Мощные ультразвуковые колебания находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В настоящее время в промышленности используются ультразвуковая очистка и обезжиривание различных изделий. Ультразвук применяется для получения высокодисперсных эмульсий, диспергирования твердых тел в жидкости, коагуляции аэрозолей и гидрозолей, дегазации жидкостей и расплавов. Установлено влияние мощных ультразвуковых колебаний на структуру и механические свойства кристаллизующегося расплава.
Ультразвуковые колебания позволяют снимать остаточные напряжения в сварных швах, полученных при дуговой сварке. Обнаружено весьма эффективное воздействие ультразвука на интенсивность полимеризации клеев. Широко внедрена в промышленность обработка твердых и сверхтвердых материалов.
Одним из интересных и перспективных промышленных применений ультразвука является ультразвуковая сварка (УЗС). Этот способ сварки характеризуется весьма ценными технологическими свойствами: возможностью соединения металлов без снятия поверхностных пленок и расплавления, особенно хорошей свариваемостью чистого и сверхчистого алюминия, меди, серебра; возможностью соединения тончайших металлических фольг со стеклом и керамикой.
Ультразвуком сваривается большая половина известных термопластичных полимеров. Ультразвуковая сварка пластмасс тем более ценна, что для ряда полимеров она является единственно возможным надежным способом соединения. Полистирол — один из наиболее распространенных полимеров для изготовления различных изделий крупносерийного производства — наиболее рационально сваривать ультразвуком.
Особое внимание исследователей привлекла возможность внедрения УЗС при производстве изделий микроэлектроники.
Ультразвук — это волнообразно распространяющееся колебательное движение частиц твердых тел, жидкостей и газов, происходящее с частотой более 16—20 кГц.
Сущность процесса ультразвуковой сварки состоит в том, что при приложении колебаний высокой частоты к свариваемым деталям в них возникают касательные напряжения, вызывающие пластические деформации материала свариваемых поверхностей.
В результате механических колебаний в месте соединения металла развивается повышенная температура, зависящая от свойств свариваемого материала. Эта температура способствует возникновению пластического состояния материалов и их соединению. В местах сварки образуются совместные кристаллы, обеспечивающие прочность сварного соединения. Длительность процесса сварки исчисляется для деталей малой толщины долями секунды.
Технологическое оборудование для ультразвуковой сварки, независимо от физико-механических свойств свариваемых материалов, которые являются непосредственными объектами интенсивного воздействия ультразвуковых колебаний, имеет одну структуру и состоит из следующих узлов: источника питания, аппаратуры управления сварочным циклом, механической колебательной системы и привода давления.
Важнейшим узлом, составляющим основу и специфику оборудования и технологии ультразвуковой сварки металлов и пластмасс, является механическая колебательная система. Эта система служит для преобразования электрической энергии в механическую, передачи этой энергии в зону сварки, согласования сопротивления нагрузки с внутренним сопротивлением системы и геометрических размеров зоны ввода энергии с размерами излучателя, концентрирования энергии и получения необходимой величины колебательной скорости излучателя. Система должна работать с максимальным к. п. д. на резонансной частоте независимо от изменения сопротивления нагрузки.
Типовая колебательная система (рис. 1) состоит из электромеханического преобразователя 1, волноводного звена — трансформатора или иначе концентратора колебательной скорости 2, акустической развязки системы от корпуса машины 3, излучателя ультразвука — сварочного наконечника 4 и опоры 5, на которой располагаются свариваемые детали 6.
Широко известны колебательные системы с использованием резонирующих стержней 7 (рис. 1, б), работающих в режиме изгибных колебаний.
Электромеханические преобразователи 1 изготовляются из магнитострикционных или электрострикционных материалов (никель, пермендюр, титанат бария и др.). Под воздействием переменного электромагнитного поля в преобразователе возникают механические напряжения, которые вызывают упругие деформации материала. Таким образом, преобразователь является источником механических колебаний.
Волноводное звено 2 служит для передачи энергии к сварочному наконечнику. Это звено должно обеспечить необходимое увеличение амплитуды колебаний сварочного наконечника по сравнению с амплитудой исходных волн преобразователя, трансформировать сопротивление нагрузки и сконцентрировать энергию.
Сварочный наконечник 4 является элементом, посредством которого осуществляется отбор мощности, поглощаемой в зоне сварки. По существу — это звено, определяющее площадь и объем непосредственного источника ультразвука. Так как в процессе сварки наконечник внедряется в свариваемую деталь, то он является также и согласующим волноводным звеном между нагрузкой и колебательной системой.
| 
