超聲波清洗機的超聲功率衰減是影響清洗效果的常見問題，其成因涉及設備部件老化、介質干擾、結構損耗及維護不當等多方面。以下是具體原因分析及對應機制：

一、核心部件老化與故障

1. 換能器（ transducer ）性能衰退

- 壓電陶瓷老化：  

 換能器的壓電陶瓷片（如PZT材料）在長期高頻振動（20~100kHz）下會發生極化強度衰減，電-聲轉換效率下降。通常使用壽命為3~5年，超過年限后功率可能衰減10%~30%。  

- 電極層氧化或脫落：  

 陶瓷片表面的銀電極長期接觸水汽或腐蝕性氣體，會生成氧化銀（Ag?O），導致導電性能下降，無法有效激發超聲波。  

- 換能器與槽體連接失效：  

 換能器通過螺栓或膠水固定在槽體底部，若連接部位松動或膠水老化（如環氧樹脂膠熱老化），會導致能量傳導損耗，功率衰減可達20%以上。

2. 超聲波發生器（電源）故障

- 電子元件老化：  

 發生器內的功率管（如IGBT、MOSFET）、電容等元件長期工作在高溫環境下，參數漂移（如電容容量下降、電阻值變大）會導致輸出電壓/電流不足，功率衰減。  

- 散熱不良引發過熱保護：  

 風扇積塵或散熱孔堵塞，導致發生器內部溫度超過閾值（如>60℃），觸發過溫保護機制，自動降低輸出功率。

3. 電纜與接頭損耗

- 傳輸線阻抗匹配失衡：  

 超聲波發生器與換能器之間的電纜若過長（>5m）或線材規格不符（如屏蔽層破損），會產生信號反射和衰減，尤其在高頻段（如40kHz以上）影響更明顯。  

- 接頭氧化或接觸不良：  

 插頭插座長期插拔或受潮，表面形成氧化層（如銅綠），接觸電阻增大，導致功率傳輸效率降低。

二、介質與環境因素干擾

1. 清洗液特性變化

- 粘度與密度增加：  

 清洗液中油污、顆粒物沉積或溶劑揮發，導致粘度升高（如有機溶劑揮發后濃度增大），超聲波在液體中的傳播衰減系數（單位：dB/cm）增加。例如，水在20℃時衰減系數約0.02dB/cm，而含10%油污的水溶液衰減系數可升至0.05dB/cm。  

- 溫度異常波動：  

 清洗液溫度過低（<10℃）時，液體分子間距縮小，聲阻抗增大；溫度過高（>70℃）時，空化氣泡易破裂，均會導致超聲波能量損耗。理想工作溫度通常為40~60℃。  

- 氣泡聚集效應：  

 清洗液中若溶解大量氣體（如未脫氣的自來水），或空化產生的微氣泡未及時排出，會形成氣泡云，散射超聲波能量，導致功率衰減（衰減量可達15%~20%）。

2. 槽體結構損耗

- 槽體材料腐蝕或變形：  

 不銹鋼槽體長期接觸酸性/堿性清洗液，表面發生均勻腐蝕或點蝕，厚度減薄（如從3mm降至2mm），導致超聲波反射/透射特性改變，能量散射增加。  

- 槽體底部結垢：  

 硬水中的鈣鎂離子（Ca2?、Mg2?）在槽體底部沉積形成水垢（CaCO?、Mg(OH)?），厚度超過1mm時，會像“隔音層"一樣阻礙超聲波從換能器向液體傳播，功率衰減可達30%以上。

3. 負載（清洗物）影響

- 負載量超過設計閾值：  

 清洗槽內零件堆放過多，或零件體積過大（如超過槽體容積的60%），會吸收或反射大量超聲波能量。例如，金屬零件對超聲波的反射率高達90%，若堆疊緊密，槽內有效聲強會顯著下降。  

- 零件材質與形狀的影響：  

 高阻尼材料（如橡膠、塑料）或多孔材料（如海綿）會大量吸收超聲波；帶深孔、盲孔的零件會形成聲影區，導致局部功率衰減。

三、維護與使用不當

1. 換能器表面污染

- 油污/水垢沉積：  

 換能器表面未定期清潔，油污或水垢（厚度>0.5mm）會直接削弱超聲波的發射效率。例如，油污膜的聲阻抗與水差異較大，導致能量反射率超過50%。  

- 化學腐蝕損傷：  

 接觸強酸性/強堿性清洗液后未及時沖洗，換能器表面的陶瓷層或金屬電極被腐蝕，形成凹坑或裂紋，影響振動性能。

2. 聲學匹配失效

- 耦合劑干涸或失效：  

 換能器與槽體之間的耦合劑（如硅脂、黃油）長期使用后干涸或被清洗液溶解，導致兩者之間出現空氣隙（空氣的聲阻抗遠低于金屬），能量傳輸效率從90%降至50%以下。  

- 槽體底部變形導致間隙：  

 槽體因長期加熱/冷卻循環產生熱變形，換能器與槽體接觸面出現微小縫隙（>0.1mm），形成聲學“短路"，功率衰減明顯。

3. 錯誤的參數設置

- 頻率偏移超出共振點：  

 超聲波發生器的工作頻率與換能器的共振頻率（如設定40kHz，但實際偏移至42kHz）不匹配時，會進入非共振區，功率輸出大幅下降（可能衰減50%以上）。  

- 長時間滿功率運行：  

 持續以100%功率運行超過2小時，換能器過熱（溫度>80℃）會導致壓電材料退極化，永-久降低功率輸出能力。

四、典型衰減案例與檢測方法

（一）

衰減場景：新設備使用1年后

功率下降幅度：10%~15%

核心原因：換能器陶瓷輕微退極化，電纜接頭氧化

快速檢測方式：用萬用表測換能器阻抗，正常約100~200Ω

（二）

衰減場景：槽體底部結垢嚴重

功率下降幅度：20%~30%

核心原因：水垢阻礙超聲波傳播

快速檢測方式：觀察槽底白色沉積物，用硬度計刮擦檢測

（三）

衰減場景：清洗液含大量油污

功率下降幅度：15%~20%

核心原因：液體粘度增加，聲衰減系數上升

快速檢測方式：測量清洗液粘度（對比新液），觀察透光率

（四）

衰減場景：發生器散熱風扇停轉

功率下降幅度：30%~50%

核心原因：過熱保護啟動，功率自動降低

快速檢測方式：手觸發生器外殼溫度（正常≤50℃），聽風扇聲音

五、衰減預防與修復措施

1. 定期維護保養

- 換能器表面清潔：每月用檸檬酸溶液（5%濃度）浸泡槽體1小時，去除水垢；油污可用酒精擦拭換能器表面。  

- 耦合劑更換：每年拆解換能器，清除舊耦合劑，重新涂抹高粘度硅脂（如道康寧DC737），確保接觸面貼合度>95%。  

- 發生器除塵：每季度用壓縮空氣吹掃發生器內部灰塵，檢查電容是否鼓包、功率管溫度是否異常（≤60℃）。

2. 優化使用條件

- 控制清洗液參數：  

 - 粘度：定期過濾清洗液，油污含量超過5%時更換；  

 - 溫度：設置溫控系統，保持40~60℃；  

 - 脫氣：使用前將水基清洗液靜置30分鐘，或通入氮氣脫氣。  

- 合理負載管理：零件堆放間距≥2cm，避免遮擋換能器正上方區域，負載量不超過槽體容積的50%。

3. 故障部件更換

- 換能器修復/更換：若功率衰減超過30%，可嘗試重新極化壓電陶瓷（專業設備處理），或直接更換新換能器（壽命周期內建議3~5年更換）。  

- 發生器元件檢修：更換老化的電容（如電解電容壽命通常2~3年）、功率管，校準輸出頻率至換能器共振點（誤差≤±0.5kHz）。

超聲功率衰減是設備老化、介質干擾與維護不足共同作用的結果，其核心邏輯可歸納為：能量轉換效率下降→傳輸過程損耗增加→有效聲強衰減。通過針對性的部件維護、介質控制及參數優化，可將年衰減率控制在5%以內，延長設備使用壽命。建議建立定期功率檢測制度（如每月用聲強計測量槽內聲壓級），及時發現衰減趨勢并干預。