超聲波

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聲波頻率高於20000赫茲的聲波,它方向性好,穿透能力強,易於獲得較集中的聲能,在水中傳播距離遠,可用於測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫學、軍事、工業、農業上有很多的應用。超聲波因其頻率下限大約等於人的聽覺上限而得名。

簡介

  英文:.ultrasonic (waves);   supersonic (waves)

超聲波

  科學家們將每秒鐘振動的次數稱為聲音的頻率,它的單位是赫茲(Hz)。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20Hz~20000Hz。當聲波的振動頻率小於20Hz或大於20KHz時,我們便聽不見了。因此,我們把頻率高於20000赫茲的聲波稱為「超聲波」。通常用於醫學診斷的超聲波頻率為1兆赫茲~5兆赫茲。   理論研究表明,在振幅相同的條件下,一個物體振動的能量與振動頻率成正比,超聲波在介質中傳播時,介質質點振動的頻率很高,因而能量很大.在中國北方乾燥的冬季,如果把超聲波通入水罐中,劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴,再用小風扇把霧滴吹入室內,就可以增加室內空氣濕度.這就是超聲波加濕器的原理.如咽喉炎、氣管炎等疾病,很難利用血流使藥物到達患病的部位.利用加濕器的原理,把藥液霧化,讓病人吸入,能夠提高療效.利用超聲波巨大的能量還可以使人體內的結石做劇烈的受迫振動而破碎,從而減緩病痛,達到治愈的目的。超聲波在醫學方面應用非常廣泛,像現在的彩超、B超、碎石(例如膽結石、腎結石祛眼袋 之類的),還能破壞細菌結構,對物品進行殺菌消毒。

超聲波

產生

  聲波是物體機械振動狀態(或能量)的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動形式。譬如,鼓面經敲擊后,它就上下振動,這種振動狀態通過空氣媒質向四面八方傳播,這便是聲波。超聲波是指振動頻率大於20000Hz以上的,其每秒的振動次數(頻率)甚高,超出了人耳聽覺的一般上限(20000Hz),人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質上是一致的,它們的共同點都是一種機械振動模式,通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播,是一種能量的傳播形式,其不同點是超聲波頻率高,波長短,在一定距離內沿直線傳播具有良好的束XX性和方向性,目前腹部超聲成象所用的頻率範圍在 2∽5兆Hz之間,常用為3∽3.5兆Hz(每秒振動1次為1Hz,1兆Hz=10^6Hz,即每

超聲波熔接器

秒振動100萬次,可聞波的頻率在16-20,000HZ 之間)。   超聲波在媒質中的反XX、折XX、衍XX、散XX等傳播規律,與可聽聲波的規律沒有本質上的區別。但是超聲波的波長很短,只有幾厘米,甚至千分之幾毫米。與可聽聲波比較,超聲波具有許多奇異特性:傳播特性──超聲波的波長很短,通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍,因此超聲波的衍XX本領很差,它在均勻介質中能夠定向直線傳播,超聲波的波長越短,該特性就越顯著。功率特性──當聲音在空氣中傳播時,推動空氣中的微粒往複振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強度下,聲波的頻率越高,它所具有的功率就越大。由於超聲波頻率很高,所以超聲波與一般聲波相比,它的功率是非常大的。空化作用──當超聲波在液體中傳播時,由於液體微粒的劇烈振動,會在液體內部產生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會使液體微粒之間發生猛烈的撞擊作用,從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用,會使液體的溫度驟然升高,起到了很好的攪拌作用,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發生乳化,且加速溶質溶解,加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。   頻率高於2×10千赫茲的聲波。研究超聲波的產生、傳播、接收,以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產生超聲波的裝置有機械型超聲發生器(例如氣哨、汽笛和液哨等)、利用電磁感應和電磁作用原理製成的電動超聲發生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質的磁致伸縮效應製成的電聲換能器等。

主要參數

  超聲波的兩個主要參數:   頻率:F≥20KHz(在實際應用中因為效果相似,通常把F≥15K的聲波也稱為超聲波);   功率密度:p=發XX功率(W)/發XX面積(cm2);通常p≥0.3w/cm2; 在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進行清洗,其原理可用「空化」現象來解釋:超聲波振動在液體中傳播的音波壓強達到一個大氣壓時,其功率密度為0.35w/cm2,這時超聲波的音波壓強峰值就可達到真空或負壓,但實際上無負壓存在,因此在液體中產生一個很大的壓力,將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空,它在超聲波壓強反向達到最大時XX,由於XX而產生的強烈衝擊將物體表面的污垢撞擊下來。這種由無數細小的空化氣泡XX而產生的衝擊波現象稱為「空化」現象。太小的聲強無法產生空化效應。

作用

超聲波清洗原理

  清洗的超聲波應用原理是由超聲波發生器發出的高頻振蕩信號,通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到介質,清洗溶劑中超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻XX,使液體流動而產生數以萬計的微小氣泡,存在於液體中的微小氣泡(空化核)在聲場的作用下振動,當聲壓達到一定值時,氣泡迅速增長,然後突然閉合,在氣泡閉合時產生衝擊波,在其周圍產生上千個大氣壓力,破壞不溶性污物而使它們分散於清洗液中,當團體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時,油被乳化,固體粒子即脫離,從而達到清洗件表面凈化的目的。

醫學

  醫學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性,即將超聲波發XX到人體內,當它在體內遇到界面時會發生反XX及折XX,並且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態與結構是不相同的,因此其反XX與折XX以及吸收超聲波的程度也就不同,醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線,或影象的特徵來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變,便可診斷所檢查的器官是否有病。   目前,醫生們應用的超聲診斷方法有不同的形式,可分為A型、B型、M型及D型四大類。   A型:是以波形來顯示組織特徵的方法,主要用於測量器官的徑線,以判定其大小。可用來鑒別病變組織的一些物理特性,如實質性、液體或是氣體是否存在等。   B型:用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時,首先將人體界面的反XX信號轉變為強弱不同的光點,這些光點可通過熒光屏顯現出來,這種方法直觀性好,重複性強,可供前後對比,所以廣泛用於婦產科、泌尿、消化及心血管等系統疾病的診斷。   M型:是用於觀察活動界面時間變化的一種方法。最適用於檢查心臟的活動情況,其曲線的動態改變稱為超聲心動圖,可以用來觀察心臟各層結構的位置、活動狀態、結構的狀況等,多用於輔助心臟及大血管疫病的診斷。   D型:是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法,又稱為多普勒超聲診斷法。可確定血管是否通暢、管腔是否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔內血液的流量。近幾年來科學家發展了彩色編碼多普勒系統,可在超聲心動圖解剖標誌的指示下,以不同顏色顯示血流的方向,色澤的深淺代表血流的流速。現在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內窺鏡等超聲技術不斷湧現出來,並且還可以與其他檢查儀器結合使用,使疾病的診斷準確率大大提高。超聲波技術正在醫學界發揮著巨大的作用,隨著科學的進步,它將更加完善,將更好地造福於人類。

工業自動化控制

  利用聲波反XX、衍XX、多普勒效應,製造超聲波物位計、超聲波液位計、超聲波流量計等。

超聲學

  研究超聲波的產生、傳播 、接收,以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產生超聲波的裝置有機械型超聲發生器(例如氣哨、汽笛和液哨等)、利用電磁感應和電磁作用原理製成的電動超聲發生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質的磁致伸縮效應製成的電聲換能器等。   超聲效應 當超聲波在介質中傳播時,由於超聲波與介質的相互作用,使介質發生物理的和化學的變化,從而產生一系列力學的、熱學的、電磁學的和化學的超聲效應,包括以下4種效應:   ①機械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質中形成駐波時,懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節處,在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時,由於超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化(見電介質物理學和磁致伸縮)。   ②空化作用。超聲波作用於液體時可產生大量小氣泡。一個原因是液體內局部出現拉應力而形成負壓,壓強的降低使原來溶於液體的氣體過飽和,而從液體逸出,成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體「撕開」成一空洞,稱為空化。空洞內為液體蒸氣或溶於液體的另一種氣體,甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產生高溫、高壓,同時產生激波。與空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷,並在氣泡內因放電而產生髮光現象。在液體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。   ③熱效應。由於超聲波頻率高,能量大,被介質吸收時能產生顯著的熱效應。   ④化學效應。超聲波的作用可促使發生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經超聲處理后產生過氧化氫;溶有氮氣的水經超聲處理后產生亞硝酸染料的水溶液經超聲處理後會變色或退色。這些現象的發生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質的水解分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質的水溶液經超聲處理后,特徵吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收,這表明空化作用使分子結構發生了改變。

超聲應用

  超聲效應已廣泛用於實際,主要有如下幾方面:

①超聲檢驗

  超聲波的波長比一般聲波要短,具有較好的方向性,而且能透過不透明物質,這一特性已被廣泛用於超聲波探傷、測厚、測距、遙控超聲成像技術。超聲成像是利用超聲波呈現不透明物內部形象的技術。把從換能器發出的超聲波經聲透鏡聚焦在不透明試樣上,從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息(如對聲波的反XX、吸收和散XX的能力),經聲透鏡匯聚在壓電接收器上,所得電信號輸入放大器,利用掃描系統可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術已在醫療檢查方面獲得普遍應用,在微電子器件製造業中用來對大規模集成電路進行檢查,在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區域和晶粒間界等。聲全息術是利用超聲波的干涉原理記錄和重現不透明物的立體圖像的聲成像技術,其原理與光波的全息術基本相同,只是記錄手段不同而已(見全息術)。用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器,它們分別發XX兩束相干的超聲波:一束透過被研究的物體后成為物波,另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖,用激光束照XX聲全息圖,利用激光在聲全息圖上反XX時產生的衍XX效應而獲得物的重現像,通常用攝像機和電視機作實時觀察。

②超聲處理

  利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學效應,可進行超聲焊接、鑽孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等,在工礦業、農業、醫療等各個部門獲得了廣泛應用。

③基礎研究

  超聲波作用於介質后,在介質中產生聲弛豫過程,聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程,並在宏觀上表現出對聲波的吸收(見聲波)。通過物質對超聲的吸收規律可探索物質的特性和結構,這方面的研究構成了分子聲學這一聲學分支。普通聲波的波長遠大於固體中的原子間距,在此條件下固體可當作連續介質。但對頻率在1012赫以上的 特超聲波 ,波長可與固體中的原子間距相比擬,此時必須把固體當作是具有空間周期性的點陣結構。點陣振動的能量是量子化的 ,稱為聲子(見固體物理學)。特超聲對固體的作用可歸結為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種准粒子的相互作用。對固體中特超聲的產生、檢測和傳播規律的研究,以及量子液體——液態氦中聲現象的研究構成了近代聲學的新領域。    聲波是屬於聲音的類別之一,屬於機械波,聲波是指人耳能感受到的一種縱波,其頻率範圍為16Hz-20KHz。當聲波的頻率低於20Hz時就叫做次聲波,高於20KHz則稱為超聲波聲波。   超聲波具有如下特性:   1) 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。   2) 超聲波可傳遞很強的能量。   3) 超聲波會產生反XX、干涉、疊加和共振現象。   4) 超聲波在液體介質中傳播時,可在界面上產生強烈的衝擊和空化現象。   超聲波是聲波大家族中的一員。   聲波是物體機械振動狀態(或能量)的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如,鼓面經敲擊后,它就上下振動,這種振動狀態通過空氣媒質向四面八方傳播,這便是聲波。   超聲波是指振動頻率大於20KHz以上的,人在自然環境下無法聽到和感受到的聲波。   超聲波治療的概念:   超聲治療學是超聲醫學的重要組成部分。超聲治療時將超聲波能量作用於人體病變部位,以達到治療疾患和促進機體康復的目的。   在全球,超聲波廣泛運用診斷學、治療學、工程學、生物學等領域。賽福瑞家用超聲治療機屬於超聲波治療學的運用範疇。   (一)工程學方面的應用:水下定位與通訊、地下資源勘查等。   (二)生物學方面的應用:剪切大分子、生物工程及處理種子等。   (三)診斷學方面的應用:A型、B型、M型、D型、雙功及彩超等。   (四)治療學方面的應用:理療、治癌、外科體外碎石牙科等。

特點

  (一)超聲波在傳播時,方向性強,能量易於集中。   (二)超聲波能在各種不同媒質中傳播,且可傳播足夠遠的距離。   (三)超聲波與傳聲媒質的相互作用適中,易於攜帶有關傳聲媒質狀態的信息診斷或對傳聲媒質產生效。治療。   超聲波是一種波動形式,它可以作為探測與負載信息的載體或媒介如B超等用作診斷;超聲波同時又是一種能量形式,當其強度超過一定值時,它就可以通過與傳播超聲波的媒質的相互作用,去影響,改變以致破壞後者的狀態,性質及結構用作治療。

發展史

一、國際方面

  自19世紀末到20世紀初,在物理學上發現了壓電效應與反壓電效應之後,人們解決了利用電子學技術產生超聲波的辦法,從此迅速揭開了發展與推廣超聲技術的歷史篇章。   1922年,德國出現了首例超聲波治療的發明專利;   1939年發表了有關超聲波治療取得臨床效果的文獻報道。   40年代末期超聲治療在歐美興起,直到1949年召開的第一次國際醫學超聲波學術會議上,才有了超聲治療方面的論文交流,為超聲治療學的發展奠定了基礎。1956年第二屆國際超聲醫學學術會議上已有許多論文發表,超聲治療XX了實用成熟階段。

二、國內方面

  國內在超聲治療領域起步稍晚,于20世紀50年代初才只有少數醫院開展超聲治療工作,從1950年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機治療多種疾病,至50年代開始逐步推廣,並有了國產儀器。公開的文獻報道始見於1957年。到了70年代有了各型國產超聲治療儀,超聲療法普及到全國各大型醫院。   40多年來,全國各大醫院已積累了相當數量的資料和比較豐富的臨床經驗。特別是20世紀80年代初出現的超聲體外機械波碎石術和超聲外科,是結石症治療史上的重大突破。如今已在國際範圍內推廣應用。高強度聚焦超聲無創外科,已使超聲治療在當代醫療技術中佔據重要位置。而在21世紀(HIFU)超聲聚焦外科已被譽為是21世紀治療腫瘤的最新技術。   超聲波治病機理:   1.機械效應:超聲在介質中前進時所產生的效應。(超聲在介質中傳播是由反XX而產生的機械效應)它可引起機體若干反應。超聲振動可引起組織細胞內物質運動,由於超聲的細微按摩,使細胞漿流動、細胞震蕩旋轉、摩擦、從而產生細胞按摩的作用,也稱為「內按摩」這是超聲波治療所獨有的特性,可以改變細胞膜的通透性,刺激細胞半透膜的彌散過程,促進新陳代謝、加速血液和淋巴循環改善細胞缺血缺氧狀態,改善組織營養、改變蛋白合成率、提高再生機能等。使細胞內部結構發生變化,導致細胞的功能變化,使堅XX結締組織延伸,鬆軟。   超聲波的機械作用可軟化組織,增強滲透,提高代謝,促進血液循環,刺激神經系統和細胞功能,因此具有超聲波獨特的治療意義。   2.溫熱效應:人體組織對超聲能量有比較大的吸收本領,因此當超聲波在人體組織中傳播過程中,其能量不斷地被組織吸收而變成熱量,其結果是組織的自己身體的溫度升高。   產熱過程既是機械能在介質中轉變成熱能的能量轉換過程。即內生熱。超聲溫熱效應可增加血液循環,加速代謝,改善局部組織營養,增強酶活力。一般情況下,超聲波的熱作用以骨和結締組織為顯著,脂肪與血液為最少。   3.理化效應:超聲的機械效應和溫熱效應均可促發若干物理化學變化。實踐證明一些理化效應往往是上述效應的繼發效應。TS-C型治療機通過理化效應繼發出下列五大作用:   A.彌散作用:超聲波可以提高生物膜的通透性,超聲波作用后,細胞膜對鉀,鈣離子的通透性發生較強的改變。從而增強生物膜彌散過程,促進物質交換,加速代謝,改善組織營養。   B.觸變作用:超聲作用下,可使凝膠轉化為溶膠狀態。對肌肉肌腱的軟化作用,以及對一些與組織缺水有關的病理改變。如類風濕XX節炎病變和關節、肌腱、韌帶的退行XX變的治療。   C.空化作用:空化形成,或保持穩定的單向振動,或繼發膨脹以致崩潰,細胞功能改變,細胞內鈣水平增高成纖維細胞受激活,蛋白合成增加,血管通透性增加,血管形成加速,膠原張力增加。   D.聚合作用與解聚作用:水分子聚合是將多個相同或相似的分子合成一個較大的分子過程。大分子解聚,是將大分子的化學物變成小分子的過程。可使關節內增加水解酶和原酶活性增加。   E.消炎修復細胞和分子:超聲作用下,可使組織PH值向鹼性方面發展。緩解炎症所伴有的局部酸中毒。超聲可影響血流量,產生致炎症作用,抑制並起到抗炎作用。使白細胞移動,促進血管生成。膠原合成及成熟。促進或抑制損傷的修復和愈合過程。從而達到對受損細胞組織進行清理、激活、修復的過程。   量子聲學。   超聲波還可以進行雷達探測.清洗較為精細的物品,如鐘錶,可以利用超聲波來擊碎病人體內膽結石,還可以利用超聲波測距.   超聲波檢測還用於電阻焊的焊點強度的檢測。   人耳可以聽見的波動,其頻率約在20Hz到20KHz之間,如果「波動」的頻率高於此範圍,則人類則無法聽見,特稱之為超音波。所謂「波動」即為物質中的粒子受外力作用時所產生的機械性振湯,例如將懸掛於彈簧下方的物體向下拉使彈簧伸長,然後將物體放開,則該物體受彈簧力的作用,產生一上下往複性的振動,其偏離靜止位置的移動與時間的關係,即為正弦波。   超聲波依其波傳送方向的波動方式可分為縱波,橫波,表面波,藍姆波四種。其在料件中之傳送,根據能量不滅定律,音波在一種物質中傳送,或由一種物質傳入另一種物質時,由於受到衰減,反XX及折XX的作用,其能量必然愈來愈弱;但是在材料密度較大的部分,音壓卻會XX〈但因音阻抗亦變大,能量仍是減少〉,反之在疏鬆的部分,其音量變大。

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超聲波清洗技術的應用

  由於超聲波清洗速度快、質量好,又能大大降低環境污染,因此,超聲波清洗技術正在越來越多的工業部門中得到應用。   超聲波在電子行業的應用   電子行業是超聲波清洗應用最早,最為普及的行業。   電子零件的清洗:電子零件,如半導體管的殼座、IC的殼座、晶體的殼座、繼電器的殼座、電子管座等。   電子元器件的基體清洗:電子元器件的基體是由半導體材料製成並封裝在金屬或塑料殼座中形成的,在封裝前,不但對殼座必須清洗,而且也必須對基體進行清洗,如IC晶元、電阻、晶體、半導體、原膜電路等。   PCB板的清洗:中國電子行業中,絕大多數企業都在使用PCB,PCB組件焊接採用的助焊劑分為水溶型、松香型和免清洗型三類,使用較多的為前兩種,多採用超聲波清洗(也有不少是採用酒精刷洗),免清洗型原則上應該不清洗,但是,目前世界各國的大多數廠家即使採用免清洗型焊劑焊接組件,仍需要清洗。特別是高密度PCB以及高密度IC出腳不清洗或不採用超聲波清洗,必將導致高密度線路之間和IC出腳之間吸附塵埃,一旦環境濕度大,極易發生高密度線間和腳間短路而出現故障,而一旦環境乾燥,短路故障又自行消失,這類故障又不易查找。所以世界各國的電子整機廠均堅持對PCB板作超聲波清洗。在中國,軍工電子整機廠已開始推廣,並收到了因此舉既提高了產品可靠性,又降低了售后服務成本的雙重效益。   接插件、連接件、轉接器等器件的生產中,電鍍和組裝前也必須清洗,否則吸附在這些組裝零件上的灰塵、油污必將影響其導電和絕緣性能,特別是一些複雜的多芯連接器尤其如此。   電子材料加工成型后的清洗:如晶片、矽片、壓電陶瓷片等電子材料是供給元器件廠家的產品,其產品出廠前必須清洗,特別是作出口業務的廠家,其產品清洗成為一大難題,超聲波清洗是最有效的途徑。   超聲波清洗在機電行業中的應用   機電行業中,從機械零件到機械部件,從電器零件到電器部件都有清洗的要求,如齒輪、曲軸乃至齒輪箱,又如電器零件上機械和電器的組合件,還有一些精密機械零件和電器零件,這些都離不開清洗,大多數企業採用的是傳統的清洗方法,諸如浸潤清洗、噴淋清洗。這種清洗方法不但勞動強度大,而且易造成環境污染和水資源浪費。目前,不少企業開始進行技術改造,採用超聲波清洗以消除傳統清洗的弊端,特別是一些形狀複雜的機械零件,是傳統清洗所無能為力的。   超聲波清洗在製藥工業的應用   超聲波清洗技術經過眾多製藥企業的應用而得到廣泛使用,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,已經得到首肯。對於瓶類的清洗,是用超聲波清洗技術代替原有的毛刷機,它經過翻轉注水、超聲清洗、內外沖洗、空氣吹乾、翻轉等流程而實現的。   超聲波清洗在輕紡行業中的應用   輕工行業,如空調、冷櫃、冰箱中的壓縮機;鐘錶零件、手錶元件等;紡織行業,如精密紡織器材、噴絲嘴等;珠寶行業,如金銀首飾、珠寶玉器等,都需要清洗,有些零件、部件和組件,如壓縮機、噴絲嘴等或形狀複雜,或盲孔、微孔,只能由超聲波清洗,有些規模生產廠甚至採用超聲波鏈式或升降式成套設備。   超聲波清洗在表面處理行業的應用   表面處理是輕工行業的組成部分,包含機械零件電鍍、金屬和非金屬機箱櫃塗覆、光學玻璃或鏡片鍍膜等,電鍍前後或塗覆前的清洗採用超聲波清洗技術已成為一種新的典型工藝,特別是軍工電子產品中的一些多芯插座,因質量要求必須進行電鍍,而電鍍后其質量要求多芯之間必須絕緣,往往因電鍍后致使多芯間不絕緣,採用丙酮、酒精等方法浸潤清洗后測試其阻值要求無窮大,但達不到質量要求,而採用超聲波清洗,經烘乾后,則完全達到質量要求。將超聲波直接引入電鍍還可提高鍍液的勻度和鍍層的密度。   超聲波除油   將黏附有油污的製件放在除油液中,並使除油過程處於一定頻率的超聲波場作用下的除油過程,稱為超聲波除油。引入超聲波可以強化除油過程、縮短除油時間、提高除油質量、降低化學藥品的消耗量。尤其對複雜外形零件、小型精密零件、表面有難除污物的零件及絕緣材料製成的零件有顯著的除油效果,可以省去費時的手工勞動,防止零件的損傷。   超聲波除油的效果與零件的形狀、尺寸、表面油污性質、溶液成分、零件的放置位置等有關,因此,最佳的超聲波除油工藝要通過試驗確定。超聲波除油所用的頻率一般為30kHz左右。零件小時,採用高一些的頻率;零件大時,採用較低的頻率。超聲波是直線傳播的,難以達到被遮蔽的部分,因此應該使零件在除油槽內旋轉或翻動,以使其表面上各個部位都能得到超聲波的輻照,受到較好的除油效果。另外超聲波除油溶液的濃度和溫度要比相應的化學除油和電化學除油低,以免影響超聲波的傳播,也可減少金屬材料表面的腐蝕。   超聲波清洗技術在磷化處理中的應用   產品噴塗前處理工藝非常重要,一般的傳統工藝使用酸液對工件進行處理,對環境污染較重,工作環境較差,同時,最大的弊端是結構複雜零件酸洗除銹后的殘酸很難沖洗乾淨。工件噴塗后,時間不長,沿著夾縫出現鏽蝕現象,破壞塗層表面,嚴重影響產品外觀和內在質量。超聲波清洗技術應用到塗裝前處理后,不僅能使物體表面和縫隙中的污垢迅速剝落,而且塗裝件噴塗層牢固不會返銹。   超聲波清洗在鐵路段修領域的應用   中國鐵道部《三機檢修規程》以及鐵路系統的一些段修技術規程都涉及到清洗。超聲波清洗在鐵路系統的應用較為普遍,但用於對列車空調機組、柴油發動機組、機車散熱器等大型設備的不拆御清洗則是一個嶄新的課題。中國檢修客車的車輛段,採用超聲波清洗設備對列車空調的不拆御清洗實為首創之舉。其勞動強度的減低、清洗質量的提高、環境保護成本的降低、文明生產、現場管理水平的提升,均開創了一個新的局面,但目前的普及水平很低。   超聲波清洗在軍事裝備領域的應用   軍事裝備不外乎光、機、電類裝備或光、機、電一體化裝備,軍事裝備在儲備狀態下,儲存于軍事倉庫,這些裝備在儲備、訓練、演習狀態均免不了塵埃、污垢的吸附、污染,特別是一些複雜的兵器裝備靠人工擦拭保養,難度較大,而一旦採用超聲波清洗技術保養兵器裝備,問題就迎刃而解。《中國電子報》2001.04.17 文/杜水源超聲清洗器的作用:超聲波清洗器是一種無損無污染的清洗設備。它是利用超聲波在液體中的空化作用,產生非常強大的能量,將污粒從物體上剝落以達到清洗之目的;同時超聲波在液體化學反應中還能起到加速溶解和乳化作用,並能有效的脫去液體中的氣體。   超聲波清洗在電鍍、噴塗前工藝應用   產品噴塗前處理工藝非常重要,一般的傳統工藝使用酸液對工件進行處理,對環境污染較重,工作環境較差,同時,最大的弊端是結構複雜零件酸洗除銹后的殘酸很難沖洗乾淨。工件噴塗后,時間不長,沿著夾縫出現鏽蝕現象,破壞塗層表面,嚴重影響產品外觀和內在質量。超聲波清洗技術應用到塗裝前處理后,不僅能使物體表面和縫隙中的污垢迅速剝落,而且塗裝件噴塗層牢固不會返銹。    利用超聲波在液體中產生的空化效應,可以清洗掉工件表面沾附的油污,配合適當的清洗劑,可以迅速地對工件表面實現高清潔度的處理。    電鍍工藝,對工件表面清潔度要求較高,而超聲波清洗技術是能達到此要求的理想技術。利用超聲波清洗技術,可以替代溶劑清洗油污;可以替代電解除油;可以替代強酸浸蝕去除碳鋼及低合金鋼表面的鐵鏽及氧化皮。    對幾種常見的工件表面狀況,用超聲波清洗工藝情況簡介:   1.拋光件表面拋光膏的清洗   一般情況下,拋光膏常常採用石蠟調合,石蠟分子量大,熔點較高,常溫下呈固態,是較難清洗的物質,傳統的辦法是採用有機溶劑清洗或高溫鹼水煮洗有許多弊病。採用超聲波清洗則可使用水基清洗劑,在中溫條件下,幾分鐘內將工件表面徹底清洗乾淨,常用工藝流程是:①浸泡→②超聲波清洗→③清水(凈水)漂洗。   2.表面有油及少量銹的冷軋鋼板   冷軋鋼板表面一般有油、污或少量鐵鏽,要洗乾淨比較容易,但經一般方法清洗后,工件表面仍殘留一層非常細薄的浮灰,影響後續加工質量,有時不得不再採用強酸浸泡的辦法去除這層浮灰。而採用超聲波清洗並加入適當的清洗液,可方便快捷地實現工件表面徹底清潔,並使工件表面具有較高的活性,有時甚至可以免去電鍍前酸浸活化工序。   3.表面有氧化皮和黃銹的工件 傳統的辦法是採用鹽酸或硫酸浸泡清洗。如採用超聲波綜合處理技術,可以快捷地在幾分鐘內同時去除工件表面的油、銹、並避免了因強酸清洗伴隨產生的氫脆問題。   超聲波在塑料焊接方面的應用   超聲波塑料焊接機原理:   當超聲波作用於熱塑性的塑料接觸面時,會產生每秒幾萬次的高頻振動,這種達到一定振幅的高頻振動,通過上焊件把超聲能量傳送到焊區,由於焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大,因此會產生局部高溫。又由於塑料導熱性差,一時還不能及時散發,聚集在焊區,致使兩個塑料的接觸面迅速熔化,加上一定壓力后,使其融合成一體。當超聲波停止作用后,讓壓力持續幾秒鐘,使其凝固成型,這樣就形成一個堅固的分子鏈,達到焊接的目的,焊接強度能接近於原材料強度。超聲波塑料焊接的好壞取決於換能器焊頭的振幅,所加壓力及焊接時間等三個因素,焊接時間和焊頭壓力是可以調節的,振幅由換能器和變幅桿決定。這三個量相互作用有個適宜值,能量超過適宜值時,塑料的熔解量就大,焊接物易變形;若能量小,則不易焊牢,所加的壓力也不能太大。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。   超聲波塑料焊接的方法   1.熔接法:超聲波振動隨焊頭將超聲波傳導至焊件,由於兩焊件處聲阻大,因此產生局部高溫,使焊件交界面熔化。在一定壓力下,使兩焊件達到美觀、快速、堅固的熔接效果。   2.埋植(插)法:螺母或其它金屬欲XX塑料工件。首先將超聲波傳至金屬,經高速振動,使金屬物直接埋入成型塑膠內,同時將塑膠熔化,其固化后完成埋插。   3.鉚接法:欲將金屬和塑料或兩塊性質不同的塑料接合起來,可利用超聲波鉚接法,使焊件不易脆化、美觀、堅固。   4.點焊法:利用小型焊頭將兩件大型塑料製品分點焊接,或整排齒狀的焊頭直接壓于兩件塑料工件上,從而達到點焊的效果。   5.成型法:利用超聲波將塑料工件瞬間熔化成型,當塑料凝固時可使金屬或其它材質的塑料牢固。   6.切除法:利用焊頭及底座的特別設計方式,當塑料工件剛XX出時,直接壓于塑料的枝幹上,通過超聲波傳導達到切除的效果。   超聲波金屬焊接的原理   超聲波金屬焊接是19世紀30年代偶然發現的。當時在作電流點焊電極加超聲振動試驗時,發現不通電流也能焊接上,因而發展了超聲金屬冷焊技術。超聲波焊接雖然發現較早,但是到目前為止,其作用機理還不是很清楚。它類似於摩擦焊,但有區別,超聲焊接時間很短,溫度低於再結晶;它與壓力焊也不相同,因為所加的靜壓力比壓力焊小的多。一般認為在超聲波焊接過程中的初始階段,切向振動出去金屬表面的氧化物,並是粗糙表面的突出部分產生反覆的微焊和破壞的過程而使接觸面積XX,同時使焊區溫度升高,在焊件交界面產生塑性變形。這樣在接觸壓力的作用下,相互接近到原子引力能夠發生作用的距離時,即形成焊點。焊接時間過長,或超聲波振幅過大會使焊接強度下降,甚至破壞。   超聲波金屬焊接原理,現國際上並無公論。   超聲波金屬焊接的特點   超聲波金屬焊接的特點是:不需要焊劑和外加熱,不因受熱而變形,沒有殘餘應力,對焊件表面的焊前處理要求不高。不但同類金屬,而且異類金屬之間也可以焊接。可以將薄片或細絲焊接在厚板上。超聲焊接良導電體的能量比電流焊接少的多,常用於晶體管或集成電路的引線的焊接。用於藥物和易爆材料的密封焊時,能避免一般焊接因有溶解物體而污染藥品,不會因受熱而發生爆炸等等。   超聲波金屬焊接的應用   按國際通行的用途,超聲波金屬焊有 四大系列:點焊、滾焊、封切、線束,廣泛應用於:汽車、製冷、太陽能、電池、電子等各個領域超聲波金屬焊接適用產品:   A.動力電池多層正、負極焊接;鎳氫電池鎳網與鎳片焊接   B.鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片焊接;鋁箔與鋁片焊接;鋁片與鎳片焊接   C.汽車線束;電線頭成型;電線互焊;多條電線互焊成線結;銅、鋁線轉換   D.電線、電纜與名種電子元件、接點、連接器、端子焊接   E.太陽能電池、平板太陽能吸熱板、鋁塑複合管滾焊,銅、鋁板拼接   F.電磁開關、無熔絲開關等大電流接點、觸點、異種金屬片的焊接   G.冰箱、空調等行業銅管封尾;真空器件銅、鋁管封切可水、氣密   超聲波的各種效應   1.機械效應:超聲在介質中前進時所產生的效應。(超聲在介質中傳播是由反XX而產生的機械效應)它可引起機體若干反應。超聲振動可引起組織細胞內物質運動,由於超聲的細微按摩,使細胞漿流動、細胞震蕩、旋轉、摩擦、從而產生細胞按摩的作用,也稱為「內按摩」這是超聲波治療所獨有的特性,可以改變細胞膜的通透性,刺激細胞半透膜的彌散過程,促進新陳代謝、加速血液和淋巴循環、改善細胞缺血缺氧狀態,改善組織營養、改變蛋白合成率、提高再生機能等。使細胞內部結構發生變化,導致細胞的功能變化,使堅XX結締組織延伸,鬆軟。   超聲波的機械作用可軟化組織,增強滲透,提高代謝,促進血液循環,刺激神經系統和細胞功能,因此具有超聲波獨特的治療意義。   2.溫熱效應:人體組織對超聲能量有比較大的吸收本領,因此當超聲波在人體組織中傳播過程中,其能量不斷地被組織吸收而變成熱量,其結果是組織的自身溫度升高。   產熱過程既是機械能在介質中轉變成熱能的能量轉換過程。即內生熱。超聲溫熱效應可增加血液循環,加速代謝,改善局部組織營養,增強酶活力。一般情況下,超聲波的熱作用以骨和結締組織為顯著,脂肪與血液為最少。   3.理化效應:超聲的機械效應和溫熱效應均可促發若干物理化學變化。實踐證明一些理化效應往往是上述效應的繼發效應。TS-C型治療機通過理化效應繼發出下列五大作用:   A.彌散作用:超聲波可以提高生物膜的通透性,超聲波作用后,細胞膜對鉀,鈣離子的通透性發生較強的改變。從而增強生物膜彌散過程,促進物質交換,加速代謝,改善組織營養。   B.觸變作用:超聲作用下,可使凝膠轉化為溶膠狀態。對肌肉,肌腱的軟化作用,以及對一些與組織缺水有關的病理改變。如類風濕XX節炎病變和關節、肌腱、韌帶的退行XX變的治療。   C.空化作用:空化形成,或保持穩定的單向振動,或繼發膨脹以致崩潰,細胞功能改變,細胞內鈣水平增高。成纖維細胞受激活,蛋白合成增加,血管通透性增加,血管形成加速,膠原張力增加。   D.聚合作用與解聚作用:水分子聚合是將多個相同或相似的分子合成一個較大的分子過程。大分子解聚,是將大分子的化學物變成小分子的過程。可使關節內增加水解酶和原酶活性增加。   E.消炎,修復細胞和分子:超聲作用下,可使組織PH值向鹼性方面發展。緩解炎症所伴有的局部酸中毒。超聲可影響血流量,產生致炎症作用,抑制並起到抗炎作用。使白細胞移動,促進血管生成。膠原合成及成熟。促進或抑制損傷的修復和愈合過程。從而達到對受損細胞組織進行清理、激活、修復的過程。   超聲波