功率超聲的原理和應(yīng)用

功率超聲的原理和各種應(yīng)用

第1章.功率超聲概述

　為什么強(qiáng)超聲能夠改變物質(zhì)的狀態(tài)呢？是因?yàn)閺?qiáng)超聲在媒質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列效應(yīng)，力學(xué)效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)等。在力學(xué)效應(yīng)中有攪拌、分散、除氣、成霧、凝聚、沖擊破碎和疲勞損壞作用；在熱學(xué)效應(yīng)中有聲能被吸收而引起的整體加熱、邊界處的局部加熱；在化學(xué)效應(yīng)中可以促進(jìn)氧化、還原，促進(jìn)高分子物質(zhì)的聚合或解聚作用等。

超聲波焊接原理示意

第2章.功率超聲的應(yīng)用以及相關(guān)原理

超聲清洗原理

　　超聲空化對(duì)污層的直接反復(fù)沖擊，一方面破壞污物與被清洗件表面的吸附，另一方面也會(huì)引起污物層的疲勞破壞而脫離。由于超聲空化作用，兩種液體在界面迅速分散而乳化。油污將溶解到溶液中。凡是液體浸到、空化產(chǎn)生的地方都有清洗作用，不受清洗件表面復(fù)雜形狀的限制，如精密零部件表面的空穴、凹槽、狹縫和深孔、微孔都能得到清洗，而這些部位用一般的刷洗的方法是很難清洗干凈的。

                                                                        超聲波空化效應(yīng)示意圖

超聲焊接原理

　　超聲焊接：是通過超聲振動(dòng)使焊件在固體狀態(tài)下連接起來的一種工藝過程。超聲焊接金屬或塑料時(shí)不需要外加熱。

　　超聲金屬焊接裝置超聲焊接原理超聲金屬焊接主要因素焊件表面的共同變形，在微觀接觸部分產(chǎn)生顯著的切向變形；靠近焊接表面的金屬晶格的原子能級(jí)升高，以及在超聲場(chǎng)中擴(kuò)散過程被加強(qiáng)等；在兩焊件的邊界上形成了共同的晶粒而金屬并未熔化。

　　超聲焊接的優(yōu)點(diǎn)，焊接時(shí)間短，質(zhì)量高。不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘余應(yīng)力。焊前、焊后處理簡(jiǎn)單。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。超聲焊接的優(yōu)點(diǎn)，可焊接異類金屬。不但同類金屬，異類金屬也可以焊在一起?？梢詫⒈∑蚣?xì)絲焊在厚板上。用于藥物和易爆材料的密封焊時(shí)，能避免一般焊接因有熔解物而污染藥品，不會(huì)因受熱而發(fā)生爆炸。超聲焊接的缺點(diǎn)焊接時(shí)間過長(zhǎng)或超聲振動(dòng)幅度過大都會(huì)使焊接強(qiáng)度下降，甚至破壞。

　　塑料的特點(diǎn)質(zhì)輕：密度一般在1－37.5px3之間有一定強(qiáng)度，耐腐蝕，易加工有優(yōu)異的電絕緣性能，減摩耐磨，振動(dòng)阻尼能力優(yōu)良。工程塑料還有突出的耐高低溫、耐沖擊、高強(qiáng)度和高化學(xué)穩(wěn)定性塑料的分類：

熱塑性塑料：是線型或枝化的穩(wěn)定高分子量聚合物，受熱可軟化、流動(dòng)，遇冷則凝固，反復(fù)多次亦不改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)。

熱固性塑料：在固化前是可溶解、熔化的線型聚合物，經(jīng)過加熱或加入交聯(lián)劑，即變成不熔的共價(jià)交聯(lián)體型網(wǎng)絡(luò)。前者一般可直接應(yīng)用，后者多用作增強(qiáng)塑料的粘合劑。如：玻璃膠超聲波塑料焊接只能焊接熱塑性塑料，而不能焊熱固性塑料超聲塑料焊接原理通過上焊件把超聲振動(dòng)能量傳送到焊區(qū)；由于焊區(qū)（即兩焊件交界面處）聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫，又由于塑料導(dǎo)熱性差，熱量來不及及時(shí)散發(fā)，聚積在焊區(qū)；致使兩塑料接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體；當(dāng)超聲波停止后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其固定成型；這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，形成焊點(diǎn)或焊面，達(dá)到焊接的目的。塑料焊接與金屬焊接到差別超聲波塑料焊接的縱向振動(dòng)，振動(dòng)方向與焊件垂直，而不象金屬焊接那樣振動(dòng)方向與焊件平行，超聲塑料焊接不是用超聲振動(dòng)帶動(dòng)上焊件振動(dòng)，而是通過上焊件把超聲振動(dòng)能量傳送到焊區(qū)。

超聲塑料焊接的分類

　　一般焊區(qū)距輻射聲能的工具與端面間的距離在6~7mm以內(nèi)的稱為近場(chǎng)焊接，而大于此距離的則稱為遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。超聲塑料焊接到優(yōu)點(diǎn)焊接時(shí)間短，質(zhì)量高；不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘余應(yīng)力；可以遠(yuǎn)場(chǎng)焊接；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

　　超聲還能使金屬零件鑲嵌在塑料制品中。

　　超聲振動(dòng)施加于金屬件，使金屬件很快地鑲嵌到塑料制品中，這在輕工塑料制品中是一種新工藝，使用方便而迅速，可以簡(jiǎn)化塑料模具制作。塑料焊接與金屬焊接的異同共同點(diǎn)焊接時(shí)間短，質(zhì)量高；不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘余應(yīng)力；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

超聲縫紉原理

　對(duì)薄膜塑料或化纖紡織品可以用超聲進(jìn)行連續(xù)縫焊，通常稱為超聲無線縫紉或超聲縫紉。一個(gè)縱向超聲振動(dòng)系統(tǒng)以一定角度與上焊件接觸，而下聲極是一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱。這樣，當(dāng)焊件從中通過時(shí)，即可完成一條連續(xù)焊縫。超聲縫紉的特點(diǎn)對(duì)許多小件物品進(jìn)行焊接，可以多臺(tái)焊接設(shè)備并用，對(duì)化纖被褥等大件物品連續(xù)縫紉。通過對(duì)上、下聲極的表面進(jìn)行的特殊設(shè)計(jì)，可使焊縫形成美觀的花紋。超聲還能對(duì)塑料薄膜及復(fù)合包裝紙進(jìn)行縫焊、封裝，對(duì)化纖織物進(jìn)行無線縫紉、剪裁及印花等等。