超声波清洗:基础理论和江南娱乐app官方版下载国际应用

文摘

报告描述了超声学理论和超声波技术如何应用于精密清洗。江南娱乐app官方版下载国际本课程将探讨超声学的重要性和应用在精密清洗以及解释超声波清洗设备及其应用。江南娱乐官网入口江南娱乐app官方版下载国际将讨论超声波清洗的工艺参数以及超声波清洗设备的正确操作程序以获得最大江南娱乐app官方版下载国际的结果。江南娱乐官网入口

介绍

江南娱乐app官方版下载国际清洁技术的变化。蒸汽使用氯化和氟溶剂脱脂,长标准的行业,被淘汰的地球的生态。同时,清洗需求不断增加。江南娱乐app官方版下载国际清洁在许多行业已成为一个重要的问题,它永远也过去了。在电子产品等行业的清洁是非常重要的,它变得更加支持增长的关键技术。似乎每个技术的进步越来越大注意清洁度要求它的成功。因此,清洁行业一直挑战提供所需的清江南娱乐app官方版下载国际洁,通过快速创新在过去的几年中。这些进步都涉及超声波技术的使用。清洁行业江南娱乐app官方版下载国际目前正在努力取代和替代溶剂脱脂清洗的“环保”手段。虽然替代水性,半亲水性和石油基础化学,他们通常不太有效比溶剂和清洁剂可能不充分表现在某些应用程序中,除非添加了机械能推动,确保所需的清洁水平。 Ultrasonic energy is now used extensively in critical cleaning applications to both speed and enhance the cleaning effect of the alternative chemistries. This paper is intended to familiarize the reader with the basic theory of ultrasonics and how ultrasonic energy can be most effectively applied to enhance a variety of cleaning processes.

什么是“超声学?”

超声学科学的声波高于人类可闻度的限制。声波的频率决定了其大小或音调。低频率产生低或低音音调。高频率产生高或音调的三倍。超声波是一个声音,音调很高,它由人耳无法听到。频率高于18赫兹通常被认为是超声波。用于超声波清洗的频率范围从20000次每秒或者赫兹(千赫)超过10000江南娱乐app官方版下载国际0千赫。最常用的频率对工业清洗20千赫至50千赫。江南娱乐app官方版下载国际频率高于50千赫更常用于小型桌面超声波清洗器,如那些珠宝商店和牙科办公室。

声波的理论

为了了解超声学的机制,有必要首先有一个基本的了解声波,它们是如何产生的以及他们如何通过导电介质旅行。字典定义声音振动通过弹性介质的传播可能是固体、液体或气体。声波一代——声波产生当一个孤独的或重复一个良好的导电介质中产生位移,如“冲击”事件或“振动”运动。空气的位移的锥广播扬声器是一个很好的例子,“振动”声波产生的机械运动。作为演讲者锥来回移动,面前的空气锥是交替压缩和稀薄产生声波,通过空气,直到他们终于消散。我们可能最熟悉的声波产生的交变的机械运动。也有声波是由一个单一的“冲击”事件。一个例子是雷电产生的空气瞬间变化体积作为放电的结果(闪电)。冲击事件的另一个例子可能是声音创建为一个木板瀑布表面与水泥地面。震惊的事件来源单一压缩波辐射从源。

声波的性质

上面的图中使用线圈弹簧类似斯林克玩具代表单个分子导电介质的声音。分子在中影响相邻分子一样,弹簧的线圈相互影响。在模型中声音的来源是在左边。声源产生的压缩弹簧的长度波动传播到每个相邻的线圈弹簧推动对其邻居。重要的是要注意,虽然波从弹簧的一端到另一端,单个线圈保持在相同的相对位置,先向一个方向被取代,那么其他当声波通过。因此,每个线圈是一个压缩的第一部分的线圈,然后稀疏的一部分,因为它从相邻的线圈消退。几乎以相同的方式,在一个良好的导电介质交替进行压缩,然后稀疏。在一个点的面积压缩,压力在中是积极的。在稀疏的面积,介质的压力是负的。

空化和内爆

在弹性介质如空气和大多数固体,有一个连续过渡作为声波传播。无弹性媒体诸如水和大多数液体,有连续过渡,只要声音的振幅或“响度”相对较低。随着振幅的增加,然而,负压的大小在稀疏最终成为足以导致液体骨折由于负压,造成一种现象称为汽蚀。空化“泡沫”在网站创建稀疏的液体骨折或眼泪,因为声音的负压波在液体中。波前通过,空化“气泡”振荡正压力的影响下,最终越来越不稳定的大小。最后,空化“泡沫”的暴力崩溃导致内爆,这导致辐射冲击波的网站崩溃。无数的崩溃和内爆空化“泡沫”在一个超音速驱动液体导致效果通常与超声学有关。已经计算出的温度超过10000°F和压力超过10000 PSI的内爆网站生成的空化气泡。清洁和冲洗过程中超声学的好处江南娱乐app官方版下载国际江南娱乐app官方版下载国际清洁在大多数情况下,需要一种污染物溶解(如土壤可溶性的情况下),取代(如non-soluble土壤的情况下)或溶解和流离失所的(如不溶性颗粒的情况下被溶性粘合剂如油或油脂)。超声波能量的机械效应可以帮助加速溶解和粒子取代。正如它是有益的清洁,冲洗过程中超声学也是有益的。江南娱乐app官方版下载国际残余清洗化学品被迅江南娱乐app官方版下载国际速和完全由超声波清洗。在去除污染物的溶解,有必要为溶剂接触和溶解的污染物。清洁活动江南娱乐app官方版下载国际发生只在清洗之间的界面化学污染物。(图1)

图1

清洁化学溶解污江南娱乐app官方版下载国际染物,饱和层之间的接口开发新的清洁化学污染物。一旦发生了,停止为饱和化学清洗操作可以不再攻击污江南娱乐app官方版下载国际染物。新的化学不能达到污染物。(图2)

图2

超声空化和内爆有效取代饱和层允许新的化学接触到污染物剩下的要删除。特别有益,不规则的表面或内部通道清理干净。(图3)

图3

超声波清洗速度解散江南娱乐app官方版下载国际

一些污染物是由不溶性颗粒松散连接和一个离子或凝聚力量。这些粒子只需要取代足以打破吸引力的力量被删除。(图4)

图4

超声波的空化和内爆活动取代灰尘等污染物,去除松散的表面。这是有效的,它是必要的,耦合介质能够润湿的颗粒被删除。(图5)

图5

复杂的污染物

当然,污染还可以更复杂的自然界中,组成的组合土壤可溶性和不可溶性组件组成。超声学的影响实质上是相同的在这些情况下,随着机械micro-agitation帮助可溶性污染物的溶解速度和位移的不溶性微粒。超声波活动也被证明速度或提高许多化学反应的影响。这可能是造成主要由高能级创建为创建高压力和温度的内爆。优越的成果很可能在许多超声波清洗操作可能至少部分归因于声化学效应。江南娱乐app官方版下载国际

一个好的过程

在上面的插图中,一部分被清洗的表面被表示为一个平面。在现实中,表面很少是平的,而不是由山,山谷和旋转,所有的描述。图6显示了为什么超声能量已被证明是更有效地比其他替代加强清洁,包括喷淋洗涤,刷牙,turbulation、空气搅拌,甚至electro-cleaning在许多应用程序中。江南娱乐app官方版下载国际超声波活动的渗透能力和协助室内复杂零件表面的清洁也是特别值得注意。江南娱乐app官方版下载国际

图6

超声设备

将超声能量引入清洗系统需要一个超声换能器和超声电源或“发电机”。江南娱乐app官方版下载国际The generator supplies electrical energy at the desired ultrasonic frequency. The ultrasonic transducer converts the electrical energy from the ultrasonic generator into mechanical vibrations.

超声波发生器

超声波发生器转换电能的线通常频率为50或60赫兹的交流电在超声频率的电能。这是在多种方式完成各种设备制造商。目前超声发电机几乎所有使用固态技术。

在超声波发生器有几个相对近期的创新技术,可以提高超声波清洗设备的有效性。江南娱乐官网入口江南娱乐app官方版下载国际这些包括方波输出,缓慢或快速脉冲超声能量的开关和调节或“扫地”的频率发生器输出在中央工作频率。最先进的超声波发生器有规定调整各种输出参数来定制任务的超声波能量输出。

方波输出

应用超声换能器的方波信号导致一个声输出谐波丰富。结果是一个多频清洗系统,振动同时在几个基本频率的谐波频率。江南娱乐app官方版下载国际多频操作提供了所有频率的优点结合在一个单一的超声波清洗槽。江南娱乐app官方版下载国际

脉冲

在脉冲操作中,超声能量是开启和关闭速度可能会有所不同从每隔几秒钟到每秒几百次。

时间的百分比也可能改变的超声能量产生不同的结果。脉冲速率较慢,更迅速的脱气液体作为合并出现泡沫的空气有机会上升到表面的液体在超声能量。在清洗过程更快速脉冲率可以提高重复高能超声能量的“爆炸”发生每次打开能量来源。江南娱乐app官方版下载国际

频率扫描

在扫描操作中,超声波发生器的输出的频率调制围绕一个中心频率本身可能是可调。

各种影响产生的变化的速度和频率调制。频率可以从每隔几秒钟调制每秒几百次变异的大小从几赫兹到几赫兹。扫描可以用来防止损害极其微妙的部分或减少清洁坦克的驻波的影响。江南娱乐app官方版下载国际扫描操作也可能发现特别有用在促进萜烯的空化和基于石油的化学反应。脉冲和扫描操作可能提供更好的结果时,空化的萜烯和石油化学是必需的。频率和振幅声波的频率和振幅特性。下面的插图显示频率和振幅使用弹簧模型介绍。在图中,如果是声波,B位移较低的媒体(没那么强烈的压缩和稀疏)作为波前通过,代表一个声波的振幅或“响度”。C represents a sound wave of higher frequency indicated by more wave fronts passing a given point within a given period of time.

超声波传感器

一般有两种类型的超声换能器在今天使用:磁致伸缩和压电。完成相同的任务是将交流电能转换成振动机械能,但它通过使用不同的意思。

磁致伸缩

磁致伸缩换能器利用某些材料的磁致伸缩原理的扩张和收缩时放置在一个交变磁场。

交流电能的超声波发生器是首先转换成一个交变磁场通过线圈的电线。然后用于交变磁场产生机械振动的超声频率共振的镍或其他磁致伸缩材料附在表面振实。由于磁致伸缩材料的行为完全相同的磁场极性,电能应用于换能器的频率是1/2的所需的输出频率。磁致伸缩换能器首先提供一个健壮的超声波振动来源高功率超声波清洗等应用程序。江南娱乐app官方版下载国际由于固有的机械限制硬件的物理尺寸以及电和磁的并发症,大功率磁致伸缩换能器很少操作频率远高于20赫兹。压电传感器,另一方面,可以很容易地操作到兆赫范围。磁致伸缩换能器效率通常低于压电同行。这主要是由于这样的事实:磁致伸缩换能器需要双能量转换电磁力,然后从磁机械。一些是迷失在每个转换效率。磁滞效应也偏离磁致伸缩换能器的效率。

压电

压电传感器交流电能直接转换为机械能通过使用某些材料的压电效应变化的维度,当一个应用电荷。

提供电能的超声频率的换能器由超声波发生器。这种电能应用于压电元件(s)在振动的传感器。放大这些振动换能器的共振质量和直接进入液体通过辐射板。早期的压电传感器利用诸如天然石英晶体压电材料和钛酸钡脆弱和不稳定。因此,早期的压电换能器是不可靠的。今天的传感器将更强,更高效和高度稳定的陶瓷压电材料的发展由于美国海军的努力及其研究开发先进的声纳转发器在1940年代。今天绝大多数的传感器用于超声波清洗利用压电效应。江南娱乐app官方版下载国际

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江南娱乐官网入口超声波江南娱乐app官方版下载国际清洗设备范围从小型桌面单位经常发现在牙科办公室或珠宝商店巨大几千加仑容量的系统用于各种工业应用。选择或设计合适的设备是至关重要的任何成功的超声波清洗的应用程序。江南娱乐app官方版下载国际最简单的应用程序可能只需要一个简单的加热罐清洁剂清洗在水槽或在一个单独的容器中。更复杂的清洗系统包括一个或多个冲洗,添江南娱乐app官方版下载国际加过程坦克和热风烘干机。自动化通常是添加到减少劳动和保证过程一致性。最大的装置利用可浸入的超声波传感器可以安装在侧面或底部的清洁几乎任何尺寸的坦克。江南娱乐app官方版下载国际可浸入的超声换能器提供最大的灵活性和易于安装和服务。加热油舱清洗系统(图7)江南娱乐app官方版下载国际在实验室和用于小批量清洗需要。

图7小的,独立的清洁剂(图8)用于医生的办公室和珠宝商店。

图8控制台清洁系统(江南娱乐app官方版下载国际图9)集成超声波清洗槽(s),清洗槽(s)和批清洁干燥。系统可以通过使用PLC自动控制物料搬运系统。

图9广泛的选项可能会提供定制设计系统,如图10所示。大规模安装或改造现有的坦克在电镀线,等,可以通过使用模块化可浸入的超声波换能器。超声波发生器通常安置在专用附件。

图10

最大限度地提高超声波清洗过程江南娱乐app官方版下载国际

工艺参数有效的应用超声波清洗过程需要考虑的参数。江南娱乐app官方版下载国际而时间、温度和化学保持重要的其他清洁在超声波清洗技术,还有其他因素必须考虑最大化的有效性的过程。江南娱乐app官方版下载国际特别重要的是这些变量影响液体的超声空化强度。最大化空化最大化清洗液体的空化显然是非常重要的成功超声波清洗过程。江南娱乐app官方版下载国际几个变量影响空化强度。温度是最重要的单一参数被认为是最大限度地提高空化强度。这是因为很多液体属性影响空化强度与温度有关。温度变化导致粘度的变化,气体在液体中溶解,溶解气体在液体中扩散速度,和蒸汽压,所有这些影响空化强度。在纯水中,空化效应最大化是大约160°F。液体的粘度必须最小化最大的空化效应。粘稠的液体缓慢,无法足够迅速地反应形成空化气泡和暴力的内爆。大多数液体的粘度随着温度的增加减少。最有效的空泡,清洁液体必须包含尽可能少的溶解气体。江南娱乐app官方版下载国际 Gas dissolved in the liquid is released during the bubble growth phase of cavitation and prevents its violent implosion which is required for the desired ultrasonic effect. The amount of dissolved gas in a liquid is reduced as the liquid temperature is increased. The diffusion rate of dissolved gasses in a liquid is increased at higher temperatures. This means that liquids at higher temperatures give up dissolved gasses more readily than those at lower temperatures, which aids in minimizing the amount of dissolved gas in the liquid. A moderate increase in the temperature of a liquid brings it closer to its vapor pressure, meaning that vaporous cavitation is more easily achieved. Vaporous cavitation, in which the cavitation bubbles are filled with the vapor of the cavitating liquid, is the most effective form of cavitation. As the boiling temperature is approached, however, the cavitation intensity is reduced as the liquid starts to boil at the cavitation sites. Cavitation intensity is directly related to Ultrasonic Power at the power levels generally used in ultrasonic cleaning systems. As power is increased substantially above the cavitation threshold, cavitation intensity levels off and can only be further increased through the use of focusing techniques. Cavitation intensity is inversely related to Ultrasonic Frequency. As the ultrasonic frequency is increased, cavitation intensity is reduced because of the smaller size of the cavitation bubbles and their resultant less violent implosion. The reduction in cavitation effect at higher frequencies may be overcome by increasing the ultrasonic power.减少溶解气的重要性

在负压的声波,液体是撕裂和空化泡沫开始形成。负压发展中的泡沫,气体溶解在空泡液体开始扩散穿过边界进入泡沫。负压是减少由于传递的稀疏部分声波和大气压力,空化气泡开始崩溃,由于其自身的表面张力。在声波的压缩部分,任何气体扩散到泡沫压缩,最后又开始弥漫整个边界重新进入液体。然而,这个过程就不算完整,只要泡沫以来包含气体扩散的泡沫不开始,直到泡沫压缩。一旦泡沫压缩,减少可用的边界表面扩散。因此,空化气泡形成的液体含有气体不会坍塌到崩溃而导致的一小袋压缩气体在液体中。这种现象可能是有用的在脱气液体。小气泡组在一起,直到他们最终成为充分活跃的液体的表面。

最大化整体清洁效果江南娱乐app官方版下载国际

江南娱乐app官方版下载国际清洁化学选择是极其重要的整体成功超声波清洗过程。所选必须兼容的贱金属化学清洗和有能力删除存在的土壤。它还必须形成空洞。大多数清洁江南娱乐app官方版下载国际化学物质可以与超声学满意地使用。有些人制定特别是使用超声学。然而,避免不起泡的配方通常用于喷淋清洗的应用程序。高度湿配方是首选。许多新石油清洁剂,以及石油和萜烯半亲水性清洁工为基础,与超声学是兼容的。使用这些公式可能需要一些特殊设备注意事项,包括增加超声波功率,是有效的。

图11

温度是前面提到的是重要的实现最大的空化。化学清洗的有效性也与温度有关。江南娱乐app官方版下载国际虽然空化效应最大化在纯水温度大约160°F,最佳清洗,通常出现在更高或更低的温度,因为温度对清洁化学的作用。江南娱乐app官方版下载国际作为一般规则,每个化学将在推荐过程执行最佳温度无论超声学上的温度效应。例如,尽管最大的超声效应在160°F,达到最高度腐蚀性的清洁剂使用180°F的温度到190°F因为极大地增强了化学效应增加的温度。应该可以找到其他清洁剂来分解和失去有效性如果使用在温度超过低至140°F。最佳实践是使用化学的最高推荐温度不超过190°F脱气清洗解决方案在实现令人满意的清洁是非常重要的结果。江南娱乐app官方版下载国际新的解决方案或解决方案已冷却之前必须脱气继续清洗。江南娱乐app官方版下载国际脱气后完成化学添加,通过操作超声波能量,提高溶液的温度。脱气所需的时间变化极大,根据油罐容量和溶液温度,可能为一个小柜从几分钟为一个大罐一个小时或更多。 An unheated tank may require several hours to degas. Degassing is complete when small bubbles of gas cannot be seen rising to the surface of the liquid and a pattern of ripples can be seen.

图12

超声波清洗槽为权力交付给必须足以形成空洞的整个体积液体的工作负载。江南娱乐app官方版下载国际瓦特每加仑是一个度量单位通常用来衡量一个清洗槽的超声功率水平。江南娱乐app官方版下载国际随着坦克体积增加,所需要的瓦每加仑数达到所需的性能会降低。江南娱乐app官方版下载国际清洗零件非常大或有高比率的表面质量可能需要额外的超声功率。过度的权力可能导致气蚀或“燃烧”软金属零件。如果各种零件清洗在一个单一的清洗系统,超声波功率控制建议允许功率根据需要调整各种清洗需要。江南娱乐app官方版下载国际一部分暴露在化学清洗和超声能量对有效的清洁很重要。江南娱乐app官方版下载国际必须注意确保所有地区的部分被打扫清洁液体淹了。江南娱乐app官方版下载国际部分篮子和夹具设计必须允许渗透的超声能量和位置的部分,以确保它们暴露在超声能量。常常需要单独架部分在一个特定的取向或旋转它们在清洗过程中彻底清洁内部通道和盲孔。江南娱乐app官方版下载国际

结论

正确利用,超声能量可以大大加剧许多浸泡清洗和冲洗过程的速度和效率。江南娱乐app官方版下载国际今天是特别有益提高的有效性的首选水清洁化学,事实上,有必要在许多应用程序中实现所需的清洁水平。江南娱乐app官方版下载国际超声学、水化学反应往往能给结果超过以前通过使用溶剂。超声学不是一个技术的未来,今天是很重要的技术。