眾所周知，人們所聽到的聲音是頻率20～20000Hz的聲波信號，高于20000Hz的聲波稱之為超聲波，聲波的傳遞依照正弦曲線縱向傳播，即一層強一層弱，依次傳遞，當弱的聲波信號作用于液體中時，會對液體產(chǎn)生一定的負壓，使液體內(nèi)形成許許多多微小的氣泡，而當強的聲波信號作用于液體時，則會對液體產(chǎn)生一定的正壓，因而，液體中形成的微小氣泡被壓碎。經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時，液體中每個氣泡的破裂會產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓，這種現(xiàn)象被稱之為“空化效應(yīng)”，超聲波清洗正是應(yīng)用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。
超聲波清洗機是利用高于20KHZ的超音頻信號，通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機械振蕩而傳入清洗液中，超聲波在清洗液中疏密相間地向前輻射，使液體流動并產(chǎn)生數(shù)以萬計的微小氣泡，這些氣泡是在超聲波縱向傳播形成的負壓區(qū)形成生長，而在正壓區(qū)迅速閉合，這些氣泡的形成生長及迅速閉合被稱為空化現(xiàn)象。在空化現(xiàn)象中，這些氣泡的閉合形成超過1000個大氣壓的瞬間高壓，連續(xù)不斷地瞬間高壓就象一連串小的“爆炸”不停地轟擊物體表面，使物體表面及縫隙之中的污垢迅速剝落，達到迅速清洗效果；當聲壓或者聲強受到壓力到達一定程度時候，氣泡就會迅速膨脹，然后又突然閉合。在這段過程中，氣泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波，使氣泡周圍產(chǎn)生1012-1013pa的壓力及局調(diào)溫，這種超聲波空化所產(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使他們分化于溶液中，蒸汽型空化對污垢的直接反復(fù)沖擊。
第一方面破壞污物與清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物層的疲勞破壞而被駁離，氣體型氣泡的振動對固體表面進行擦洗，污層一旦有縫可鉆，氣泡立即“鉆入”振動使污層脫落，由于空化作用，兩種液體在界面迅速分散而乳化，當固體粒子被油污裹著而粘附在清洗件表面時，油被乳化、固體粒子自行脫落，超聲在清洗液中傳播時會產(chǎn)生正負交變的聲壓，形成射流，沖擊清洗件，同時由于非線性效應(yīng)會產(chǎn)生聲流和微聲流，而超聲空化在固體和液體界面會產(chǎn)生高速的微射流，所有這些作用，能夠破壞污物，除去或削弱邊界污層，增加攪拌、擴散作用，加速可溶性污物的溶解，強化化學(xué)清洗劑的清洗作用。由此可見，凡是液體能浸到且聲場存在的地方都有清洗作用，其特點適用于表面形狀非常復(fù)雜的零件的清洗。尤其是采用這一技術(shù)后，可減少化學(xué)溶劑的用量，從而大大降低環(huán)境污染。
第二超聲波在液體中傳播，使液體與清洗槽在超聲波頻率下一起振動，液體與清洗槽振動時有自己固有頻率，這種振動頻率是聲波頻率，所以人們就聽到嗡嗡聲。另外，在超聲波清洗過程中，肉眼能看見的泡并不是真空核群泡，而是空氣氣泡，它對空化作用產(chǎn)生抑制作用降低清洗效率。只有液體中的空氣氣泡被完全拖走，空化作用的真空核群泡才能達到最佳效果。上圖是一個在水中工作的換能器剖面圖：在中間是一層一定厚度的不銹鋼板，換能頭沾結(jié)在這一層鋼板下，通過超聲發(fā)生源產(chǎn)生一定頻率和電壓的交流電信號帶動換能頭和不銹鋼板一起做高頻震動，當鋼板向上震動時，將水向上推開，當鋼板向下震動時，水跟不上鋼板的震動速度，在水和鋼板之間會形成一個空隙，這樣反復(fù)震動就會有許多的氣泡形成，如圖所示：這種氣泡就是由“空化效應(yīng)”產(chǎn)生的，我們稱之為空化泡?？栈蓓樦饎臃较蛳蛩袀鞑?，如果水中正好有工件，空化泡撞擊到工件表面產(chǎn)生數(shù)千個大氣壓的撞擊力，帶動工件表面的污垢脫落。
