Основы ультразвуковой технологии

Ультразвуковой метод обработки относится к электрофизическому воздействию на материал, и назван так потому, что частота воздействий соответствует диапазону неслышимых человеческим ухом звуков с частотой 16—10⁵ кГц. При распространении в материальной среде ультразвуковая волна переносит определенную энергию, которая может непосредственно использоваться в технологических процессах либо преобразовываться в тепловую, химическую, механическую.

Энергия ультразвуковых волн во много раз больше переносимой слышимыми звуками. При этом ультразвуковые колебания сопровождаются рядом эффектов, которые могут быть использованы в качестве базовых для разработки различных процессов.

Энергия ультразвуковых волн применяется для механической обработки твердых и сверхтвердых материалов, удаления поверхностных пленок и т.д.

На рис. 15.7 показана схема ультразвуковой установки для механической обработки заготовок с помощью инструмента, колеблющегося с ультразвуковой частотой.

Обрабатываемую поверхность покрывают жидкостью с находящимся во взвешенном состоянии абразивом. Во взвесь вводится инструмент, колеблющийся с ультразвуковой частотой (16—30 кГц) и небольшой (0,1—0,06 мм) амплитудой. Обработка происходит в результате ударов инструмента по частицам абразива, оседающим на обрабатываемой поверхности. Благодаря соударениям и происходит обработка резанием: абразив «выкалывает» мельчайшие частицы материала заготовки, а инструмент постепенно внедряется вглубь. Профиль отверстия при этом в точности соответствует профилю инструмента. Если исполнительному органу машины, взаимодействующему с обрабатываемым материалом, сообщить высокочастотные ультразвуковые колебания, то, изменяя их интенсивность и спектральный состав, можно целенаправленно воздействовать на структуру материала и как следствие — менять его механические свойства.

Благодаря энергии ультразвуковых волн (ультразвуку) получают устойчивые эмульсии, не расслаивающиеся с течением времени. Ультразвук используется при получении однородных горючих смесей, сушке различных материалов, очистке воздушных потоков и сточных вод от загрязняющих примесей, очистке металлических изделий от накипи и загрязнений, дегазации жидкостей.

Известен метод холодной ультразвуковой сварки, который позволяет соединять детали при температурах, значительно более низких, чем температура плавления. Ультразвуковая сварка не изменяет свойств и структуры материалов. Она с успехом применяется при сваривании алюминиевых деталей и стали, является одним из основных способов соединения изделий из пластмасс.

При посредстве ультразвука работают многочисленные контрольные и измерительные приборы. В исследовательской практике ультразвук используется для обнаружения внутренних дефектов металлов, определения концентрации различных веществ, непрерывного контроля над изменением их плотности и температуры.

В последние годы ультразвук активно начал использоваться в медицине. Медицинские ультразвуковые диагностические установки, реализующие известный принцип ультразвуковой локации, позволяют «заглянуть» вовнутрь человеческого организма. При этом во многих случаях информативность исследований оказывается существенно выше, чем при использовании рентгена, а само же ультразвуковое исследование (УЗИ) совершенно безопасно.

Ультразвук применяют в медицине не только для диагностики, но и для лечения. Например, разработан ультразвуковой метод соединения поврежденной костной ткани; есть многочисленные примеры использования ультразвука в борьбе с почечными камнями. С его помощью лечат воспалительные процессы, очищают раны и режут ткани, лечат зубы, сваривают сосуды.

Таким образом, применение энергии ультразвуковых волн (ультразвука) позволяет разработать новые виды обработки материалов, интенсифицировать и повысить эффективность протекания различных процессов, обеспечить новые методы диагностики и лечения в медицине и т.д.