Ультразвукова́ обро́бка — обробка матеріалів (виробів) або речовин дією ультразвуку (зазвичай з частотою 15—50 кГц) у технологічних процесах.
Ультразвуковій обробці піддають рідкі, газоподібні та тверді середовища з метою прискорення в них масо- і теплообміну, хімічних реакцій, руйнування, ущільнення й коагуляції тощо. Зокрема, ультразвук використовується для інтенсифікації процесів диспергування реагентів, розділення тонких шламових частинок, гасіння флотаційних пін, очищення поверхонь мінеральних часток, класифікації технологічних суспензій, фільтрації промислових рідин і стічних вод, одержання аерозолів, очищення газів від твердих часток, сушіння сипучих матеріалів, підвищення продуктивності буріння й різання гірських порід і тощо.
Передумови застосування ультразвуку
Акустика, як розділ фізики, що вивчає теоретичні аспекти ультразвуку отримала значний розвиток уже в XIX столітті. Основи теорії коливань та нелінійної акустики були розроблені Дж. В.Релеєм. Подальше дослідження ультразвукових коливань стало можливим після відкриття ефекту магнетострикції (Дж. П.Джоулем) і п'єзоелектрики (П. Кюрі).
Джерелами ультразвукових коливань, що використовуються під час обробки, служать газо- і гідроструминні випромінювачі, динамічні сирени, електромеханічні, п'єзоелектричні та магнітострикційні перетворювачі.
Технології обробки на базі ультразвуку
За допомогою ультразвуку здійснюють наступні технологічні операції (список не є вичерпним).
Оброблення твердих середовищ
- Ультразвукове зварювання — спосіб сполучення різних матеріалів у твердому стані за допомогою ультразвукових коливань. Такий вид зварювання застосовується для з'єднання деталей, нагрівання яких ускладнене, або при з'єднанні різнорідних металів чи металів з міцними окисними плівками (алюміній, нержавіючі сталі, пермалой тощо). Таке зварювання знайшло застосування для отримання зварних з'єднань і полімерних листових матеріалів;
- ультразвукове паяння застосовується при паянні і лудінні металів, наприклад алюмінію, титану, молібдену. Ультразвук руйнує оксидні плівки на поверхні деталей і покращує перебіг процесу. З використанням ультразвуку можна лудити, а потім паяти кераміку, скло та інші неметалічні матеріали. Ультразвук підводять хвилеводним концентратором до припою, поміщеного у ванну чи нанесеного на поверхню деталі.
- ультразвукова абразивно-імпульсна обробка — обробка поверхні крихких матеріалів імпульсною дією абразивних частинок. В процесі абразивно-імпульсної обробки в зону обробки нагнітають суспензію — абразивні частинки (алмазу, карбіду бору), завислі в рідині. Набуваючи руху від концентратора ультразвукових коливань, вони зрізують матеріал, копіюючи на його поверхні форму робочої частини концентратора. Використовують переважно для формування отворів, порожнин, фасонних поверхонь та шліфування;
- — метод поверхневого пластичного деформування суть якого полягає в тому, що поверхня зазнає ударної дії з боку сферичної головки інструменту, що коливається з частотою ультразвуку у напрямку нормалі до поверхні і спричиняє її пластичне деформування. При цьому у поверхневому шарі відбувається деформаційне зміцнення, що покращує фізико-механічні властивості поверхневого шару деталей;
- ультразвукове очищення — очищають поверхні виробів від пилу, стружки, жирових та інших забруднень. Деякі деталі, що мають складну форму і важкодоступні місця, можна очистити лише при ультразвуковому обробленні. Очищення зазвичай здійснюють у ваннах з вбудованими електроакустичними випромінювачами; у робочу рідину додають поверхнево-активні речовини. Для зняття задирок з деталей в рідину вводять абразивні частинки, які у декілька разів прискорюють обробку.
Оброблення рідких середовищ
- в рідкому середовищі — один з високопродуктивних і високоякісних способів просочення різних пористо-капілярних виробів. Ультразвукове просочення знайшло застосування в технологіях просочення намотувальних виробів електротехніки: обмоток реле, електродвигунів, трансформаторів і дроселів, стрічок з волокнистих і тканих матеріалів, склонаповнювачів, картону і паперу, виробів з деревини.
- — процес зменшення вмісту газу в рідині, що знаходиться в ній як в розчиненому стані, так і у вигляді бульбашок, під впливом акустичних коливань ультразвукового діапазону. Ефект ультразвукової дегазації використовується в промисловій практиці при виробництві металів, скла, смол, віскози, олив тощо. Найбільша ефективність дегазації в цих середовищах спостерігається в ультразвукових полях високої інтенсивності з активним протіканням акустичної кавітації. Цю ж технологію використовують при збагаченні руд методом флотації — газові бульбашки осідають на поверхнях частинок мінералів і спливають разом з ними.;
- — процес отримання аерозолів з використанням ультразвуку. Акустичний спосіб отримання аерозолів має ряд переваг перед існуючими — хімічним (конденсаційним) і механічним (дисперсійним), так як сучасна ультразвукова апаратура для розпилення дозволяє значно інтенсифікувати процес, поліпшити якість продукту, замінити громіздкі пристрої компактнішими. При цьому при високій концентрації аерозолю виходить монодисперсний і однорідний за складом факел розпилення із заданим розміром частинок;
- — процес емульгування матеріалу під дією генератора ультразвукових коливань.
Оброблення газорідинних середовищ
- — процес зближення і укрупнення завішаних у газі або рідині дрібних твердих частинок, рідких крапельок або газових бульбашок під впливом акустичних коливань. При коагуляції зменшується дисперсність середовищ, оцінювана по сумарній поверхні часток в одиниці об'єму, і число частинок дисперсної системи. В результаті коагуляції відбувається осадження завішених часток в газі або рідині. Акустична коагуляція застосовується для осадження промислових пилів, димів, туманів. Коагуляція в рідинах здійснюється в ультразвуковому діапазоні і практично застосовується для очищення рідин в хімічній і харчовій промисловості, наприклад, при обробці вина;
- — явище масообміну, що відбувається між рідкою і газовою фазами. Одним з таких процесів є абсорбція газу. Крім того, такі процеси як десорбція, ректифікація, адсорбція, каталіз, які або принципово мало відрізняються від абсорбції, або являють собою процеси, в яких абсорбція є однією з визначальних стадій. Накладення ультразвукових коливань на двофазну систему, як відомо, сприяє турбулізації місцевих потоків, поліпшується місцеве перемішування і тим самим у значній мірі прискорюється поглинання газів рідиною;
- акустичне (ультразвукове) сушіння — видалення вологи з матеріалу під впливом інтенсивних акустичних коливань. В значній мірі ефективність ультразвукового сушіння пов'язана з прискоренням процесів теплообміну в ультразвуковому полі. До переваг ультразвукового сушіння відноситься можливість прискорення процесу у 2-6 разів без істотного підвищення температури матеріалу, що особливо важливо при сушінні термочутливих речовин схильних до окислення. Ультразвукове сушіння доцільне для дрібнодисперсних матеріалів у завислому стані або в стані безперервного перемішування.
Див. також
Джерела
- Гогоци Г. А. Конструкционная керамика: получение, свойства, применение. — Киев: Наукова думка, 1994. — 365 с.
- Шестопал А. Н. Справочник по сварке и склеиванию пластмасс [Текст] / А. Н. Шестопал, Ю. С. Васильев, Э. А. Минеев. — Киев: Техніка, 1986. — 194 с.
- Хорбенко И. Г., Абрамов О. В., Швегла М. П. Ультразвуковая обработка материалов / Под ред. О. В. Абрамова — М.: Машиностроение, 1984. — 280 с.
- Кардашев Г. А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии [Текст] / Г. А. Кардашев. — М.: Химия, 1990. — 208 с.
- Новицкий Б. Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) [Текст] / Б. Г. Новицкий. — М.: Химия, 1983. — 192 с.
- Молчанов Г. И. Ультразвук в фармации [Текст] / Г. И. Молчанов. — М.: Медицина, 1980.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Ultrazvukova obro bka obrobka materialiv virobiv abo rechovin diyeyu ultrazvuku zazvichaj z chastotoyu 15 50 kGc u tehnologichnih procesah Ultrazvukova vanna dlya ochishennya detalej Ultrazvukovij obrobci piddayut ridki gazopodibni ta tverdi seredovisha z metoyu priskorennya v nih maso i teploobminu himichnih reakcij rujnuvannya ushilnennya j koagulyaciyi tosho Zokrema ultrazvuk vikoristovuyetsya dlya intensifikaciyi procesiv disperguvannya reagentiv rozdilennya tonkih shlamovih chastinok gasinnya flotacijnih pin ochishennya poverhon mineralnih chastok klasifikaciyi tehnologichnih suspenzij filtraciyi promislovih ridin i stichnih vod oderzhannya aerozoliv ochishennya gaziv vid tverdih chastok sushinnya sipuchih materialiv pidvishennya produktivnosti burinnya j rizannya girskih porid i tosho Peredumovi zastosuvannya ultrazvukuAkustika yak rozdil fiziki sho vivchaye teoretichni aspekti ultrazvuku otrimala znachnij rozvitok uzhe v XIX stolitti Osnovi teoriyi kolivan ta nelinijnoyi akustiki buli rozrobleni Dzh V Releyem Podalshe doslidzhennya ultrazvukovih kolivan stalo mozhlivim pislya vidkrittya efektu magnetostrikciyi Dzh P Dzhoulem i p yezoelektriki P Kyuri Dzherelami ultrazvukovih kolivan sho vikoristovuyutsya pid chas obrobki sluzhat gazo i gidrostruminni viprominyuvachi dinamichni sireni elektromehanichni p yezoelektrichni ta magnitostrikcijni peretvoryuvachi Tehnologiyi obrobki na bazi ultrazvukuZa dopomogoyu ultrazvuku zdijsnyuyut nastupni tehnologichni operaciyi spisok ne ye vicherpnim Obroblennya tverdih seredovish Ultrazvukove zvaryuvannya sposib spoluchennya riznih materialiv u tverdomu stani za dopomogoyu ultrazvukovih kolivan Takij vid zvaryuvannya zastosovuyetsya dlya z yednannya detalej nagrivannya yakih uskladnene abo pri z yednanni riznoridnih metaliv chi metaliv z micnimi okisnimi plivkami alyuminij nerzhaviyuchi stali permaloj tosho Take zvaryuvannya znajshlo zastosuvannya dlya otrimannya zvarnih z yednan i polimernih listovih materialiv ultrazvukove payannya zastosovuyetsya pri payanni i ludinni metaliv napriklad alyuminiyu titanu molibdenu Ultrazvuk rujnuye oksidni plivki na poverhni detalej i pokrashuye perebig procesu Z vikoristannyam ultrazvuku mozhna luditi a potim payati keramiku sklo ta inshi nemetalichni materiali Ultrazvuk pidvodyat hvilevodnim koncentratorom do pripoyu pomishenogo u vannu chi nanesenogo na poverhnyu detali ultrazvukova abrazivno impulsna obrobka obrobka poverhni krihkih materialiv impulsnoyu diyeyu abrazivnih chastinok V procesi abrazivno impulsnoyi obrobki v zonu obrobki nagnitayut suspenziyu abrazivni chastinki almazu karbidu boru zavisli v ridini Nabuvayuchi ruhu vid koncentratora ultrazvukovih kolivan voni zrizuyut material kopiyuyuchi na jogo poverhni formu robochoyi chastini koncentratora Vikoristovuyut perevazhno dlya formuvannya otvoriv porozhnin fasonnih poverhon ta shlifuvannya metod poverhnevogo plastichnogo deformuvannya sut yakogo polyagaye v tomu sho poverhnya zaznaye udarnoyi diyi z boku sferichnoyi golovki instrumentu sho kolivayetsya z chastotoyu ultrazvuku u napryamku normali do poverhni i sprichinyaye yiyi plastichne deformuvannya Pri comu u poverhnevomu shari vidbuvayetsya deformacijne zmicnennya sho pokrashuye fiziko mehanichni vlastivosti poverhnevogo sharu detalej ultrazvukove ochishennya ochishayut poverhni virobiv vid pilu struzhki zhirovih ta inshih zabrudnen Deyaki detali sho mayut skladnu formu i vazhkodostupni miscya mozhna ochistiti lishe pri ultrazvukovomu obroblenni Ochishennya zazvichaj zdijsnyuyut u vannah z vbudovanimi elektroakustichnimi viprominyuvachami u robochu ridinu dodayut poverhnevo aktivni rechovini Dlya znyattya zadirok z detalej v ridinu vvodyat abrazivni chastinki yaki u dekilka raziv priskoryuyut obrobku Obroblennya ridkih seredovish v ridkomu seredovishi odin z visokoproduktivnih i visokoyakisnih sposobiv prosochennya riznih poristo kapilyarnih virobiv Ultrazvukove prosochennya znajshlo zastosuvannya v tehnologiyah prosochennya namotuvalnih virobiv elektrotehniki obmotok rele elektrodviguniv transformatoriv i droseliv strichok z voloknistih i tkanih materialiv sklonapovnyuvachiv kartonu i paperu virobiv z derevini proces zmenshennya vmistu gazu v ridini sho znahoditsya v nij yak v rozchinenomu stani tak i u viglyadi bulbashok pid vplivom akustichnih kolivan ultrazvukovogo diapazonu Efekt ultrazvukovoyi degazaciyi vikoristovuyetsya v promislovij praktici pri virobnictvi metaliv skla smol viskozi oliv tosho Najbilsha efektivnist degazaciyi v cih seredovishah sposterigayetsya v ultrazvukovih polyah visokoyi intensivnosti z aktivnim protikannyam akustichnoyi kavitaciyi Cyu zh tehnologiyu vikoristovuyut pri zbagachenni rud metodom flotaciyi gazovi bulbashki osidayut na poverhnyah chastinok mineraliv i splivayut razom z nimi proces otrimannya aerozoliv z vikoristannyam ultrazvuku Akustichnij sposib otrimannya aerozoliv maye ryad perevag pered isnuyuchimi himichnim kondensacijnim i mehanichnim dispersijnim tak yak suchasna ultrazvukova aparatura dlya rozpilennya dozvolyaye znachno intensifikuvati proces polipshiti yakist produktu zaminiti gromizdki pristroyi kompaktnishimi Pri comu pri visokij koncentraciyi aerozolyu vihodit monodispersnij i odnoridnij za skladom fakel rozpilennya iz zadanim rozmirom chastinok proces emulguvannya materialu pid diyeyu generatora ultrazvukovih kolivan Obroblennya gazoridinnih seredovish proces zblizhennya i ukrupnennya zavishanih u gazi abo ridini dribnih tverdih chastinok ridkih krapelok abo gazovih bulbashok pid vplivom akustichnih kolivan Pri koagulyaciyi zmenshuyetsya dispersnist seredovish ocinyuvana po sumarnij poverhni chastok v odinici ob yemu i chislo chastinok dispersnoyi sistemi V rezultati koagulyaciyi vidbuvayetsya osadzhennya zavishenih chastok v gazi abo ridini Akustichna koagulyaciya zastosovuyetsya dlya osadzhennya promislovih piliv dimiv tumaniv Koagulyaciya v ridinah zdijsnyuyetsya v ultrazvukovomu diapazoni i praktichno zastosovuyetsya dlya ochishennya ridin v himichnij i harchovij promislovosti napriklad pri obrobci vina yavishe masoobminu sho vidbuvayetsya mizh ridkoyu i gazovoyu fazami Odnim z takih procesiv ye absorbciya gazu Krim togo taki procesi yak desorbciya rektifikaciya adsorbciya kataliz yaki abo principovo malo vidriznyayutsya vid absorbciyi abo yavlyayut soboyu procesi v yakih absorbciya ye odniyeyu z viznachalnih stadij Nakladennya ultrazvukovih kolivan na dvofaznu sistemu yak vidomo spriyaye turbulizaciyi miscevih potokiv polipshuyetsya misceve peremishuvannya i tim samim u znachnij miri priskoryuyetsya poglinannya gaziv ridinoyu akustichne ultrazvukove sushinnya vidalennya vologi z materialu pid vplivom intensivnih akustichnih kolivan V znachnij miri efektivnist ultrazvukovogo sushinnya pov yazana z priskorennyam procesiv teploobminu v ultrazvukovomu poli Do perevag ultrazvukovogo sushinnya vidnositsya mozhlivist priskorennya procesu u 2 6 raziv bez istotnogo pidvishennya temperaturi materialu sho osoblivo vazhlivo pri sushinni termochutlivih rechovin shilnih do okislennya Ultrazvukove sushinnya docilne dlya dribnodispersnih materialiv u zavislomu stani abo v stani bezperervnogo peremishuvannya Div takozhUltrazvukDzherelaGogoci G A Konstrukcionnaya keramika poluchenie svojstva primenenie Kiev Naukova dumka 1994 365 s Shestopal A N Spravochnik po svarke i skleivaniyu plastmass Tekst A N Shestopal Yu S Vasilev E A Mineev Kiev Tehnika 1986 194 s Horbenko I G Abramov O V Shvegla M P Ultrazvukovaya obrabotka materialov Pod red O V Abramova M Mashinostroenie 1984 280 s Kardashev G A Fizicheskie metody intensifikacii processov himicheskoj tehnologii Tekst G A Kardashev M Himiya 1990 208 s Novickij B G Primenenie akusticheskih kolebanij v himiko tehnologicheskih processah Processy i apparaty himicheskoj i neftehimicheskoj tehnologii Tekst B G Novickij M Himiya 1983 192 s Molchanov G I Ultrazvuk v farmacii Tekst G I Molchanov M Medicina 1980 Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Shidnij vidavnichij dim 2013 T 3 S Ya 644 s