蒸汽型空化对污垢的直接反复冲击，这就是超声波清洗机原理。

超声波清洗机工作原理图

三、超声波清洗空化作用主要表现哪些形式：

1.存在于液体中的微气泡（空化核）在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡将迅速变大，然后溘然闭合，在气泡闭合时产生的冲击水波能在其附近产生上千个大气压的压力，破坏不溶解性污物而使它们分解在清洗液中。

2.蒸汽型空化对污物层的直接反复冲击，一方面破换污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的疲惫破坏而清洗件表面脱离。

3.气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污物一旦有缝可钻，气泡就可以“钻入”裂痕中振动，使污层脱落。例如工件上的氧化层就可以比较等闲被气泡剥离。

4.对于有油污包裹住的固体粒子，因为超声空化的作用。两种液体在界面迅速分散而乳化，固体粒子即行脱落。

5.空化气泡本身在振荡过程中，将伴跟着一系列二阶段现象发生，如辐射扭力。辐射扭力在平均液体中作用于液体本身，从而导致液体本身的环境，即称之为声流。这个声流可以作用于量级较大的范围，也可限于μm量级较小的范内，后者场称为微声流，它可以使振动气泡表面处在很高的速度梯度和粘滞应力，这种应力有时高达100Pa以上，足以使工件表面污物造成破坏而使其脱落。

6.超声空化在固体和液体界面上所产生的高速微射流能够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。

超声波清洗机震动原理图

四、工作特性：

第一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡立即 “钻入”振动使污层脱落，由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化、固体粒子自行脱落，超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，形成射流，冲击清洗件，同时由于非线性效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流，所有这些作用，能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。由此可见，凡是液体能浸到且声场存在的地方都有清洗作用，其特点适用于表面形状非常复杂的零件的清洗。尤其是采用这一技术后，可减少化学溶剂的用量，从而大大降低环境污染。

第二超声波在液体中传播，使液体与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声。另外，在超声波清洗过程中，肉眼能看见的泡并不是真空核群泡，而是空气气泡，它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。只有液体中的空气气泡被完全拖走，空化作用的真空核群泡才能达到最佳效果。上图是一个在水中工作的换能器剖面图：在中间是一层一定厚度的不锈钢板，换能头沾结在这一层钢板下，通过超声发生源产生一定频率和电压的交流电信号带动换能头和不锈钢板一起做高频震动，当钢板向上震动时，将水向上推开，当钢板向下震动时，水跟不上钢板的震动速度，在水和钢板之间会形成一个空隙，这样反复震动就会有许多的气泡形成，如图所示：这种气泡就是由“空化效应”产生的，我们称之为空化泡。空化泡顺着震动方向向水中传播，如果水中正好有工件，空化泡撞击到工件表面产生数千个大气压的撞击力，带动工件表面的污垢脱落。

超声波清洗机结构示意图

五、超声波的危害

人长期受到超声的影响，会引起人体组织轻微的发热；当频率更高时，发热就会越发厉害，使人体内水分子被烧，周围的组织遭到破坏，长时间如此就有危险。因此大功率高强度的超声波持续作用于人体是有害的；小功率超声波间歇作用于人体却是有益的。就相当于有人给你轻轻捶背你会感到舒服，但重击你时你会感到疼痛甚至是伤害。