УЛЬТРАЗВУК ТРУДИТСЯ
Ультразвук — это механические упругие колебания среды с таковой частотой, которая лежит выше верхнего порога слышимости человеческого уха. Таким порогом вычисляют 20 тыс. гц. В технике на данный момент используют ультразвуки с частотой колебаний до 5-6 млн. гц. А в лабораторных условиях взяты частоты колебаний ультразвуков до 1 млрд. гц.
Ультразвуковой сверлильный станок
Для технического применения ультразвуков серьёзны три их главные изюминки.
Во-первых, громадная проникающая свойство в жёстких телах, в особенности кристаллических, соответственно, и в металлах. При температуре 15° скорость распространения ультразвуков в воздухе образовывает около 331 м/сек, в жидкостях — около 1500 м/сек, а в металлах — 5-6 тыс. м/сек.
Во-вторых, их свойство отражаться от границы раздела двух веществ (явление эхо). Это наиболее значимое свойство ультразвуков. При переходе из одной среды в другую они преломляются по законам акустики, что разрешает использовать для них простые звуковые линзы.
В-третьих, громадная удельная мощность, т. е. мощность, приходящаяся на единицу поверхности. самый сильный звук, слышимый человеком и уже болезненный для его уха, определяется удельной мощностью в 0,01 вт/см?. Ультразвуки, используемые в технике, характеризуются удельной мощностью до 500 вт/см?.
Первые две особенности ультразвуков делают их полезнейшим средством для дефектоскопии (см. ст. «Что такое дефектоскопия»).
Ультразвуки разрешают посмотреть на большом растоянии вглубь металла. Многие слышали об ультразвуковом микроскопе. Он существенно увеличивает и разрешает разглядывать предметы, скрытые под толстым слоем непрозрачного вещества. Ультразвуковой контроль активно используется в металлургии, машиностроении и в других отраслях техники.
Но использование ультразвука не исчерпывается дефектоскопией. Зная скорость его поглощения и распространения в теле, возможно делать выводы о плотности, вязкости, упругости и других ответственных показателях металлов, пластических весов, каучука, стекла и т. п.
Так трудится эхолокатор
Ультразвуком осуществляют контроль жидкие тела: определяют их концентрацию, движение реакций, находят посторонние примеси. И потому его на данный момент используют в химической, лакокрасочной, фармацевтической, пищевой, нефтехимической индустрии.
Третью серьёзную изюминку ультразвука — его громадную удельную мощность — применяют для разных способов действия на материал. Гипс, графит, медь, серебро измельчаются ультразвуком. Его применяют для сверления вольфрама, молибдена, керамики, стекла и других жёстких материалов, для обезжиривания и мойки подробностей в машиностроении, для удаления окисной пленки при паянии. Смешать в большинстве случаев не смешивающиеся вещества — к примеру воду с бензином, с ртутью, с маслом — и взять эмульсию также возможно посредством ультразвука. Ультразвуком очищают паровые котлы от накипи, ускоряют дубление кожи, красят ткани, пастеризуют молоко, стирают белье, сверлят зубы при лечении и т. д.
В первый раз ультразвук стали применять в военной технике на протяжении империалистической войны 1914—1918 гг. В Англии и Франции напряженно искали действенные средства борьбы с германскими подводными лодками. Тогда известный французский физик П. Ланжевен внес предложение применить ультразвук для гидролокации. Под водой отправляли ультразвуковой сигнал. В случае, если на его пути попадался предмет с хорошей от воды плотностью, то звук отражался и возвращался как эхо к собственному источнику. Зная скорость распространения звука в воде и время прохождения его до найденного предмета и обратно, нетрудно выяснить расстояние до предмета (рис. 2). Гидролокаторы и по сей день обширно используют в морском деле. О применении ультразвука в разных областях техники возможно говорить еще довольно много.
В случае, если к намагниченному стержню подвести переменный ток, то стержень начнет вибрировать
Как же приобретают ультразвуки? В случае, если нужно возбудить ультразвуковые колебания в воздухе либо в газах, то в большинстве случаев используют механический метод. Для излучения ультразвука в жидкости значительно чаще помогает магнито-стрикционный метод. В случае, если же нужно возбудить ультразвуковые колебания в жёстких телах, то для этого самый подходит пьезоэлектрический метод.
К механическим методам относятся свистки, сирены и т. д. Устройство их известно всем. Но не все знают об интенсивности звука в них. Оказывается, кусочек металла, внесенный в звуковое поле сирены, нагревается докрасна за 60 секунд; частота колебаний в механических излучателях достигает 500 кгц.
Магнитострикция (от греческого слова «магнетис» и латинского слова «стриктус» — сжатый, натянутый) свидетельствует изменение размеров и формы тела при намагничивании. В случае, если к намагниченному стержню подвести переменный электрический ток, то стержень начнет вибрировать.
Изменяя подводимое напряжение, изменяют и частоту колебаний стержня. Так приобретают колебания ультразвуковой частоты. Для этого не обязательно брать стержень. Возможно применить и трубу, а значительно лучше — пакет из узких пластин.
В 1880 г. французский ученый Пьер Кюри, потом прославившихся работами по радиоактивности, совместно со своим братом Полем Жаном Кюри открыл пьезоэлектрические явления («пьезо» по-гречески — давлю). Они установили, что в случае, если кое-какие кристаллы (к примеру, кварца, турмалина) подвергать сжатию либо растяжению, то на их гранях появляются заряды. Сейчас известно более 1200 таких кристаллов.
Оказалось, что пьезоэлектрический эффект обратим, т. е. такие кристаллы, помещенные в электрическое поле, будут сжиматься и растягиваться с частотой, соответствующей частоте смены знаков зарядов. Так, пьезокристаллы становятся излучателями ультразвуков.
Дабы пьезокристаллы излучали ультразвук, из них под определенным углом к их оси вырезают пластинку.
Кварцевая пластинка, к примеру, на частоте колебаний в 1 млн. гц дает звук таковой мощности, что человек срочно оглох бы, если бы смог его услышать.
Кристаллы могут служить источником ультразвуков, в случае, если их поместить в переменное электрическое поле
Пара лет назад коммунистический ученый Б.М. Вул понял, что титанат бария владеет высокими пьезоэлектрическими особенностями. Для получения ультразвука той же мощности, что и на кварцевой пластинке, к пластинке титаната бария возможно приложить на порядок меньшее электрическое напряжение. Использование этих кристаллов сейчас скоро растет.
Пьезоэлектрические пластинки используют и в качестве генераторов и в качестве приемников ультразвука. Они составляют базу ультразвуковой техники.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
«Эрозия» — латинское слово, означающее «разъедание», полное либо частичное разрушение металлов. Электроэрозионная обработка — это метод обработки металлов, основанный на разрушении их поверхности электрическим током.
Электроэрозионный сверлильный станок
К малому участку заготовки (площадью от долей 1 мм? до 2-3 мм?) подводится электрический ток в виде краткосрочных разрядов. Наряду с этим развиваются большие температуры. Металл на этих маленьких участках расплавляется (образуются «ванночки»). Часть его испаряется, а часть удаляют, причем в различных методах электроэрозионной обработки по-различному: или электродинамическими силами, появляющимися при разряде, или механическим методом (перемещением электродов). Так, возможно создавать разную обработку металлов — отрезку, сверление, заточку инструмента и др.
На интенсивность электроэрозионной обработки в первую очередь воздействуют теплопроводность, температура плавления, величины и удельное электросопротивление электродов, характеризующие электрический разряд. В этом списке нет механических качеств обрабатываемого металла.
Дело в том, что твердость металла, к примеру, мало воздействует на интенсивность процесса, и при электроэрозионной обработке не весьма значительно, что обрабатывается — мягкая сталь либо сверхтвердый сплав.
А при вторых видах обработки это принципиально важно, поскольку производительность резания металла существенно зависит от его твердости. Кое-какие жёсткие сплавы по большому счету нереально обработать резанием. Техника же требует все более и более жёстких материалов. Исходя из этого и были созданы методы электроэрозионной обработки. Отчизна их — СССР.
Первый метод был создан в 1943 г. и назван электроискровым. Авторы его — жены Б. Р. и Н. И. Лазаренко.
Другие методы — анодно-механический, электроимпульсный, электроконтактный. Физические базы всех их однообразны — разрушение поверхности металла электрическим током. Различаются они между собой, по большей части, назначением и электрической схемой.
В некоторых случаях электроинструмент и заготовку помещают в диэлектрическую жидкость. Тут дана схема электроимпулъсного прошивочно-копировального станка
При всех методах электроэрозионная обработка выполняется на станках. По назначению их разделяют на отрезные, заточные, шлифовальные, копировальные, комбинированные. Все они имеют генератор импульсов тока, автоматическую подачу электродов, совокупность отсоса газов и паров. Кое-какие совокупности требуют электроинструмента и помещения заготовки в диэлектрическую жидкость. В этих обстоятельствах станок имеет еще совокупность снабжения рабочей жидкостью.
Электроэрозионный способ владеет еще одним занимательным свойством: при работе форма электрода-инструмента копируется в заготовке. Это разъясняется тем, что разряд появляется между самый родными точками электродов. Исходя из этого электроэрозионную обработку используют в том месте, где необходимо обрабатывать сложные по форме подробности: внутренние полости кузнечных штампов либо постоянных железных литейных форм (кокилей), узкие и глубокие щели и т. д.
И еще одним ответственным свойством владеет электроэрозионная обработка. Разряды электрического тока создают как бы тепловую закалку металла и делают его поверхность более прочной. Это разрешает использовать ее для упрочнения металлов.