超聲波頻率、聲波功率密度、清洗液性質(zhì)和溫度以及零件在聲場(chǎng)的位置等基本因素對(duì)超聲波清洗的作用有很大的影響。
超聲波頻率決定空化泡破裂產(chǎn)生沖擊波的強(qiáng)度。超聲波清洗的頻率一般在20~100kHz之間。對(duì)于表面粗糙度要求較高，只有小直徑孔或狹縫的零件，宜用波長(zhǎng)較短、能量集中的高頻超聲波清洗（一般40kHz）較好。但高頻超聲振動(dòng)在清洗液中衰減較大，作用距離較短，空化強(qiáng)度也較弱，清洗效率較低，而且由于高頻的方向性而產(chǎn)生的“陰影”區(qū)，使零件某些部位清洗不到。在使用無(wú)頻率跟蹤的超聲波清洗裝置時(shí)，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)發(fā)生器的頻率旋鈕，使其輸出信號(hào)的頻率與換能器的固有振動(dòng)頻率保持一致。此時(shí)空化最強(qiáng)，在透明的清洗液中可以看到白色聚流，用手試探時(shí)有針刺感。在使用水或水洗劑時(shí)由于空化作用引起的物理清洗力對(duì)低頻有利，一般用15~30kHz的超聲波。對(duì)于鐘表零件清洗時(shí)用40kHz的頻率較好。當(dāng)然在進(jìn)行半導(dǎo)體制造工藝的硅片清洗時(shí)，則可以選用兆赫級(jí)超聲清洗設(shè)備。
聲波功率密度對(duì)超聲波清洗效率影響很大。使用超聲清洗的主要參數(shù)就是功率，或更確切地說(shuō)，是清洗池內(nèi)被清洗件表面處的功率密度的大小，它直接影響到超聲聲強(qiáng)的大小。聲強(qiáng)大小又是直接影響空化效果的因素。
超聲清洗效果不一定完全與功率 X 清洗時(shí)間成正比?？梢韵胂螅袝r(shí)用小功率的清洗機(jī)，花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間也不會(huì)有特別明顯的效果。如果功率達(dá)到一定值，則可以很快將污垢去除。功率過(guò)大，空化強(qiáng)度將大大增加，清洗效果提高了，但會(huì)使較精密的零件產(chǎn)生蝕點(diǎn)，得不償失，而且清洗缸底部振動(dòng)處空化嚴(yán)重，很容易受到水點(diǎn)腐蝕，減少超聲清洗機(jī)的壽命。太高的聲強(qiáng)會(huì)造成空化泡過(guò)多，形成聲波屏障，使聲波不容易傳播到整個(gè)液體空間。在遠(yuǎn)離聲源的地方，聲波強(qiáng)度會(huì)減弱很快，不能形成有效的清洗。趕聲波的功率密度越高，空穴作用越強(qiáng)，其清洗效果越好，對(duì)表面污垢嚴(yán)重、形狀復(fù)雜、有深孔盲孔的零件，應(yīng)選用較大的功率密度。但是，功率密度太大，長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)洗會(huì)由于空穴作用發(fā)生腐蝕。頻率20~50kHz，超聲能量密度2-3W/cm2最好；而使用溶劑時(shí)，能量密度1~2W/cm2。一般情況下，超聲波的功率密度設(shè)在0.5~1W/cm2。
空化效應(yīng)示意圖
清洗溫度的升高對(duì)空化作用有利，對(duì)于超聲波來(lái)說(shuō)，其空穴作用在30~40℃時(shí)最強(qiáng)。但溫度升高，會(huì)使空化泡沖擊力下降，清洗液中產(chǎn)生的氣泡會(huì)折斷聲波，使超聲波減弱。因此，必須保持一定的溫度范圍(清洗液一般在45℃左右，三氯乙烯為75℃，水為60℃左右)。對(duì)于易蒸發(fā)和易燃的清洗液，溫度不宜太高。如對(duì)于油脂類的臟污，使用水基清洗劑時(shí)在較高的溫度下清洗效果好，一般場(chǎng)合液溫設(shè)在50~60℃。各種不同的清洗液，空化強(qiáng)度隨溫度有一個(gè)最人值，在表3-39中表明了相同超聲強(qiáng)度和超聲頻率下，相同時(shí)間內(nèi)鋁在不同液體中溫度與腐蝕量的關(guān)系。
零件表面接近并面向發(fā)生器時(shí)，清洗質(zhì)量最好。一般都把零件放在金屬網(wǎng)內(nèi)，故應(yīng)采用帶有聚焦系統(tǒng)的發(fā)生器。被清洗零件不能直接壓在超聲振動(dòng)的輻射面上。應(yīng)將重點(diǎn)清洗部位對(duì)準(zhǔn)超聲源，被洗下的污物應(yīng)能順利地排出零件，以便于清洗液在清洗槽內(nèi)對(duì)流。一般來(lái)說(shuō)，清洗液液面至少應(yīng)該高于振動(dòng)表面100mm以上。例如在300W，24kHz的超聲清洗機(jī)內(nèi)的清洗液液面約高12mm；在600W，24kHz的超聲清洗機(jī)內(nèi)的清洗液液面約高150mm。由于單頻清洗機(jī)受駐波場(chǎng)的影響，波節(jié)處振幅很小，波峰處振幅大造成清洗不均勻。因此一般最佳清洗物放置應(yīng)該在波峰處。或者附加其他手段使物品上下移動(dòng)，均勻清洗。當(dāng)選用了多頻和調(diào)頻清洗后，效果也要好一些。
表3-39 鋁在不同液體中的空化腐蝕量/mg
| 介質(zhì) | 溫度 | ||||||||
| -10℃ | 0℃ | 10℃ | 20℃ | 30℃ | 40℃ | 60℃ | 80℃ | 90℃ | |
| 水 | 0.8 | 2.0 | 3.7 | 5.3 | 5.8 | 2.6 | 0.5 | ||
| 煤油 | 0.9 | 1.8 | 2.9 | 3.7 | 3.7 | 3.2 | 2.0 | 1.1 | |
| 苯 | 0.2 | 1.0 | 1.3 | 0.9 | 0.6 | 0.4 | |||
| 酒精 | 0.1 | 0.4 | 0.9 | 0.9 | 0.8 | 0.6 | 0.4 | ||
| 丙酮 | 0.4 | 1.0 | 0.8 | 0.4 | 0.3 | 0.2 | |||
清洗大量污垢的零件一般采用浸泡、噴射的方法進(jìn)行預(yù)洗。在清洗了大部分污垢之后，再用超聲清洗余下的污垢，則效果更好。清洗小物品及形狀復(fù)雜的物品時(shí)，如果采用清洗網(wǎng)或者使清洗物旋轉(zhuǎn)，一邊振動(dòng)一邊用超聲輻射，就能取得均勻清洗的良好效果。
總之，超聲波清洗機(jī)的功率大小，清洗缸內(nèi)的功率密度的設(shè)計(jì)，換能器頻率及功率的選擇及換能器在清洗缸中擺放的位置（底部、側(cè)面、上部等)，清洗液的選擇及清洗溫度等因素影響著清洗的效果，使用者應(yīng)更多地聽取權(quán)威生產(chǎn)廠家的指導(dǎo)，以取得最佳的使用效果。