УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
воздействие
ультразвука
(обычно с частотой 15-50 кгц) на вещества в техноло-гич. процессах.
Для У. о. применяют технологич. аппараты с электроакустич. излучателями
либо аппараты в виде свистков и сирен. Осн. элемент излучателя
- электроакустический преобразователь (магнитострикц. или пьезоэлектрич.)-соединён
с согласующим устройством, к-рое осуществляет передачу акустич. энергии
от преобразователя в обрабат. среду, а также создаёт заданные технич. условиями
размеры излучающей поверхности и интенсивность ультразвукового поля. В
качестве согласующих устройств используют, как правило, вол-новодные концентраторы
акустические - расширяющиеся (обычно при У. о. жидкостей) или
сужающиеся (обычно при У. о. твёрдых веществ), резонансные (настроенные
на определённую частоту) или нерезонансные пластины. Согласующее
устройство, кроме того, может одновременно выполнять функции режущего или
к.-л. др. инструмента (напр., при сверлении, сварке, пайке). Иногда
применяют преобразователи, работающие без согласующего устройства (напр.,
кольцевые преобразователи, встроенные в трубопровод).
У. о. твёрдых веществ используется
в основном для сварки металлов, пластмасс и синтетич. тканей (см. Ультразвуковая
сварка), при резании металлов, стекла, керамики, алмаза и т. п. (напр.,
сверлении, точении, гравировании), а также при обработке металлов
давлением (волочении, штамповке, прессовании и др.).
Резание на ультразвуковых станках
обеспечивает
высокую точность, позволяет получать не только прямые круглые отверстия,
но и вырезы сложных сечений, криволинейные каналы. Ультразвук, подведённый
к инструменту обычного металлорежущего станка (напр., сверлу, резцу),
интенсифицирует обработку и улучшает дробление стружки (см.
Вибрационное
резание). При обработке металлов давлением ультразвуковые колебания
улучшают условия деформирования и снижают необходимые усилия. При ультразвуковом
поверхностном упрочнении повышаются микротвёрдость и износостойкость, снижается,
шероховатость поверхности. Во всех этих процессах ультразвук обычно подводят
с помощью вол-новодного концентратора к рабочим органам машин (напр., к
сверлу, валкам прокатного стана, штампу пресса, фильере).
У. о. в жидкостях (жидкостей) основана
гл. обр. на возникновении кавитации. Нек-рые эффекты кавитации (гидравлич.
удары при захлопывании пузырьков и микропотоки, возникающие в жидкости
около пузырьков) используются при пайке и лужении, диспергировании,
очистке деталей и т. д. Другие эффекты (разогрев паров внутри пузырька
и их ионизация) используются для инициирования и ускорения хим.
реакций. Иногда для интенсификации У. о. процесс ведут при повышенном давлении.
При пайке и лужении металлов, напр.
алюминия, титана, молибдена, ультразвук разрушает окисные плёнки на поверхности
деталей и облегчает течение процесса. С использованием ультразвука можно
лудить, а затем паять керамику, стекло и др. неметаллич. материалы. Ультразвук
подводят волноводным концентратором к припою, помещённому в ванну или нанесённому
на поверхность детали.
Очистка ультразвуком поверхностей деталей
от металлич. пыли, стружки, нагаров, жировых и др. загрязнений обеспечивает
более высокое, чем др. способы, качество - остаётся не более 0,5% загрязнений.
Нек-рые детали, имеющие сложную форму и труднодоступные места, можно очистить
только при У. о. Очистку обычно осуществляют в ваннах со встроенными электроакустич.
излучателями; в рабочую жидкость добавляют поверхностно-активные вещества.
Для
снятия заусенцев с деталей в жидкость вводят абразивные частицы, к-рые
в неск. раз ускоряют обработку (см. Вибрационная обработка).
Дегазацию (освобождение от газов)
жидкостей
осуществляют при малой (обычно ниже порога кавитации)
интенсивности
ультразвука. Мелкие газовые пузырьки, взвешенные в жидкости, сближаются
друг с другом, слипаются (см. Коагуляция) и всплывают на поверхность.
Дегазации подвергают расплавы оптич. стёкол, жидкие алюминиевые сплавы
(см. Газы в металлах) и др. жидкости. У. о. используют при
обогащении (флотации) руд - газовые пузырьки оседают на поверхностях
частичек минералов и всплывают вместе с ними.
У. о. оказывает благоприятное влияние
на процесс кристаллизации расплавов металлов при литье, что существенно
улучшает структуру слитка и его механич. свойства.
Для образования эмульсий обычно используют
ультразвуковые аппараты в виде свистков или сирен. Приготовление суспензий
в основном ведут в аппаратах с магнитострикционными преобразователями,
работающими
при повышенном давлении (см. Диспергирование).
Образование аэрозолей происходит
при У. о. жидкости в тонком слое с помощью волноводного концентратора,
к-рый представляет собой распылительную насадку.
При У. о. хорошо деполимеризуются в
растворах высокомолекулярные соединения. Это свойство используется, напр.,
при синтезе различных блок- и привитых сополимеров, для получения из природных
полимеров ценных низкомолекулярных веществ (см. Механохимия полимеров
).
У. о. ускоряет многие массообменные
процессы (растворение, экстрагирование, пропитку пористых тел и т. п.),
ход к-рых ограничивается скоростью диффузии. Действие высоких темп-р внутри
кави-тац. пузырьков, уменьшение толщины пограничного слоя и его турбулизация
интенсифицируют также протекающие совместно хим. и массообменные процессы
(напр., хемосорбцию).
У. о. в газах (газов) вызывает
коагуляцию аэрозолей и пыли (укрупнение и осаждение взвешенных в газах
мелких частиц) и применяется, напр., в акустическом пылеуловителе.
При возбуждении ультразвука в нагретом
газе (сушильном агенте) интенсифицируется сушка пористых тел - ускоряется
испарение со свободной поверхности жидкости, в капиллярах возникают акустические
течения и т. п. Ультразвуковая сушка обычно применяется совместно с др.
видами сушки, напр. инфракрасной, высокочастотной; в качестве источников
ультразвука используют сирены.
У. о.- один из наиболее обширных разделов
электрофизических
и электрохимических методов обработки. Дальнейшее её развитие в основном
связано с увеличением мощностей и рабочих объёмов ультразвуковых аппаратов,
а также с детальным изучением физ. и физико-хим. процессов, протекающих
в ультразвуковом поле. Расширяется область практич. использования У. о.,
напр. в пищ. пром-сти для осветления вин и ликёров; в фармацевтич.- для
стерилизации и приготовления различных препаратов и т. д.
Лит.: Физика и техника мощного
ультразвука, [кн. 3], М., 1970; Ультразвуковая технология, под ред. Б.
А. Аграната, М., 1974; Хорбенко И. Г., Ультразвук в машиностроении, М.,
1974.
С. Л. Пешковский.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я