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(duì)于某些特定的清洗對(duì)象，有時(shí)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(diǎn)，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(duì)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(diǎn)。

    (1)空穴作用

    當(dāng)強(qiáng)力的超聲波輻射到液體中，清洗液以靜壓(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣壓)為中心進(jìn)行變化，在壓力到零氣壓以下時(shí)，溶解在液體中的氧會(huì)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(shí)的微小空洞，在絕熱壓縮狀態(tài)被擠碎，這個(gè)發(fā)生在擠碎瞬間的強(qiáng)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(yàn)中這種強(qiáng)力的清洗作用，能在數(shù)十秒內(nèi)對(duì)鋁箔侵蝕成無數(shù)的小孔。

    利用空穴作用的清洗，對(duì)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(qiáng)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(dòng)，這種振動(dòng)加速度在28KHZ時(shí)是重力加速度的103倍，在950KHZ時(shí)將達(dá)到105倍，由這個(gè)強(qiáng)力加速度可以對(duì)受污物的表面實(shí)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(duì)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(dòng)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(huì)因行波、回波的相互干擾及強(qiáng)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(jì)算。

    液深(λ/2)＝聲速/頻率÷2

    這個(gè)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(shí)液深為27mm、54mm、81mm等等，38KHZ時(shí)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(qiáng)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(shí)清洗不均現(xiàn)象較多，對(duì)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(qiáng)力清洗。由駐波作用使清洗不均，應(yīng)增加搖動(dòng)，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(duì)不同物體清洗性好，噪聲大。 

頻率調(diào)制（FM振蕩） 振蕩頻率實(shí)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(shí)多頻率 多種頻率同時(shí)發(fā)生 形成均衡的聲場，清洗均勻，不易得到強(qiáng)力的超聲波。 

多頻率交替 每一種頻率發(fā)生復(fù)數(shù)個(gè)頻率 清洗均衡，不易得到強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)。

    ·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(shí)，易產(chǎn)生清洗不均，這時(shí)應(yīng)將物體在上下數(shù)十毫米內(nèi)加以搖動(dòng)，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(shí)，多使用網(wǎng)籃方式，網(wǎng)籃網(wǎng)孔的大小不當(dāng)，會(huì)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(shí)，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(duì)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(duì)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(huì)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(duì)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(gè)工序。在使用水系清洗劑時(shí)，*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(duì)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(dòng)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(duì)超聲清洗裝置將會(huì)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(shí)，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(shí)，液體間相互碰撞產(chǎn)生強(qiáng)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(gè)大氣壓，這就是所謂的空化效應(yīng)。

二 影響清洗效果的幾個(gè)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(duì)較高，適用于物體面相對(duì)平正的物體。頻率越高，空化效果越差，但噪音相對(duì)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(qiáng)有關(guān)：根據(jù)頻率不同，聲強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)間使用后，篩孔會(huì)被堵塞（如金剛石篩），用其它方法刷洗會(huì)破壞篩子，且效果不理想，經(jīng)過眾多廠家的試驗(yàn)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(duì)西林瓶、口服液瓶、安瓶、大輸液瓶的清洗以及對(duì)丁基膠塞、天然膠塞的清洗方面，已經(jīng)得到首肯。對(duì)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(shí)現(xiàn)的。

4、超聲對(duì)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(shí)間后，都會(huì)由于雜質(zhì)而造成通透性降低而報(bào)廢，普通濾芯價(jià)格較低還可以，但對(duì)于化纖行業(yè)，一只進(jìn)口濾芯，價(jià)格近萬元，棄之實(shí)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(qiáng)度大，能夠快速將堵塞物去除，同時(shí)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(shí)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(duì)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(shí)際生產(chǎn)需要而設(shè)計(jì)的一種連續(xù)走絲，高效清洗設(shè)備，粗洗部分由清洗液儲(chǔ)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(gè)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(duì)工件進(jìn)行處理，對(duì)環(huán)境污染較重，工作環(huán)境較差，同時(shí)，*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(shí)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(huì)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(diǎn)是檢測**、可靠及精度高，而且它可以巡回在運(yùn)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(jì)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(lì)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(jì)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(shí)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(yùn)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(shí)均可配套高溫測厚探頭。