Ультразвуковая обработка. Ультразвуковая размерная обработка. Интенсивность кавитационных явлений, страница 2

Рис.3. Схемы операций ультразвуковой обработки:

а -  магнитострикционный преобразователь; 2 – концентратор с инструментом; 3 – обрабатываемая заготовка.

Ультразвуковая очистка. При возбуждении в жидкости интенсивных ультразвуковых колебаний возникают кавитация, местные гидродинамические потоки, и другие явления, способствующие очистке деталей от различных загрязнений на наружной поверхности, в пазах, отверстиях, углублениях и др. Очищаемую деталь (или одновременно несколько деталей) опускают в ванну с растворителем или в нейтральную среду. К ванне прикрепляют преобразователь ультразвуковых колебаний. Колебания передаются жидкости.

Явление кавитации заключается в том, что под действием ультразвуковых колебаний в жидкости образуются полости и пузыри, воздействующие на поверхность очищаемой детали во время фазы растяжения, во время фазы сжатия эти пузыри захлопываются. Кавитация играет важную роль в ультразвуковых процессах, ускоряя или замедляя ход проводимых физико-химических процессов. При определенном значении интенсивности ультразвукового поля кавитация проявляется как шипящий шум. Частицы твердых тел и пузырьки газа, имеющиеся в жидкости, способствуют появлению кавитации.

Интенсивность кавитационных явлений зависит от частоты колебаний сил сцепления в жидкости:

Кавитационные явления резко возрастают, если частота газовых пузырьков в жидкости находится в резонансе с частотой ультразвуковых колебаний. Диаметры пузырьков воздуха в воде зависят от частоты:

Интенсивность кавитации увеличивается с уменьшением температуры окружающей среды и возрастанием вязкости жидкости. Ударная волна, возникающая при кавитационных и других явлениях, должна быть больше силы сцепления, удерживающей загрязнения, коррозию, окалину, жир и другое на поверхности детали. При этом происходит очистка. Если силы сцепления металла детали с окалиной, коррозированными слоями или флюсом больше, чем сила ударной волны, то для удаления этих слоев применяют сочетание химических растворителей, разрыхляющих окалину, коррозию и флюсы с ультразвуковыми колебаниями.

Очистка в ультразвуковых установках повышает качество и производительность очистки по сравнению с другими методами в 2—10 раз, а также в два раза уменьшает расход химикатов. Для деталей небольших размеров до 20—30 мм наиболее эффективна и качественна очистка при интенсивности 5—10 Вт/см². Увеличение интенсивности до 20—30 Вт/см² не улучшает качество очистки и не повышает производительности, так как при этом в растворе возникает бурная кавитация, ухудшающая условия распространения ультразвуковых колебаний в зоне разрыва сплошности среды, при этом уменьшается величина звукового давления.

Грязь и другие снимаемые с поверхности детали частицы, взвешенные в растворителе, загрязняют его, и если растворитель не очищать, то частицы грязи останутся на поверхности деталей в виде тонкого слоя. Растворитель или моющие растворы различных составов должны проходить принудительную фильтрацию.

Ультразвуковая сварка. Ультразвуковую сварку применяют для соединения тонких деталей (до 2 мм) без нагревания их и при небольшом давлении. Вибратор сообщает поверхностному слою колебательное поперечное движение с частотой 16—30 кГц и амплитудой в несколько микрометров. В результате поперечных колебаний в зоне контакта соединяемых   поверхностей   происходит  пластическая деформация очень малых объемов, разрушение окисных пленок на поверхности, диффузия и образование   общих кристаллов, соединяющих свариваемые детали. Сварка может быть точечной   (рис. 4, а)   или   шовной (рис. 4, б). Сварке подвергают различные материалы.

Рис. 4. Ультразвуковая сварка: а – точечная; б – шовная; 1 – преобразователь;

2 – концентратор; 3 – наконечник; 4 – свариваемые детали; 5 – опора.

Ультразвуковая пайка. Ультразвук используют для пайки алюминия и его сплавов, которые трудно паять обычным способом, так как на поверхности алюминиевых деталей образуется окисная тугоплавкая пленка (температура плавления пленки 2000° С).

У ультразвукового паяльника имеется магнитострикционный преобразователь, передающий продольные колебания концентратору и головке паяльника с частотой 16—22 кГц при интенсивности колебаний 25—100 Вт/см². При этом в расплавленном припое возникает кавитация, и ударные импульсы воздействуют на поверхность паяемых деталей, разрушая окисную пленку.

Раздробленные частицы окисной пленки, имеющие малую удельную массу, всплывают на поверхность расплавленного припоя, который облуживает очищенную поверхность деталей.