超声波清洗原理

超声波是频率高于 20000 赫兹的声波， 它方向性好， 穿透能力强，

易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清

洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有不少

的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。

频率： F≥20KHz；

功率密度： p=发射功率(W)/发射面积(cm2);通常 p≥0.3w/cm2。

下面就为大家介绍下其工作的主要环节和步骤， 超声波清洗机如

何工作的原理及知识。 超声波清洗机原理主要是通过换能器， 将功率

超声频源的声能转换成机械振动， 通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子

中的清洗液。 由于受到超声波的辐射， 使槽内液体中的微气泡能够在

声波的作用下从而保持振动。

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，

然后又蓦地闭合。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。

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，气泡即将“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，除去或者削弱边界污层，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 特点合用于表面形状非常复杂的零件的清洗。特别是采用这一技术后， 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。

此外，在超声波清洗过程中， 肉眼能看见的泡并非真空核群泡， 而是空气气泡， 它对空化作用产生抑制作用降低清洗效率。 惟独液体 中的空气气泡被彻底拖走， 空化作用的真空核群泡才干达到最佳效果。

在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗， 其原理可

用“空化”现象来解释： 超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个

大气压时， 其功率密度为 0.35w/cm2，这时超声波的音波压强峰值就

可达到真空或者负压， 但实际上无负压存在， 因此在液体中产生一个很 大的力，将液体份子拉裂成空洞一空化核。 此空洞非常接近真空， 它在超声波压强反向达到最大时破裂， 由于破裂而产生的强烈冲击将 物体表面的污物撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的 冲击 波现象称为“空化”现象。

采用超声波清洗， 普通有两种清洗剂： 化学清洗剂和水基清洗剂。

清洗介质是化学作用，而超声波清洗是物理作用，两种作用相结合，

以对物体进行充分、彻底的清洗。

超声波的功率密度越高，空化效果越强，速度越快，清洗效果越

好。但对于精密的、表面光洁度甚高的物体，采用长期的高功率密

度清洗会对物体表面产生“空化”腐蚀。

超声波频率越低， 在液体中产生空化越容易，作用也越强。频率

高则超声波方向性强，适合于精细的物体清洗。

普通来说，超声波在 30℃~40℃时空化效果最好。清洗剂则温度

越高，作用越显著。

通常实际应用超声波清洗时，采用 40℃~50℃的工作温度。

“超声波清洗工艺技术 ”是指利用超声波的空化作用对物体表面

上的污物进行撞击、剥离，以达到清洗目的。它具有清洗洁净度高、

清洗速度快等特点。 特殊是对盲孔和各种几何状物体， 独有其他清洗

手段所无法达到的洗净效果。

多钩同步全自动清洗机

铜材清洗机

铝型材清洗机

KWD-10124ST 精密电子零件超声波清洗机

KWD-16288ST

树脂镜片全自动清洗机

KWD-7144STDF

全自动超声波清洗机

KWD-15144ST

十五槽光学镜片清洗机

SH300-13L 触摸智能超声波清洗机

五金件除油除锈超声波清洗机

化学搅拌混匀超声波清洗机

SH150-6L 墨盒打印头超声波清洗机

健康超声家电

商用超声波清洗机

医疗超声波清洗机

大功率超声波清洗机

超声波清洗源于二十世纪六十年代， 自超声波技术问世以来， 科

学家们发现：一定频率范围内的超声波，作用于液体介质里，可以达

到清洗的作用。经过一段时间的研究和试验， 不仅得到了满意的效果，

而且发现其清洗效率极高， 由此超声波清洗机被逐渐运用于各行各业 中去。在应用初期，由于电子工业的限制，超声波清洗设备电源的体

积比较庞大，稳定性及使用寿命不太理想，价格昂贵，普通的工矿企

业难以承受， 但其出色的清洗效率及效果， 仍然让部份实力雄厚的国

有企业一见倾心。 随着电子工业的飞速发展， 新一代的电子元器件层

出不穷， 应用新的电子路线以及新的电子元器件， 超声波电源的稳定

性及使用寿命进一步的提高，体积减小，价格逐渐降低。二十世纪八

十年代末，第三代超声波电源问世，既逆变电源，应用最新 IGBT 元

件。新的超声波电源具有体积小，可靠性高，寿命长等特点，清洗效

率得以进一步提高，而价格也降到了大部份企业可以接受的程度。

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，挨次传递，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弱小的气泡， 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，于是，液

体中形成的弱小气泡被压碎。经研究证明：超声波作用于液体中时，

液体中每一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。

当超声波电源将 50Hz 的日常供电频率改变为 28KHz 后，通过输

出电缆线将其输送给粘接在盛放清洗溶液的清洗槽底部的超声波发

生器(换能器)，由换能器将高频的电能转换成机械振动并发射至清

洗液中， 当高频的机械振动传播到液体里后， 清洗液内即产生上述空

化现象，达到清洗的目的。 由于超声波的频率很高，在液体中所产生

的空化作用可以达到 28000 次/秒，几乎可以说是不断地在进行，在

液体中由于空化现象所产生的气泡数量众多且无所不在， 因此对于工

件的清洗可以非常彻底， 即使是形状复杂的工件内部， 只要能够接触

到溶液，就可以得到彻底的清洗，又因为每一个气泡的体积非常弱小，

因此虽然它们的破裂能量很高， 但对于工件和液体来说， 不会产生机

械破坏和明显的温升。

普通来说：用于清洗的超声波，其频率应在 20KHz?80KHz 之间， 频率低噪音大， 换能器的体积也偏大， 高频率的超声波通常被应用于

探伤，医疗诊断和超声波加湿。

一定频率范围内的超声波作用于液体介质内可起到清洗工件的

作用。这一清洗技术自问世以来，受到了各行各业的普遍关注。超声

波清洗机的运用极大地提高了工作效率和清洗精度，以往清洗死角、

盲孔和难以触及的藏污纳垢之处向来使人们备感头痛， 新技术的开辟

和运用使这一工作变得轻而易举。近年来， 随着电子技术的日新月异，

超声波清洗机也同我们日常生活离不开的收音机一样， 经过了几代的

演变，技术更加先进，效果更加显著，同样，它的价格也越来越多的

被社会所接受，在各行各业中逐渐被广泛运用。

超声波清洗设备主要由以下组件构成：

1、清洗槽：盛放待洗工件

不锈钢制成，可安装加热及控温装置。

2、换能器(超声波发生器)：将电能转换成机械能

压电陶瓷换能器，频率、功率视具体机型。

3、电源：为换能器提供所需电能

逆变电源，进口 IGBT 元件，安装过流保护路线。

换能器将高频电能转换成机械能之后， 会产生振幅极小的高频震

动并传播到清洗槽内的溶液中， 在换能器的作用下， 清洗液的内部将

不断地产生大量弱小的气泡并瞬间破裂， 每一个气泡的破裂都会产生数 百度的高温和近千个大气压的冲击波，从而将工件冲刷干净。

从超声波清洗机的清洗原理我们不难理解， 为什么它的清洗效率

和效果都异常出色。

一、不论工件形状多么复杂，将其放入清洗液内，只要是能接触

到液体的地方，超声波的清洗作用都能达到。 二、清洗时液体内产

生的气泡非常均匀，工件的清洗效果也将非常均匀一致。 三、配合

清洗剂的使用， 加速污染物的分离和溶解， 可有效防止清洗液对工件

的腐蚀。 四、无需手工清理，杜绝了手工清洗对工件产生的伤害，

避免繁重肮脏的体力劳动。

在我们所了解到的各行各业中， 几乎每一个行业都有应用到超声 波清洗机的地方，例如：

机械行业；表面处理行业；医疗行业；仪器仪表行业；机电电子

行业； 光学行业； 半导体行业； 科教文化； 钟表首饰； 石油化工行业；

纺织印染行业；其他。

1)超声波清洗对于手工及其它清洗方式不能彻底有效地进行清

洗的工件，具有显著的清洗效果，可彻底地达到清洗要求。

2)超声波清洗对形状和结构复杂的工件尤其合用。

3)超声波清洗可有效地降低污染， 减少有毒溶剂对人类的伤害。

4)超声波清洗可根据不同的溶剂达到不同的效果，如：除油，

除锈或者磷化。

5)超声波清洗是目前清洗效率最高的清洗方式，也是清洗效果

最好的清洗方式。

6)超声波清洗可大幅度降低劳动强度，杜绝劳动隐患。

自超声波清洗技术问世以来， 其出众的清洗效能深得泛博行业用

户的青睐， 其中尤以其显著地提高了清洗效率及清洗效果而让人一见

倾心。 以往在肮脏的环境中通过繁重的体力劳动， 需要长期地进行

手工清洗的复杂机械零件， 应用了超声波清洗机以后， 不仅改善了劳

动环境，减轻了劳动强度， 而且在大幅提高清洗精度的基础上，清洗

时间缩短为原来的四分之一。 较之现在所有清洗方法， 超声波清洗的

效率是最高的。

在所有清洗方式中， 清洗成本大体可分为： 设备成本和消耗成本。

超声波清洗设备使用寿命约为十年， 除设备购置成本高于手工清洗和

有机碱性溶剂刷洗外， 低于气相清洗和高压水射流清洗， 对于消耗成

本，以有效尺寸为 600×400×350mm，功率为 1KW，价格约为 1 万

元的超声波清洗机为例，工作一小时，耗电 1 度，费用约为 0.5 元，

碱性金属清洗剂 1 公斤，价格约为 20 元，可反复使用 20-50 个小时

(根据污染程度而定)，相当于 0.4-1 元/小时，而普通工件清洗时间