超聲波測厚儀在壓力容器厚度檢測的應(yīng)用（二）

才能達(dá)到要求，而且超聲波清洗只需要一次處理即能達(dá)到要求，既節(jié)省溶劑，提高效率，又減少環(huán)境污染。

    隨著超聲波清洗設(shè)備的應(yīng)用范圍越來越廣泛，各種經(jīng)過不斷完善和改進(jìn)的新穎超聲波清洗設(shè)備正在取代已面市的老式設(shè)備。

    兆赫超聲波清洗技術(shù)是指采用頻率700KHz—2MHz的超聲波進(jìn)行清洗。清洗系統(tǒng)一般由壓電換能器陳列、清洗容器和清洗液、高頻電功率發(fā)生器及控制電路等組成，對于某些特定的清洗對象，有時還配有熱空氣烘干、專用清洗架(籃)及清洗液的過濾循環(huán)系統(tǒng)。

    兆赫超聲波清洗技術(shù)的主要特點，一是避免了高光潔度物體的表面損傷；二是可除去附著在表面的亞微米大小的顆粒；三是浸入液體中，面向換能器的一面能被洗凈，所以要進(jìn)行兩面清洗。

    目前，國外市場上已有商用的兆赫超聲波清洗設(shè)備。美國Verteq、Imtec、ProSys公司已開發(fā)出這類設(shè)備用于半導(dǎo)體生產(chǎn)線上，在對100—300mm硅片的清洗中，可除去硅片表面上小到0．15μm的微小顆粒，而且可加快漂洗過程并有效地阻止粒子在硅片表面上重新附著。兆赫超聲波清洗是國外許多大規(guī)模集成電路制造廠家生產(chǎn)過程中不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

超聲波的作用原理

    超聲波清洗的原理，在理論要加以闡述是比較復(fù)雜的，里面牽涉許多因素和作用，可以體現(xiàn)超聲波清洗作用的主要有以下三點。

    (1)空穴作用

    當(dāng)強力的超聲波輻射到液體中，清洗液以靜壓(一個標(biāo)準(zhǔn)氣壓)為中心進(jìn)行變化，在壓力到零氣壓以下時，溶解在液體中的氧會形成微小氣泡核，進(jìn)而產(chǎn)生無數(shù)近似真空的微小空洞(空穴)。超聲波的正壓力時的微小空洞，在絕熱壓縮狀態(tài)被擠碎，這個發(fā)生在擠碎瞬間的強力沖擊波，可直接破壞污染物并使之分散在液中，形成清洗機(jī)理。試驗中這種強力的清洗作用，能在數(shù)十秒內(nèi)對鋁箔侵蝕成無數(shù)的小孔。

    利用空穴作用的清洗，對去油污的效果比較好，通常在28KHZ~50KHZ的頻率內(nèi)進(jìn)行機(jī)械另部件的清洗，清洗機(jī)的超聲波強度大多設(shè)定在0．5~1w／cm2。

    (2)加速度

    清洗液體經(jīng)超聲波輻射，液體分子發(fā)生振動，這種振動加速度在28KHZ時是重力加速度的103倍，在950KHZ時將達(dá)到105倍，由這個強力加速度可以對受污物的表面實行剝離清洗。然而，950KHZ的超聲波不產(chǎn)生空穴，不適應(yīng)去油污的清洗，只能在電子工業(yè)的半導(dǎo)體制造中，對亞微米粒子的污染進(jìn)行清洗。

    (3)物理化學(xué)反應(yīng)的促進(jìn)作用

    由空穴作用使液體局部發(fā)生高溫高壓(1000氣壓，5500℃)，再經(jīng)振動產(chǎn)生的攪拌，促使化學(xué)或物理作用的相乘，液體不斷地乳化分散，進(jìn)一步促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的速率。

清洗液深度的確定

    液體中的超聲波會因行波、回波的相互干擾及強合結(jié)果，將形成“駐波”現(xiàn)象，(見圖1)。確定產(chǎn)生駐波的液體深度，能得到*好的超聲波輻射效果。產(chǎn)生駐波的液體深度，可用下面公式計算。

    液深(λ/2)＝聲速/頻率÷2

    這個液體深度的正倍數(shù)數(shù)值，也是*適合的深度，例在20℃水溫，28K1c時液深為27mm、54mm、81mm等等，38KHZ時液深為21mm、42mm、63mm等，但是，不同的液體、液溫及超聲振蕩器，其駐波發(fā)生情況是不同的。參見表1。

表 1 駐波的產(chǎn)生情況比較

清洗液 聲 速 λ/2  

水 20℃ 1483mm  27mm 

氟里昂 20℃ 717mm 13mm  

IPA 20℃ 1168mm 21mm 

酸堿清洗劑 20℃ 1483mm 27mm 

超聲波產(chǎn)生方式和清洗條件的設(shè)定

    超聲波的產(chǎn)生方式由表2表示，可按不同的清洗目的加以選擇，目前常用的是能進(jìn)行強力清洗的連續(xù)振蕩方式。頻率調(diào)制和多頻率的方式，清洗時清洗不均現(xiàn)象較多，對污染嚴(yán)重物體的清洗不太適應(yīng)。

表 2 超聲波的產(chǎn)生方式

方  式 內(nèi)  容 特  征 

連續(xù)振蕩 振幅及頻率是固定的 可強力清洗。由駐波作用使清洗不均，應(yīng)增加搖動，達(dá)到清洗均勻性。 

加寬調(diào)制 振幅變化 有良好的脫氣效果，對不同物體清洗性好，噪聲大。 

頻率調(diào)制（FM振蕩） 振蕩頻率實行數(shù)千赫的變化 能均勻地清洗。清洗效率差，平均輸出功率低。 

同時多頻率 多種頻率同時發(fā)生 形成均衡的聲場，清洗均勻，不易得到強力的超聲波。 

多頻率交替 每一種頻率發(fā)生復(fù)數(shù)個頻率 清洗均衡，不易得到強力清洗。 

圓錐形輻射清洗 用不銹鋼制成的共振體進(jìn)行超聲波輻射。一般在清洗不充分場合使用 可獲得常規(guī)超聲波10倍或20倍的強度，性能高。 但清洗面小，噪聲大 

清洗條件的選擇設(shè)定主要有以下數(shù)點。

    ·清洗位置：將清洗物置于駐波壓力*大的位置，可獲得*佳的清洗效果。但是比駐波大的物體清洗時，易產(chǎn)生清洗不均，這時應(yīng)將物體在上下數(shù)十毫米內(nèi)加以搖動，這是減少清洗**的常用方法。

    ·由網(wǎng)孔引起的衰減：在清洗小型另件時，多使用網(wǎng)籃方式，網(wǎng)籃網(wǎng)孔的大小不當(dāng)，會造成超聲波衰減，使清洗力降低，例在28KHZ場合，網(wǎng)籃的網(wǎng)孔直徑需在5mm以上，才可正常清洗。如小的螺釘清洗時，網(wǎng)孔*小要做到1mm，如果衰減大，使用0．1-0．5mm的薄板網(wǎng)藍(lán)，也可得到正常清洗效果。

    ·頻率：對于頻率因素涉及的清洗效果，大體可這樣認(rèn)為，采用頻率低的針對較難清洗的污垢，頻率高的，適合于精密清洗場合。

    ·液體溫度：隨著液溫的上升，液中生存的氣泡會遮斷聲波，使超聲波減弱，但是在常規(guī)做法上都以提高液溫來增加清洗能力。適合的液溫要針對不同的清洗液和清洗物來確定，一般場合液溫在5060℃比較適當(dāng)。

清洗工序和清洗裝置

    清洗工序的設(shè)定要根據(jù)污染的類型，污染程度，處理批量來決定，譬如，眼鏡片的清洗一般要10個工序。在使用水系清洗劑時，*基本的工序制定如下：

超聲波清洗(水系清洗劑)→超聲波清洗(純水、自來水)→脫水 (干燥)

    干燥處理對清洗物的清洗性優(yōu)劣非常重要，常見的干燥方法有熱風(fēng)干燥、通風(fēng)干燥、真空干燥、離心脫水干燥、IPA提升干燥等，可按照生產(chǎn)批量、成本、產(chǎn)品精度、被洗物形狀等加以選擇。

    工業(yè)用超聲波清洗機(jī)多為單槽或雙槽式、自動清洗形式的清洗機(jī)也有多槽形式。近年來，半導(dǎo)體行業(yè)用的清洗方式大多采用帶950KHZ超聲槽的單枚式“US噴淋”高頻清洗，可得到高性能的清洗結(jié)果，“US噴淋”的方式是將載有950KHZ超聲波所形成的水帷幕，用于液晶玻璃、電路芯片的超精密清洗，塵粒子可接近“零”的程度。

    今后不同產(chǎn)品的濕式清洗，如需100％地發(fā)揮清洗劑的性能作用，對超聲清洗裝置將會提出更高的要求。

四、超聲波技術(shù)及其應(yīng)用

超聲波技術(shù)及其應(yīng)用

超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。按超聲振動幅射大小不同大致可分為：

1、用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用稱功率超聲，例如：在液體中發(fā)生足夠大的能量，產(chǎn)生空化作用，能用于清洗、乳化。

2、用超聲波得到若干信息，獲得通信應(yīng)用，稱檢測超聲，例如：用超聲波在介質(zhì)中的脈沖反射對物體進(jìn)行厚度測試稱超聲測厚。

超聲波清洗及應(yīng)用：

一 超聲波清洗原理

超聲波清洗屬物理清洗，把清洗液放入槽內(nèi)，在槽內(nèi)作用超聲波。由于超聲波與聲波一樣是一種疏密的振動波，在傳播過程中，介質(zhì)的壓力作交替變化。在負(fù)壓區(qū)域，液體中產(chǎn)生撕裂的力，并形成真空的氣泡。當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時，氣泡迅速增長，在正壓區(qū)域氣泡由于受到壓力擠破滅、閉合。此時，液體間相互碰撞產(chǎn)生強大的沖擊波。雖然位移、速度都非常小，但加速度卻非常大，局部壓力可達(dá)幾千個大氣壓，這就是所謂的空化效應(yīng)。

二 影響清洗效果的幾個因素

1、與頻率的關(guān)系：一般頻率越低空化效果越明顯，但噪音相對較高，適用于物體面相對平正的物體。頻率越高，空化效果越差，但噪音相對較低，適用于微孔盲孔效多的物體及電子晶體等。

2、與溫度有關(guān)：一般30℃—50℃的介質(zhì)溫度清洗效果*好。

3、與聲強有關(guān)：根據(jù)頻率不同，聲強一般選在1—2w/cm2左右。

4、與清洗液有關(guān)：一般來說，清洗液的粘度越低含氣量越高，清洗效果越好。

5、與清洗液的深度及被清洗物的位置有關(guān)。

三 超聲波清洗在各種領(lǐng)域的應(yīng)用

由于超聲波清洗本身具有其它物理清洗或化學(xué)清洗無可比擬的優(yōu)越性，因此廣泛應(yīng)用于服務(wù)業(yè)、電子業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、實驗室、機(jī)械業(yè)、硬質(zhì)合金業(yè)、化學(xué)工業(yè)等諸多領(lǐng)域，下面就個別行業(yè)作簡單介紹。

1、在服務(wù)業(yè)中的應(yīng)用。

日常生產(chǎn)中，眼鏡、首飾都可以用超聲波進(jìn)行清洗，速度快，無損傷，大型的賓館、飯店用它清洗餐具，不僅清洗效果好，還具有殺滅病毒的作用。

2、超聲波在微粉業(yè)的應(yīng)用

眾所周知，要取得不同大小的顆粒，是把破碎料放在球磨機(jī)內(nèi)研磨后，經(jīng)過不同規(guī)格篩子層層篩分而得的。篩子長時間使用后，篩孔會被堵塞（如金剛石篩），用其它方法刷洗會破壞篩子，且效果不理想，經(jīng)過眾多廠家的試驗后，用超聲波清洗，不僅不損壞篩子，而且篩子上面的堵塞顆粒完全被回收。

3、超聲波在制藥工業(yè)的應(yīng)用

超聲波清洗技術(shù)經(jīng)過眾多制藥企業(yè)的應(yīng)用而得到廣泛使用，特別是對西林瓶、口服液瓶、安瓶、大輸液瓶的清洗以及對丁基膠塞、天然膠塞的清洗方面，已經(jīng)得到首肯。對于瓶類的清洗，是用超聲波清洗技術(shù)代替原有的毛刷機(jī)，它經(jīng)過翻轉(zhuǎn)注水、超聲清洗、內(nèi)外沖洗、空氣吹干、翻轉(zhuǎn)等流程而實現(xiàn)的。

4、超聲對濾芯的清洗

我們知道，無論何種材質(zhì)的過濾器或無論何種用途的過濾器，使用一段時間后，都會由于雜質(zhì)而造成通透性降低而報廢，普通濾芯價格較低還可以，但對于化纖行業(yè)，一只進(jìn)口濾芯，價格近萬元，棄之實在可惜，我們同其它科研單位合作研制的超聲波濾芯清洗機(jī)，采用聚能型超聲波清洗機(jī)，它可把1KW以上的能量集中在200×20mm2 的輻射面上，超聲強度大，能夠快速將堵塞物去除，同時設(shè)備采用反過濾裝置，只要您提供波芯，我們就可為您提供整套清洗裝置。（該設(shè)備洗一根濾芯的時間為10—15分鐘）。適用于PP綿濾芯、活性炭濾芯、中空纖維濾芯陶瓷膜濾芯。

5、超聲波對金屬的清洗

眾所周知，金屬棒材經(jīng)擠壓成絲后，金屬絲的外部往往有一層碳化膜和油，用酸清洗或其它清洗方法，很難讓污物去除（尤其整盤絲），超聲波洗絲機(jī)是根據(jù)實際生產(chǎn)需要而設(shè)計的一種連續(xù)走絲，高效清洗設(shè)備，粗洗部分由清洗液儲槽、換能器、循環(huán)泵、過濾器及配套管道系統(tǒng)組成，金屬絲經(jīng)超聲波粗洗精洗后，再經(jīng)過吹干，從而完成整個清洗過程。整套設(shè)備集成控制，簡潔、方便、效果好，廣泛用于鉭絲、鎢絲、鉬絲、鈮絲、銅絲（絕緣漆涂覆前）等其它金屬絲。

6、超聲波清洗技術(shù)在磷化處理中的應(yīng)用

產(chǎn)品噴涂前處理工藝非常重要，一般的傳統(tǒng)工藝使用酸液對工件進(jìn)行處理，對環(huán)境污染較重，工作環(huán)境較差，同時，*大的弊端是結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件酸洗除銹后的殘酸很難沖洗干凈。工件噴涂后，時間不長，沿著夾縫出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，破壞涂層表面，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀和內(nèi)在質(zhì)量。超聲波清洗技術(shù)應(yīng)用到涂裝前處理后，不僅能使物體表面和縫隙中的污垢迅速剝落，而且涂裝件噴涂層牢固不會返銹。

超聲波清洗在各行各業(yè)都可用到，以上的幾種僅是具有代表性的行業(yè)應(yīng)用，還有許多新的行業(yè)和領(lǐng)域都可以使用超聲波清洗，期待著廣大使用單位和生產(chǎn)廠家共同開發(fā)探索。

超聲波測厚及應(yīng)用

在工業(yè)領(lǐng)域中超聲波測厚是一門成熟的高新技術(shù)，它的*大優(yōu)點是檢測**、可靠及精度高，而且它可以巡回在運行狀態(tài)進(jìn)行檢測。超聲測厚儀按工作原理分：有共振法、干涉法及脈沖反射法等。

幾種，由于脈沖反射法并不涉及共振機(jī)理，與被測物表面的光潔度關(guān)系不密切，所以超聲波脈沖法測厚儀是*受用戶歡迎的一種儀表。

1 工作原理

超聲波測厚儀主要有主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括發(fā)射電路、接收電路、計數(shù)顯示電路三部分，由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵探頭，產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波，脈沖波經(jīng)介質(zhì)介面反射后被接收電路接收，通過單片機(jī)計數(shù)處理后，經(jīng)液晶顯示器顯示厚度數(shù)值，它主要根據(jù)聲波在試樣中的傳播速度乘以通過試樣的時間的一半而得到試樣的厚度。

我廠經(jīng)營的HT系列超志波測厚儀，在采用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，運用單片機(jī)技術(shù)研制 的一種低功耗低下限袖珍式的智能測量儀器，不僅有測量不同材質(zhì)厚度的儀器，而且有單測鋼，超薄型的，同時均可配套高溫測厚探頭。