Ультразвуковые технологии

Этот вид технологий основан на использовании упругих колебаний ультразвуковой частоты (более шестнадцати килогерц). У этих волн частота выше, чем у слышимых звуков.

Ультразвуковые технологии условно можно разделить на две группы.

К первой группе относятся процессы, в которых с помощью ультразвуковых волн проводят обработку твёрдых и сверхтвёрдых материалов, то есть размерную обработку.

Ко второй группе относят технологии, которые с помощью ультразвуковых волн удаляют поверхностные загрязнения. Например, это технологии, которые используются в химических и электромеханических процессах.

Перечислим некоторые сферы использования ультразвуковых технологий.

К ним относятся сварка, получение различных эмульсий и порошков. Также с помощью ультразвуковых технологий можно контролировать дефекты деталей и различные измерения.

Дадим определение.

Ультразвуковая размерная обработка – это направленное разрушение твёрдых и хрупких материалов, которое проводится с помощью колеблющегося с ультразвуковой частотой инструмента и суспензии абразивного порошка, вводимого в зазор между торцом и изделием.

Чаще всего этот вид обработки материалов используют для изготовления отверстий различного профиля в труднообрабатываемых материалах.

Для выработки переменного тока ультразвуковой частоты в станках для ультразвуковой размерной обработки ставят генератор. Ток, поступая на обмотку преобразователя, создаёт переменное магнитное поле. Именно под воздействием этого поля и происходит изменение линейных размеров преобразователя, изготовленного из специального магнитострикционного материала. Это может быть никель, сплав железа с кобальтом и другое.

Малые амплитуды колебаний преобразователя усиливают и направляют в нужную точку с помощью волновода-концентратора. На торце концентратора устанавливают рабочий инструмент. Он может быть из латуни, меди или чугуна. Форма инструмента совпадает с формой отверстия, которое обрабатывается.

Ультразвуковая обработка используется для хрупких материалов. Таких как стекло или твёрдые сплавы. Это материалы с малой пластичностью, частицы которых скалываются под ударами абразивных зёрен. А вот вязкие материалы, такие как незакалённая сталь или латунь, плохо обрабатываются с помощью ультразвуковых технологий. В этом случае абразивные зёрна вдавливаются в обрабатываемый материал.

Размерную ультразвуковую обработку используют для гравирования и маркирования, для изготовления штампов из твёрдосплавных материалов, ячеек памяти полупроводниковых приборов. Ячейки могут быть из феррита, кристаллов кремния и германия. Ещё методами ультразвуковой обработки можно изготавливать фасонные изделия из камня, стекла, ювелирных изделий и так далее.

Чтобы провести ультразвуковую очистку, колебания подводятся непосредственно к поверхности очищаемого изделия, которое погружают в жидкость. Эффект очистки осуществляется за счёт явления кавитации.

Рассмотрим суть этого явления.

Распространяясь в жидкой среде, ультразвуковые волны создают в ней зоны повышенного давления и разряжения.

В зонах разряжения жидкость переходит в газообразное состояние и в ней образуются пузырьки. В зонах с повышенным давлением эти пузырьки схлопываются, то есть взрываются внутрь.

При взрыве молекулы жидкости устремляются к центру лопнувшего пузырька со скоростью, которая в тысячу раз больше скорости звука.

Происходит микровзрыв.

Дадим определение.

Микровзрыв – это выделение накопленной энергии в микроскопическом объёме.

Если микровзрыв произойдёт вблизи обрабатываемой поверхности, то энергия микровзрыва отделит часть молекул от поверхности твёрдого тела.

Лучше всего очистку ультразвуком применять для удаления загрязнений из труднодоступных мест, углублений и каналов небольших размеров, при очистке мелких деталей сложной конфигурации и так далее.

Поговорим об ультразвуковой сварке.

Она используется для тонких и ультратонких деталей. С её помощью можно сваривать химически активные металлы и сплавы, разнородные металлы, металлы с керамикой или детали, покрытые плёнкой.

Рассмотрим технологию ультразвуковой сварки.

Заготовки с небольшим усилием сжимаются инструментом, на который накладываются поперечные или продольные ультразвуковые колебания. Разрушение поверхностных плёнок и нагрев поверхностных слоёв происходит за счёт микроскопических возвратно-поступательных движений, которые передаются заготовкам.

Происходит деформирование заготовок и диффузия соединяемых материалов.

В последнее время широкое распространение получила ультразвуковая дефектоскопия.

Применяют её для контроля газо- и нефтепроводов, сварных конструкций мостов и для деталей космических аппаратов.

В московском Парке Победы, на поклонной горе, стоит 140-метровый Монумент Победы. Так вот, его техническое состояние контролируется методом ультразвуковой дефектоскопии.

Этот метод ультразвуковой обработки материалов не только выявляет трещины и раковины, которые уже появились в детали, но и определяет так называемую усталость материала, которая и приводит к появлению дефектов.

Подведём итоги урока.

Сегодня мы поговорили об ультразвуковых технологиях обработки материалов. Мы сказали, что ультразвуковые технологии условно можно разделить на две группы. К первой группе относятся процессы, в которых с помощью ультразвуковых волн проводят обработку твёрдых и сверхтвёрдых материалов, то есть размерную обработку.

Ко второй группе относят технологии, которые с помощью ультразвуковых волн удаляют поверхностные загрязнения. Например, это технологии, которые используются в химических и электромеханических процессах.

Дали определение ультразвуковой размерной обработке, поговорили об ультразвуковой сварке и дефектоскопии.