Способов получения ультразвуковых колебаний довольно много.
Практически для сообщения жидким и твердым телам колебаний звуковых частот используют магнитострикционный и пьезоэлектрический эффекты. Магнитострикционный эффект заключается в изменении размеров ферромагнитных материалов под действием переменного магнитного поля. Лучшими материаламии для магнитострик-ционных устройств являются никель, нержавеющая сталь и некоторые сплавы, такие как пермаллой и пермендюр. Из этих материалов изготовляют специальные устройства — вибраторы, преобразующие изменения магнитного поля в механические колебания. Магнитострикционные вибраторы позволяют получать механические колебания с частотой до 0,1 Мгц.
Для получения колебаний с более высокими частотами (до 50 Мгц) используют пьезоэлектрический эффект, основанный на способности некоторых материалов деформироваться под влиянием непосредственного действия на них электрического поля. К таким материалам относятся кристаллы кварца, сегнетовые соли и соли титаната бария.
Ультразвук начинает широко применяться в промышленности. Ультразвуком очищают воздух и различные поверхности от масла, грязи, коррозии; ускоряют различные химические процессы и процессы, протекающие в металлах при их термообработке; создают эмульсии; улучшают структуру металла при отливке, осуществляют различные виды контроля материалов; механически обрабатывают материалы с повышенной твердостью.
Применение ультразвука в сварочной технике как в СССР, так и за рубежом, наиболее молодая область.
Принципиальная схема сварочной машины для выполнения точечных соединений с помощью ультразвука. Основным узлом сварочной машины является магнитострикционный преобразователь, обмотка которого питается током высокой частоты от ультразвукового генератора. Охлаждаемый водой 1 магнитострикционный преобразователь 2, изготовленный из пермендюра, служит для превращения тока высокой частоты в механические колебания, которые передаются волноводу 3. На конце волновода имеется выступ 4, который является одним из электродов. При сварке изделие 5 зажимается между концами волновода и подвижными зажимом 6, к которому прикладывается усилие, необходимое для создания давления в процессе сварки.
Сварку ведут при включенном преобразователе. Высокочастотные упругие колебания передаются через волновод в виде горизонтальных механических перемещений высокой частоты. Длительность процесса сварки зависит от свариваемого металла и его толщины; для малых толщин она исчисляется долями секунды.
Сущность процесса ультразвуковой сварки состоит в том, что при приложении колебаний высокой частоты к свариваемым деталям в них возникают напряжения, вызывающие пластические деформации материала, вследствие чего между свариваемыми деталями образуются кристаллы. В результате механических колебаний в месте соединения развивается повышенная температура, зависящая от свойств свариваемого материала.
Наибольшую трудность при сварке ультразвуком представляет передача механических колебаний ультразвуковой частоты от вибратора к месту сварки. Система передачи колебаний связана с большими потерями колебательной энергии в линии, особенно при переходе от одной части энергетической цепи к другой.
Форма волновода определяет амплитуду механического перемещения и длительность эксплуатации волновода. Наилучшие результаты получены при использовании волновода экспотенциальной формы.
При шовной и точечной сварке прочность сварных соединений выше прочности основного материала, и сварные конструкции и изделия разрушаются по основному материалу.
Особые свойства ультразвукового воздействия на материал позволяют сваривать и пластмассы 1.
Сварка пластмасс происходит по схеме, при которой перемещение и давление действуют по одной линии. В этом случае в месте сварки возникают нормальные напряжения, а не касательные, как при сварке металлов.