Технологическое использование ультразвуковых колебаний

Технологическое использование в промышленности весьма многообразно. Можно выделить три основных направления: силовое воздействие на материал; интенсификация технологических процессов; ультразвуковые методы контроля.

Ультразвуковые процессы с силовым воздействием на обрабатываемый материалприменяются для механической обработки твердых и сверхтвердых сплавов, диспергирования и эмульгирования, удаления поверхностных пленок и др.

Принципиальная схема ультразвуковой размерной обработки прошиванием (долблением) показана на рис. 17.3. При этом методе обработки происходит направленное разрушение твердых и хрупких материалов с помощью инструмента 3, колеблющегося с ультразвуковой частотой. Он оказывает на обрабатываемую поверхность 1 ударное воздействие посредством мельчайших зерен абразивного порошка 9, вводимого в виде суспензии 8 в зазор между торцом инструмента и изделием.

Хотя производительность каждого удара ничтожно мала, производительность ультразвуковой обработки относительно высока, что обусловлено высокой частотой колебаний инструмента (16-30 кГц) и большим количеством зерен абразива (20-100 тыс/см³), движущихся одновременно с большим ускорением и ударяющих по обрабатываемой поверхности. Под ударами зерен абразива происходит скалывание мелких частиц материала изделия.

Ультразвуковое диспергирование и эмульгирование происходят под действием, интенсивных ультразвуковых волн, вызывающих дробящее действие кавитации и турбулентное движение жидкостей. Этим методом удается получить стойкие эмульсии таких несмешивающихся обычными способами жидкостей, как вода и масло, ртуть и вода, бензол и вода и др.

Ультразвуковая очистка металлических деталей от окалины, паст, смол, коррозии, обезжиривание, удаление заусениц и т.д. осуществляется за счет кавитации на поверхности детали, помещенной в ванну с источником ультразвуковых волн. Наиболее эффективна ультразвуковая очистка при удалении загрязнений из труднодоступных полостей, углублений и каналов, при очистке мелких деталей сложной конфигурации, оптических изделий и т.п.

Интенсификация технологических процессов.Ультразвуковые колебания существенно изменяют ход некоторых химических процессов: полимеризация, электролиз, кристаллизация и т. п. В частности, обработка ультразвуком значительно ускоряет полимеризацию винил ацетата, эмульсий стирола, ацетальдегида и т.д. Интенсификация процесса полимеризации наблюдается лишь при определенной силе ультразвука. При ее снижении может начаться обратный процесс - деполимеризация. Это свойство ультразвуковых колебаний используется для управления реакциями полимеризации. Изменяя частоту и интенсивность ультразвуковых колебаний, можно обеспечить требуемую технологией необходимую скорость реакции.

Ультразвуковые методы контроля.С помощью ультразвуковых колебаний можно непрерывно контролировать ход технологического процесса без проведения лабораторных анализов проб.

Установив предварительно зависимость параметров звуковой волны от физических свойств среды, измеряя затем амплитуду колебаний частиц, интенсивность ультразвуковых колебаний или скорость звука, можно достаточно точно судить о состоянии среды и ее изменениях.

По изменению энергии звуковой волны можно контролировать состав различных смесей, не являющихся химическими соединениями. Скорость звука в таких средах не изменяется, а наличие примесей взвешенного вещества влияет на коэффициент поглощения звуковой энергии. Это дает возможность определять процентное содержание примесей в исходном веществе.

Ультразвуковые дефектоскопы применяются при неразрушающем контроле, например выявление дефектов в металлических отливках, изменения толщины стенок технологических установок и т.п.