Производители объясняют принцип работы ультразвуковой очистки и её возможное влияние.

Принцип ультразвуковой очистки

1. Что такое ультразвук (Ультразвук)?

Чтобы понять, как работают ультразвуковые очистители, сначала необходимо определить ультразвук. Человеческое восприятие звука охватывает частоты от 20 Гц до 20 000 Гц. Звуковые волны выше 20 000 Гц классифицируются как ультразвук.

Ультразвук распространяется как продольная синусоидальная волна, чередующаяся между зонами высокого и низкого давления. В зонах низкого давления в жидкости образуется отрицательное давление, создавая крошечные вакуумные пузырьки. В зонах высокого давления эти пузырьки violently разрушаются.

Исследования подтверждают, что внезапное разрушение каждого пузырька высвобождает мощную ударную волну, создавая локальные температуры в сотни градусов Цельсия и давления более 1000 атмосфер за мгновение. Этот эффект известен как кавиция. Ультразвуковая очистка использует эти ударные волны для очистки и удаления загрязнений как с внешних, так и с внутренних поверхностей деталей.

2. Как работает ультразвуковой очиститель

Ультразвуковые очистители используют сигналы высокой частоты выше 20 кГц, преобразуются трансдьюсерами в высокочастотные механические колебания, которые передаются в очищающий раствор.

Ультразвук излучается через жидкость в виде чередующихся волн сжатия и разрежения, создавая бесчисленные микропузырьки. Эти пузырьки образуются и растут в зонах низкого давления и быстро коллапсируют в зонах высокого давления — процесс, называемый кавиция.

Когда пузырьки коллапсируют, они создают мгновенное давление, превышающее 1 000 атмосфер. Повторяющиеся высокое давление взрывы действуют как крошечные взрывы, обстреливая поверхность деталей и быстро удаляя загрязнения, даже из глубоких трещин.

По мере достижения звукового давления порогового значения пузырьки быстро расширяются, а затем резко коллапсируют. Этот коллапс создает ударные волны с давлением от 10¹² до 10¹³ Па и экстремальными локальными скачками температуры. Интенсивное давление разрушает нерастворимые загрязнения в раствор. В сочетании с повторяющимися ударами паровой кавитации это является основной механикой ультразвуковой очистки.

3. Основные формы кавитации ультразвука

• Микропузырьки (ядра кавитации) в жидкости вибрируют под воздействием звуковых волн. Когда давление достаточно, они расширяются, а затем внезапно коллапсируют, создавая ударные волны с тысячами атмосфер, разрушающие нерастворимую грязь.
• Прямое, повторяющееся воздействие паровой кавитации ослабляет сцепление между загрязнениями и поверхностями деталей, вызывая усталостное разрушение и отслоение.
• Вибрирующие газовые пузырьки очищают твердые поверхности. Если существуют трещины, пузырьки проникают и вибрируют внутри них, ослабляя и удаляя слои, такие как оксидные пленки.
• Для твердых частиц, застрявших в масле, кавитация быстро разделяет и эмульгирует масляный интерфейс, освобождая частицы с поверхности.
• Вибрация кавитационных пузырьков вызывает вторичные эффекты, включая акустический поток — перемещение объема жидкости или микропотоки высокой скорости возле поверхностей пузырьков. Сильные сдвиговые силы (часто превышающие 100 Па) нарушают и удаляют поверхностные загрязнения.
• Микрошнеки высокой скорости, образующиеся на границе твердых и жидких сред, удаляют или ослабляют пограничные слои, усиливают перемешивание, ускоряют растворение и повышают эффективность химических очистителей.

4. Рабочие характеристики

• Кавитация разрывает связь между грязью и субстратами, вызывает усталостное отслоение, очищает поверхности, проникает в трещины, эмульгирует масла и освобождает частицы.
• Чередование звукового давления создает струи, которые воздействуют на детали; нелинейные эффекты вызывают акустический поток и микропотоки.
• Очистка происходит везде, где достигают жидкость и ультразвук, что делает ее идеальной для компонентов сложной формы.
• Ультразвуковая очистка снижает использование химических растворителей, значительно уменьшая загрязнение окружающей среды.

Когда жидкость и резервуар вибрируют на ультразвуковых частотах, можно услышать тихий гул. Видимые пузырьки в растворе — обычно воздушные пузырьки, что снижает эффективность кавитации. Только при полном удалении растворенного воздуха пузырьки вакуумной кавитации могут работать оптимально.

В типовой сборке преобразователя металлическая пластина из нержавеющей стали вибрирует с прикреплёнными преобразователями, управляемыми ультразвуковым генератором. Когда пластина движется вверх, она толкает воду; при быстром движении вниз между пластиной и водой образуется вакуумный зазор, создающий кавитационные пузырьки. Эти пузырьки ударяют по погружённым деталям с тысячами атмосфер давления, dislodging загрязнения.

5. Потенциальные эффекты ультразвука

Длительное воздействие ультразвука может вызывать лёгкое нагревание тканей человека. При более высоких частотах и интенсивностях нагрев усиливается, потенциально влияя на молекулы воды и повреждая окружающие ткани при длительном воздействии.

Высокопроизводительный, непрерывный ультразвук может быть вреден для человеческого организма.В отличие от этого, низкоэнергетический, прерывистый ультразвук обычно считается безопасным и даже полезным — подобно мягкому постукиванию, которое ощущается комфортно, в то время как сильные, повторяющиеся удары вызывают боль или травму.