Prelucrări cu Ajutorul Ultrasunetelor

1.1. Introducere. Clasificare

Ultrasunetele sunt oscilatii sau unde elastice care au frecvente mai mari de 1600...20000Hz si mai mici de KHz. Limita inferioară corespun-de frecventelor superioare ale domeniului sunetelor audibile, domeniu care cuprine frecvente mai mari de 16 Hz si mai mici de 16..20 KHz, cu limite definite de caracteristicile individuale ale urechii umane. De asemenea, trebuie remarcat faptul că limita superioară a frecventei ultrasunetelor este conditionată de natura materialului prin care acestea se propagă, în gaze fiind de KHz, iar pentru lichide şi solide fiind de KHz. Domeniul ultrasunetelor se împarte în trei subdomenii si anume:

- ultrasunete de joasă frecvenţă (16 – 100 KHz);

- ultrasunete de medie frecvenţă ( KHz);

- ultrasunete de înaltă frecvenţă ( KHz).

Oscilaţiile elastice cu frecvenţe mai mici de 16 Hz se numesc infrasunete, iar cele cu frecvenţe mai mari de .... KHz se numesc hiepersunete sau microunde. Datorită frecvenţelor mari, ultrasunetele posedă caracteristici specifice privind emisia, recepţia şi propagarea, cum ar fi: posibilitatea transmiterii unor energii mai mari decât cea transmisă cu ajutorul sunetelor, intensitatea transmisiei ultrasunetelor este direct proporţională cu densitatea mediului de propagare, ultrasunetele pot fi amplificate, focalizate şi dirijate în direcţia dorită, particulele aflate în ultrasonor pot fi accelerate cu până la de ori acceleraţia gravitaţională, ultrasunetele favorizează fenomenul de cavitaţie etc.

Aplicaţiile practice ale ultrasunetelor sunt deosebit de largi, fiind grupate în două mari categorii şi anume: aplicaţii pasive specifice acţiunilor de obţinere a informaţiilor referitoare la proprietăţile mediilor de propagare (ultrasunetele utilizate sunt de intensităţi reduse, incapabile să producă modificări structurale) şi aplicaţii active, caracteristice prelucrărilor dimensionale sau facilitării unor prelucrări practice (ultrasunetele cu intensităţi suficient de mari, astfel încât să provoace modoficări ale structurii mediului de propagare).

Frecvenţele ultrasonice utilizate cu precădere la prelucrarea materialelor direct sau în combinaţie cu alte procedee de prelucrare, au valori de 16...35 KH, figura1. Frecvenţele superioare şi hipersunetele sunt utilizate cu precădere în defectoscopie şi sonolocaţie.

Producerea ultrasunetelor, oscilaţii cu o anumită frecvenţă şi intensitate, este realizată de emiţătoarele de ultrasunete. În funcţie de tipul energiei transformate în energie acustică, emiţătoarele de ultrasunete se clasifică în emiţătoare mecanice (aerodinamice sau hidrodinamice, care obţin ultrasunete de joasă frecvenţă 15...200 KHz) şi emiţătoare electromecanice (electromagnetice, care obţin frecvenţe de 0,1...2 KHz, electrodinamice, magnetostrictive f = 12...100 KHz şi piezoelectrice f = 120...38000 KHz ). Emiţătoarele aerodinamice (sirena dinamică, sirena statică) se bazează pe întreruperea periodică a curgerii unui jet de gaz, realizându-se astfel variaţii de presiune ce se propagă în mediul înconjurător cu viteze ce depăşesc viteza sunetului. Emiţătoarele hidrodinamice presupun transformarea energiei cinetice a unor jeturi de lichid în energie oscilatorie acustică.

Transductoarele magnetostrictive se bazează pe proprietatea unor materiale feromagnetice de a-şi modifica dimensiunile sub acţiunea unui câmp magnetic variabil, fenomenul purtând numele de magnetostricţiune.

În figura 2, se prezintă schematic un transductor magneto-strictiv şi deformaţia specifică ( ), în funcţie de inducţia magnetică din materialul transductorului, conform relaţiei: (1) unde b este o constantă de material, iar B este inducţia magnetică a câmpului. Materialele utilizate la confecţionarea tolelor sunt nichelul, aliajele magnetice Fe – Co, permendurul, feritele magnetostrictive sau unele materiale obţinute prin sinterizarea pulberilor în configuraţia corespunzătoare. Traductoarele piezoelectrice sunt confecţionate din cristale de cuarţ, titanat de bariu sau materiale ceramice piezoelectrice (figura 3) realizând conversia electromecanică în funcţie de intensitatea câmpului electric din materialul piezoelectric .

Definiţie: Prelucrarea cu ajutorul ultrasunetelor se bazează pe efectele generate în condiţiile existenţei în zona de lucru a unor vibraţii cu frecvenţe şi amplitudini caracteristice undelor ultrasonore.