超聲波空化作用是指存在于液體中的微氣核空化泡)在聲波的作用下振動,當聲壓達到定值時發(fā)生的生長和崩潰的動力學過程??栈饔冒惆?個階段:空化泡的形成、長大和劇烈的崩潰。當盛滿液體的容器當通入超聲波后,由于液體振動而產(chǎn)生數(shù)以萬計的微小氣泡,即空化泡。這些氣泡在超聲波縱向傳播形成的負壓區(qū)生長,而在正壓區(qū)迅速閉合,從而在交替正負壓強下受到壓縮和拉伸。
在氣泡被壓縮直至崩潰的瞬間,會產(chǎn)生巨大的瞬時壓力,般可達幾十兆帕至上百兆帕。測得:空化可使氣相反應區(qū)的溫度達到5200 K左右,液相反應區(qū)的有效溫度達到1900 K左右,局部壓力在5O5×10kPa,溫度變化率達10K/s,并伴有強烈的沖擊波和時速達400km 的微射流。這種巨大的瞬時壓力,可以使懸浮在液體中的固體表面受到急劇的破壞。通常將超聲波空化分為穩(wěn)態(tài)空化和瞬間空化2種類型:穩(wěn)態(tài)空化是指在聲強較低(般小于10 w/cm )時產(chǎn)生的空化泡,其大小在其平衡尺寸附近振蕩,生成周期達數(shù)個循環(huán)。
當擴大到使其自身共振頻率與聲波頻率相等時,發(fā)生聲場與氣泡的大能量耦合,產(chǎn)生明顯的空化作用。瞬態(tài)空化則是指在較大的聲強(般大于1O w/cm )作用下產(chǎn)生的生存周期較短的空化泡(大都發(fā)生在1個聲波周期內(nèi))。
超聲波清洗工作是由位于清洗工件表面或附近的空化氣泡來完成的,超聲空化作用主要表現(xiàn)如下幾個方面:
(1) 存在于液體中的微氣泡在聲場的作用下振動,當聲壓達到定值時,氣泡將迅速變大,然后迅速閉合,在氣泡閉合時產(chǎn)生沖擊波能在其周圍產(chǎn)生上千個大氣壓的壓力,破壞不溶性污物而使它們分散在清洗液中。
(2) 蒸汽型空化對污物層的直接反復沖擊,方面破壞污物與清洗件表面的吸附,另方面也會引起污物層的疲勞破壞而與清洗件表面脫離。
(3) 氣體型氣泡的振動對固體表面進行擦洗,污物旦有縫可鉆,氣泡就可以“鉆入"裂縫中作振動,使污層脫落。
(4) 對于有油污包裹住的固體粒子,由于超聲空化的作用,兩種液體在界面迅速分離而乳化,固體粒子即行脫落。
(5) 超聲空化在固體和液體界面上所產(chǎn)生的速微射流能夠除去或削落邊界污層,增加攪拌作用,加快可溶性污物的溶解,強化化學清洗的清洗作用。
超聲波清洗的特點:
(1) 超聲波清洗的特點是速度快、質(zhì)量、易于實現(xiàn)自動化,它特別用于表面形狀復雜的工件。如對精密工件上的空穴、狹縫、凹槽、微孔、暗洞等處,通常的洗刷方法難以見效,使用超聲清洗卻可以達到良好的效果。
(2) 超聲波清洗的另個特點是對質(zhì)地較硬、聲反射強的材料清洗效果較好(如金屬、玻璃、陶瓷、塑料)。
(3) 清洗效果好,清潔度且全部工件清潔度致。
(4) 清洗速度快,提生產(chǎn)效率,不須人手接觸清洗液,安全可靠。
(5)對深孔、細縫和工件隱蔽處亦可清洗干凈。
(6)對工件表面無損傷,節(jié)省溶劑、熱能、工作場地和人工等。
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