功率超聲的原理和應用

功率超聲的原理和各種應用

第1章.功率超聲概述

　為什么強超聲能夠改變物質的狀態(tài)呢？是因為強超聲在媒質中傳播時，會產生一系列效應，力學效應、熱學效應、化學效應和生物效應等。在力學效應中有攪拌、分散、除氣、成霧、凝聚、沖擊破碎和疲勞損壞作用；在熱學效應中有聲能被吸收而引起的整體加熱、邊界處的局部加熱；在化學效應中可以促進氧化、還原，促進高分子物質的聚合或解聚作用等。

超聲波焊接原理示意

第2章.功率超聲的應用以及相關原理

超聲清洗原理

　　超聲空化對污層的直接反復沖擊，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、空化產生的地方都有清洗作用，不受清洗件表面復雜形狀的限制，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。

                                                                        超聲波空化效應示意圖

超聲焊接原理

　　超聲焊接：是通過超聲振動使焊件在固體狀態(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，在微觀接觸部分產生顯著的切向變形；靠近焊接表面的金屬晶格的原子能級升高，以及在超聲場中擴散過程被加強等；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，焊接時間短，質量高。不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘余應力。焊前、焊后處理簡單。易于實現(xiàn)自動化。超聲焊接的優(yōu)點，可焊接異類金屬。不但同類金屬，異類金屬也可以焊在一起。可以將薄片或細絲焊在厚板上。用于藥物和易爆材料的密封焊時，能避免一般焊接因有熔解物而污染藥品，不會因受熱而發(fā)生爆炸。超聲焊接的缺點焊接時間過長或超聲振動幅度過大都會使焊接強度下降，甚至破壞。

　　塑料的特點質輕：密度一般在1－37.5px3之間有一定強度，耐腐蝕，易加工有優(yōu)異的電絕緣性能，減摩耐磨，振動阻尼能力優(yōu)良。工程塑料還有突出的耐高低溫、耐沖擊、高強度和高化學穩(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，遇冷則凝固，反復多次亦不改變其化學結構。

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，即變成不熔的共價交聯(lián)體型網(wǎng)絡。前者一般可直接應用，后者多用作增強塑料的粘合劑。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，因此會產生局部高溫，又由于塑料導熱性差，熱量來不及及時散發(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；這樣就形成一個堅固的分子鏈，形成焊點或焊面，達到焊接的目的。塑料焊接與金屬焊接到差別超聲波塑料焊接的縱向振動，振動方向與焊件垂直，而不象金屬焊接那樣振動方向與焊件平行，超聲塑料焊接不是用超聲振動帶動上焊件振動，而是通過上焊件把超聲振動能量傳送到焊區(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以內的稱為近場焊接，而大于此距離的則稱為遠場焊接。超聲塑料焊接到優(yōu)點焊接時間短，質量高；不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘余應力；可以遠場焊接；易于實現(xiàn)自動化。

　　超聲還能使金屬零件鑲嵌在塑料制品中。

　　超聲振動施加于金屬件，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，可以簡化塑料模具制作。塑料焊接與金屬焊接的異同共同點焊接時間短，質量高；不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘余應力；易于實現(xiàn)自動化。

超聲縫紉原理

　對薄膜塑料或化纖紡織品可以用超聲進行連續(xù)縫焊，通常稱為超聲無線縫紉或超聲縫紉。一個縱向超聲振動系統(tǒng)以一定角度與上焊件接觸，而下聲極是一個可轉動的圓柱。這樣，當焊件從中通過時，即可完成一條連續(xù)焊縫。超聲縫紉的特點對許多小件物品進行焊接，可以多臺焊接設備并用，對化纖被褥等大件物品連續(xù)縫紉。通過對上、下聲極的表面進行的特殊設計，可使焊縫形成美觀的花紋。超聲還能對塑料薄膜及復合包裝紙進行縫焊、封裝，對化纖織物進行無線縫紉、剪裁及印花等等。