Ултразвуково Обработване

[Mozo]

1. УЛТРАЗВУКOВО ОБРАБОТВАНЕ.
1.1.0бщи сведения за ултразвуковите процеси.
Ултразвуковите трептения представляват еластични механични вълни, които се разпространяват с определена скорост в някаква материална среда - газове, течности или твърди тела. Трептящия източник на звук периодично се доближава до допиращите се към него частици, при което възникват периодично редуващи се натискови и опънови напрежения, които се предават чрез средата на следващия допиращ се слой. Получават се вълни на свиване , които се редуват с вълни на разреждане, преминавайки цялото пространство заемано от дадената среда. От взаимодействието на еластичните с инерционните сили, материалните частици трептят около равновесното си състояние.
Скоростта и посоката на разпространение на звуковите вълни зависят от плътността и еластичността на средата и от нейните размери. Една особеност на високо енергийните ултразвукови трептения е възможността за фокусиране на енергията в сравнително малка площ на работната зона.
Трептенията, възбудени в някаква среда се разпространяват в нея във вид на еластични вълни. Скоростта на разпространение на звуковите вълни С е свързана с дължината на вълната λ ,честотата f и периода на трептене Т.
С= (1.1.1)
Скоростта на разпространение на звуковите вълни С в газове и течности зависи от
плътноста ρ и коефициента на адиабатно свиване βс (за вода βс= 4,47.10-9 m2/N):
(1.1.2)
Видът на вълните зависи от еластичните свойства на средата. Вълните биват плоски, цилиндрични и сферични в зависимост от източниците на възбуждане- равнина, сфера или цилиндър. В плоската бягаща вълна амплитудите и фазите на трептенията са еднакви във всички точки от фронта на вълната, а в сферичните и цилиндричните амплитудите на трептенията се изменят с изменение на разстоянието до източника. Идеалния случай за получаване на сферични вълни, е когато те се създават от излъчвател, изпълнен като точковиден източник.Практически обаче сферична вълна се смята и онази, при която радиусът на излъчвателя е малък в сравнение с дължината на вълната λ. В течностите и газовете се разпространяват само надлъжни вълни - при които посоката на трептеливото движение на частиците съвпада с посоката на разпространение на вълните. Вълните биват:
- надлъжни - при съвпадане на направлението на трептение с това на разпространение на вълните
• напречни - при направление на трептене, перпендикулярно на направление на разпространение вълните С.
Уравнението на плоската бягаща вълна е :
(1.1.3)
където: t е продължителността на процеса; x-разстояние от трептящата точка до излъчвателя.
Налягането в плоскатазвукова вълна , която се разпространява в неограничена среда без поглъщане, е:
(1.1.4)
където ρ0 е налягането в спокойна среда; ω.ξо.ρ.с-амплитуда на звуковото налягане.
Механичното съпротивление Z на течна или газова среда с линейно приближение на зависи от интензивноста на звука:
Z=S.ρ.c, където S е площа на фронта на вълната.Произведението ρ.с- относителното механично съпротивление се нарича вълново съпротивление на средата.
Мощността на фронта на вълната е:
(1.1.5)
В твърдите тела, които имат еластичност на формата, наред с нормалните напрежения възникват и тангенциални напрежения на плъзгане.Последните са причина за възникване и на напречни вълни, т.е. движение на частиците на твърдото тяло, перпендикулярно на посоката на разпространение на вълните.
Свойствата на трептене на твърдото тяло зависят от пластичността ρ, модулите на Юнг Е и на плъзгането G, коефициента на Поасон μ, относителното вълново съпротивление ρ.с и коефициента на затихване β.
Средната стойност на плътноста на потока за един период, наречена интензивност или сила на звука I, в плоска бягаща вълна е пропорционална на квадрата на честотата ω и на амлитудата на трептене :
(1.1.6)
При разпространение на звукови вълни в твърди тела, както и в течности, настъпва пренасяне на енергия.Разпространението на звуковите вълни в твърди тела е съпровидено със загуби на енергия за вътрешнотриене, топлопроводност и еластичен хистерезис. В плоската бягаща вълна амплитудата на трептене се изменя по експоненциален закон:
(1.1.7)
Загубата на енергия зависи от физико- механичните свойства и структурата на материала, амплитудата и честотата на трептенията.

1.2. ултразвукови преобразуватели, вълноводи и концентратори.
В ултразвуковата техника и технология, източници на звукови трептения в течни и твърди среди са магнитострикционните, пиезоелектричните и феритовите преобразуватели, възбуждани от високочестотни полупроводникови генератори.
Магнитострикционни преобразуватели .
Магнитострикционните преобразуватели обикновено се използват за възбуждане на високоенергийни трептения и работят в ниския диапазон на ултразвуковите честоти ( f«44 КНz), а пиезокерамичните - при по-високите честоти (от 100 kHz до 20 МНz) и за създаване на трептения.
Магнитострикционния ефект (ефект на Джаул) се състои в способността на феромагнитните материали да изменят своите геометрични размери под действието на магнитното поле. Най-голяма магнитострикционна деформация d = - има никелът, сплавта на алуминия с желязото (алфер), желязо-кобалтовите сплави и сплавите на платината с желязото (54% Рt + 46% Fe) .


фиг.1.2.1 Криви за магнитострикционната деформация на феромагнитните материали.
1-сплав на платина и желязо.(54% Рt + 46% Fe) ;2 - пермендюр ( 49% Со , 49%Fe , 2% V), 3 – никел. Прътът от феромагнитен материал, поместен в променливо магнитно поле ,периодично изменя своята дължина с удвоена честота ( в сравнение с честотата на възбуждащото магнитно поле) и магнито стрикционната деформация е малка. (фиг.1.2.2.)

Целият материал: