声学探测—功率超声课件.ppt

1、功率超声简介功率超声简介1 1 概述概述 早在二十世纪早在二十世纪2020、3030年代，人们对强超声的效应就进年代，人们对强超声的效应就进行过大量的实验，并得到一些有用的结果。行过大量的实验，并得到一些有用的结果。 (大大)功率超声功率超声是利用超声振动形式的能量使物质的一些是利用超声振动形式的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种改变物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种改变的过程加快的技术。的过程加快的技术。 检测超声检测超声是利用超声来采集信息的，而是利用超声来采集信息的，而功率超声功率超声是利用是利用超声能量来对物质进行处理、加工。最常用的频率范围是超

2、声能量来对物质进行处理、加工。最常用的频率范围是从几千赫到几十千赫，而功率由几瓦到几万瓦。从几千赫到几十千赫，而功率由几瓦到几万瓦。 功率超声功率超声 为什么强超声能够改变物质的状态呢？为什么强超声能够改变物质的状态呢？ 是因为强超声在媒质中传播时，会产生一系列效应，是因为强超声在媒质中传播时，会产生一系列效应，力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等。力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等。 在在力学效应力学效应中有搅拌、分散、除气、成雾、凝聚、冲中有搅拌、分散、除气、成雾、凝聚、冲击破碎和疲劳损坏作用；击破碎和疲劳损坏作用； 在在热学效应热学效应中有声能被吸收而引起的整体加热、边界中有声

3、能被吸收而引起的整体加热、边界处的局部加热；处的局部加热； 在在化学效应化学效应中可以促进氧化、还原，促进高分子物质中可以促进氧化、还原，促进高分子物质的聚合或解聚作用等。的聚合或解聚作用等。功率超声功率超声2.2.功率超声应用功率超声应用（1)1)超声清洗超声清洗 超声清洗是将超声振动加到清洗液中，使液体超声清洗是将超声振动加到清洗液中，使液体产生产生“空化效应空化效应”。当超声波稀疏时生成气泡，挤。当超声波稀疏时生成气泡，挤压时压碎气泡，在周围产生机械冲击力，用以清除压时压碎气泡，在周围产生机械冲击力，用以清除物件表面的杂质、污垢或油腻的一种方法。物件表面的杂质、污垢或油腻的一种方法。 功

4、率超声功率超声2.2.功率超声应用功率超声应用（1)1)超声清洗超声清洗 19511951年日本造出第一台超声清洗机以来，至今超声清洗年日本造出第一台超声清洗机以来，至今超声清洗已成为若干工业产品已成为若干工业产品( (零件等零件等) )必不可少的工艺环节。应用极必不可少的工艺环节。应用极其普遍。美国其普遍。美国8080年代超声清洗设备销售金额达年代超声清洗设备销售金额达2 2亿美元。亿美元。 我国近十多年来，随着航天技术、电子、精密机械、光我国近十多年来，随着航天技术、电子、精密机械、光学仪器及核工业发展，超声清洗技术获得相应发展。主要已学仪器及核工业发展，超声清洗技术获得相应发展。主要已用

5、于电子线路板、电子零件、半导体硅片、磁头、精密五金用于电子线路板、电子零件、半导体硅片、磁头、精密五金机械零件、轴承、柴油机喷嘴、石油化工零部件、液压气动、机械零件、轴承、柴油机喷嘴、石油化工零部件、液压气动、零件、光学镜头、钟表零件、珍珠、玛瑙、金银首饰、眼镜零件、光学镜头、钟表零件、珍珠、玛瑙、金银首饰、眼镜片和玻璃器皿等。目前，我国从事研制和生产超声清洗设备片和玻璃器皿等。目前，我国从事研制和生产超声清洗设备的单位约的单位约2020多家，多家，19871987年，我国超声清洗仪器设备的销售额年，我国超声清洗仪器设备的销售额约达约达30003000万元人民币。万元人民币。功率超声功率超声2

6、.2.功率超声应用功率超声应用（2)2)超声焊接超声焊接 超声焊接是利用超声波的机械振动，使被焊接超声焊接是利用超声波的机械振动，使被焊接件在一定压力下，通过原子键的联合，实现固相连件在一定压力下，通过原子键的联合，实现固相连接。由于焊接过程中只发生微熔化就能在金属之间、接。由于焊接过程中只发生微熔化就能在金属之间、非金属非金属(主要指热塑性塑料主要指热塑性塑料)之间实现焊接，因而具之间实现焊接，因而具有其它焊接方法所不及的优点。超声焊接可分金属有其它焊接方法所不及的优点。超声焊接可分金属焊接与塑料焊接。焊接与塑料焊接。 功率超声功率超声2.2.功率超声应用功率超声应用（2)2)超声焊接超声焊

7、接 超声金属焊接。上海交通大学是我国率先研究这一技术的单位之一。超声金属焊接。上海交通大学是我国率先研究这一技术的单位之一。交大与江苏镇江无线电专用设备厂联合生产的交大与江苏镇江无线电专用设备厂联合生产的“P1925型超声焊接机型超声焊接机”，可焊铝片厚度可焊铝片厚度0.25mm以上的工件。目前国内已有多家单位生产多种型以上的工件。目前国内已有多家单位生产多种型号的超声焊接机。如无锡超声电子设备厂生产的号的超声焊接机。如无锡超声电子设备厂生产的P18-32、P1835、P1872小型超声系列焊接机，供印刷电路板元器件装配一次性自动焊小型超声系列焊接机，供印刷电路板元器件装配一次性自动焊接，替代

8、手工操作，质量好，效率高。上海无线电二十二厂、上海超声接，替代手工操作，质量好，效率高。上海无线电二十二厂、上海超声电子仪器厂等单位均有超声焊接机批量产品，焊接效果都很好。电子仪器厂等单位均有超声焊接机批量产品，焊接效果都很好。 超声塑料焊接。它能对各种注塑成形制品进行有效而可靠的焊接，超声塑料焊接。它能对各种注塑成形制品进行有效而可靠的焊接，既不需要添加任何溶剂、粘结剂或其它辅助品，又具有焊接速度快，无既不需要添加任何溶剂、粘结剂或其它辅助品，又具有焊接速度快，无污染，无变形，表面无痕迹等优点，操作简便，易于实现自动化。近年污染，无变形，表面无痕迹等优点，操作简便，易于实现自动化。近年来，超

9、声塑料焊接机在我国已广泛地用于电子工业、汽车工业、玩具、来，超声塑料焊接机在我国已广泛地用于电子工业、汽车工业、玩具、家庭用品、包装业、纺织成衣业等行业。家庭用品、包装业、纺织成衣业等行业。 功率超声功率超声2.2.功率超声应用功率超声应用 (3) (3)超声加工超声加工 超声加工包括磨料冲击超声加工、超声车削、超声加工包括磨料冲击超声加工、超声车削、超声塑性加工、超声抛光、超声研磨等。超声塑性加工、超声抛光、超声研磨等。（4 4）超声处理）超声处理 包括超声搪锡，超声乳化，粉碎、分散、雾化、包括超声搪锡，超声乳化，粉碎、分散、雾化、除气，超声加速干燥、过滤，超声波催陈和超声波除气，超声加速干

10、燥、过滤，超声波催陈和超声波育种，功率超声在医学方面的应用包括超声治疗和育种，功率超声在医学方面的应用包括超声治疗和外科术。外科术。功率超声功率超声（5 5）功率超声应用新技术）功率超声应用新技术 超声悬浮移动新技术超声悬浮移动新技术: :可应用于无容器接触的材料制可应用于无容器接触的材料制备，研究微量液体或生物组织的物理和力学性质。在航备，研究微量液体或生物组织的物理和力学性质。在航天飞机中作为一种太空实验技术。天飞机中作为一种太空实验技术。声化学技术声化学技术: :主要研究利用超声加速常规化学反应，主要研究利用超声加速常规化学反应，加速水溶液的氧化还原过程，加速高聚合物降解，加速加速水溶液

11、的氧化还原过程，加速高聚合物降解，加速有机溶剂中对物质的分解和反应等。有机溶剂中对物质的分解和反应等。第第2 2章章 功率超声功率超声（5 5）功率超声应用新技术）功率超声应用新技术 超声马达是一种新型的马达，它突破了传统马达的概超声马达是一种新型的马达，它突破了传统马达的概念，没有磁极绕组和磁路，不依靠电磁相互作用来转换念，没有磁极绕组和磁路，不依靠电磁相互作用来转换能量，而是能量，而是利用压电材料的逆压电效应和超声振动利用压电材料的逆压电效应和超声振动，将，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。目前，超声马达被广泛

12、应用到机器人滑块的宏观运动。目前，超声马达被广泛应用到机器人驱动装置、民用驱动器、精密定位驱动器、微小机械驱驱动装置、民用驱动器、精密定位驱动器、微小机械驱动器、航天机械用马达、物料输送器等装置上。动器、航天机械用马达、物料输送器等装置上。功率超声功率超声2.2.功率超声应用功率超声应用（5 5）功率超声应用新技术）功率超声应用新技术 功率超声用在石油工业来使石油增产，在日常功率超声用在石油工业来使石油增产，在日常生活中利用超声原理制成超声波洗衣机，超声波洗生活中利用超声原理制成超声波洗衣机，超声波洗碗机、超声波美容机、超声波洗澡机、超声波牙刷。碗机、超声波美容机、超声波洗澡机、超声波牙刷。

13、随着功率超声应用领域的不断扩大，要求提供随着功率超声应用领域的不断扩大，要求提供功率更大、声强更高的超声源。所以除了提高单个功率更大、声强更高的超声源。所以除了提高单个超声换能器的功率容量外，近年来还发展了功率合超声换能器的功率容量外，近年来还发展了功率合成的各种振动系统，并已在工业上得到应用。成的各种振动系统，并已在工业上得到应用。 功率超声功率超声3.3.聚能的原理与装置聚能的原理与装置 功率超声研究的主要内容包括大功率或高声强功率超声研究的主要内容包括大功率或高声强超声的产生系统（包括大功率超声换能器、变幅杆、超声的产生系统（包括大功率超声换能器、变幅杆、变幅器、振动方向变换器和处理工具

14、等）。变幅器、振动方向变换器和处理工具等）。 声能对物质的作用机理和各种超声处理技术及声能对物质的作用机理和各种超声处理技术及应用。声的产生、传播和接收是声学领域共同的基应用。声的产生、传播和接收是声学领域共同的基本问题，而本问题，而声能对物质的作用机制则是功率超声较声能对物质的作用机制则是功率超声较为独特的问题为独特的问题，也是一个比较复杂的问题。，也是一个比较复杂的问题。功率超声功率超声3.3.功率超声的空化现象功率超声的空化现象 空化是液体中的一种常见的物理现象。在液体中空化是液体中的一种常见的物理现象。在液体中由于涡流或超声的物理作用，液体的某一区域会形成由于涡流或超声的物理作用，液体

15、的某一区域会形成局部的暂时负压区，于是在液体中产生空穴或气泡。局部的暂时负压区，于是在液体中产生空穴或气泡。这些充有蒸气或空气的气泡处于非稳定状态。当它们这些充有蒸气或空气的气泡处于非稳定状态。当它们突然闭合时，会产生激波，因而在局部微小区域有很突然闭合时，会产生激波，因而在局部微小区域有很大压强。大压强。由于气泡的非线性振动和它们破灭时产生的由于气泡的非线性振动和它们破灭时产生的巨大压力，伴随着这种空化现象会产生许多物理和化巨大压力，伴随着这种空化现象会产生许多物理和化学效应。学效应。 功率超声功率超声 空化现象有积极和消极的两个方面。空化现象有积极和消极的两个方面。 例如，超声空化的例如，

16、超声空化的“腐蚀腐蚀”作用在超声清洗中是很有用的。作用在超声清洗中是很有用的。许多实验证明，物体的表面污膜在强超声场中会被破除，其主要许多实验证明，物体的表面污膜在强超声场中会被破除，其主要原因是超声的空化作用。利用超声空化效应还能使两种不相溶的原因是超声的空化作用。利用超声空化效应还能使两种不相溶的液体乳化，其它应用有：超声搪锡。超声破碎生物细胞等等。液体乳化，其它应用有：超声搪锡。超声破碎生物细胞等等。 在水声方面，空化作用常常表现为消极的方面。例如，舰船在水声方面，空化作用常常表现为消极的方面。例如，舰船用的高速旋转的螺旋桨叶的表面会受用的高速旋转的螺旋桨叶的表面会受“腐蚀腐蚀”损坏，腐

17、蚀出一些损坏，腐蚀出一些斑痕。大量气泡的出现会影响螺旋桨的推力，会使声呐降低辐射斑痕。大量气泡的出现会影响螺旋桨的推力，会使声呐降低辐射功率，增加声在介质中传播的衰减以及空化噪声对水声的干扰等功率，增加声在介质中传播的衰减以及空化噪声对水声的干扰等等。等。 3. 3. 功率超声的空化现象功率超声的空化现象功率超声功率超声 使液体空化的最低声强或声压幅值称使液体空化的最低声强或声压幅值称空化阈空化阈。空化阈越大。空化阈越大, ,越难空化。越难空化。 空化阈值随不同液体而不同；对于同一种液体，不同的温度、空化阈值随不同液体而不同；对于同一种液体，不同的温度、压力、空化核半径及含气量，空化阈值也不同

18、。压力、空化核半径及含气量，空化阈值也不同。 液体含气量越少，空化阈越高。例如在液体含气量越少，空化阈越高。例如在10kHz10kHz以下，自来以下，自来水的空化阈是水的空化阈是0.5atm0.5atm左右，除气后空化阈升到左右，除气后空化阈升到1.5atm1.5atm左右。左右。 空化阈随液体的静压力增加而增加。空化阈随液体的静压力增加而增加。 空化阈与液体的粘滞性有关，液体的粘度大，空化阈也高。空化阈与液体的粘滞性有关，液体的粘度大，空化阈也高。 空化阈和声波的频率也有密切关系。频率越高空化阈也越空化阈和声波的频率也有密切关系。频率越高空化阈也越高，在高，在100kHz_1000kHz10

19、0kHz_1000kHz之间空化阈值增加很快，到之间空化阈值增加很快，到 5MHz 5MHz 时几乎超过时几乎超过100atm100atm。3.13.1空化阈空化阈功率超声功率超声4 4 功率超声的主要应用及其作用机理功率超声的主要应用及其作用机理4.1 4.1 超声清洗超声清洗 下图是超声清洗的原理图。换能器通过糟壁向盛在槽中的清下图是超声清洗的原理图。换能器通过糟壁向盛在槽中的清洗液辐射声波，由于超声空化的力学效应使浸在液体中的零部件洗液辐射声波，由于超声空化的力学效应使浸在液体中的零部件的表面污物迅速被除去。的表面污物迅速被除去。功率超声功率超声4.1 4.1 超声清洗超声清洗(1)(1

20、)超声清洗原理和特点超声清洗原理和特点 超声清洗是功率超声应用最广泛的一种，超声清洗是功率超声应用最广泛的一种，其作用机理主其作用机理主要是超声空化作用要是超声空化作用。存在于液体中的微气泡。存在于液体中的微气泡( (空化核空化核) )在声场在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长然后突的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长然后突然闭合，在气泡闭合时产生激波，在其周围产生上千个大气然闭合，在气泡闭合时产生激波，在其周围产生上千个大气压力，破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。压力，破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。 第第2 2章章 功率超声功率超声 空化对污层的直接反复冲击

21、，一方面破空化对污层的直接反复冲击，一方面破坏污物与被清洗件表面的吸附，另一方坏污物与被清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的疲劳破坏而脱离。面也会引起污物层的疲劳破坏而脱离。 由于超声空化作用，两种液体在界面迅由于超声空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化。油污将溶解到溶液中。速分散而乳化。油污将溶解到溶液中。 凡是液体浸到、空化产生的地方都有清凡是液体浸到、空化产生的地方都有清洗作用，不受清洗件表面复杂形状的限洗作用，不受清洗件表面复杂形状的限制，如精密零部件表面的空穴、凹槽、制，如精密零部件表面的空穴、凹槽、狭缝和深孔、微孔都能得到清洗，而这狭缝和深孔、微孔都能得到清洗，而这些部位用

22、一般的刷洗的方法是很难清洗些部位用一般的刷洗的方法是很难清洗干净的。干净的。4.1 4.1 超声清洗超声清洗(1)(1)超声清洗原理和特点超声清洗原理和特点功率超声功率超声1. 速度快、质量高；速度快、质量高；2. 易于实现自动化；易于实现自动化；3. 特别适用于清洗表面形状复杂的工件的细致清洗，特别适用于清洗表面形状复杂的工件的细致清洗，4. 超声清洗的另一个特点是对声反射强的材料，如金属、超声清洗的另一个特点是对声反射强的材料，如金属、玻璃等，其清洗效果好，而对声吸收较大的材料，如玻璃等，其清洗效果好，而对声吸收较大的材料，如棉纱织物、橡胶和泡沫塑料等则清洗效果差。棉纱织物、橡胶和泡沫塑料

23、等则清洗效果差。4.1 4.1 超声清洗超声清洗(2)(2)超声清洗的特点超声清洗的特点某些场合可以用水代替油或有机溶液进行清洗。对于需要用酸某些场合可以用水代替油或有机溶液进行清洗。对于需要用酸或碱清洗的某些零部件，用超声清洗可以降低酸碱的浓度，因或碱清洗的某些零部件，用超声清洗可以降低酸碱的浓度，因而能降低成本和改善劳动条件。在一些难以清洗并有损人体健而能降低成本和改善劳动条件。在一些难以清洗并有损人体健康的场合，如核工业及医疗中的放射性污物可以用超声清洗，康的场合，如核工业及医疗中的放射性污物可以用超声清洗，并能实现遥控和自动化。并能实现遥控和自动化。第第2 2章章 功率超声功率超声 因

24、此超声清洗被广泛地用于因此超声清洗被广泛地用于电子和仪表工业中，它可以清洗电子和仪表工业中，它可以清洗半导体元器件、印刷电路板及电半导体元器件、印刷电路板及电真空零件，清洗继电器和轴承等。真空零件，清洗继电器和轴承等。超声清洗也广泛用于机械工业中，超声清洗也广泛用于机械工业中，如清洗各种零部件，小的如手表如清洗各种零部件，小的如手表零件、油泵油嘴零件、大的如柴零件、油泵油嘴零件、大的如柴油机、汽车部件以及整个导弹部油机、汽车部件以及整个导弹部件。在光学和医药工业中可清洗件。在光学和医药工业中可清洗各种光学玻璃、药瓶和针管等等。各种光学玻璃、药瓶和针管等等。4.1 4.1 超声清洗超声清洗(2)

25、(2)超声清洗的特点超声清洗的特点功率超声功率超声(3)(3)超声清洗设备超声清洗设备 超声清洗设备主要由三部分组成，即超声波发生器，超声清洗设备主要由三部分组成，即超声波发生器，超声换能器和清洗槽，如图所示。超声换能器通常置于超声换能器和清洗槽，如图所示。超声换能器通常置于清洗槽底部。清洗槽底部。 研究表明，使用不同频率清洗，能提高清洗质量。这研究表明，使用不同频率清洗，能提高清洗质量。这时要求一个换能器能工作在时要求一个换能器能工作在几个不同的共振频率几个不同的共振频率。上图。上图给出了具有两个共振频率的给出了具有两个共振频率的夹心换能器结构夹心换能器结构，其中采用，其中采用了两组压电晶片

26、。了两组压电晶片。 功率超声功率超声 换能器一般安装在清洗槽底，也可以安装换能器一般安装在清洗槽底，也可以安装在槽的侧壁在槽的侧壁，依清洗要求而定。有时为了能灵，依清洗要求而定。有时为了能灵活地安排超声换能器，换能器不固定装在清洗活地安排超声换能器，换能器不固定装在清洗槽上，而是几个换能器槽上，而是几个换能器安装在一个密闭的不锈安装在一个密闭的不锈钢匣里钢匣里，可以投入清洗槽中灵活布置，尤其是，可以投入清洗槽中灵活布置，尤其是清洗大工件时更为合适。清洗大工件时更为合适。 (3)(3)超声清洗设备超声清洗设备功率超声功率超声 近年来，为减少环境污染，以水代替油、浓酸碱和其他有近年来，为减少环境污

27、染，以水代替油、浓酸碱和其他有机溶剂的超声清洗工艺有了很大发展。如金属表面除油、除锈、机溶剂的超声清洗工艺有了很大发展。如金属表面除油、除锈、除氧化皮和磷化综合处理液进行超声清洗处理汽车底架，取得除氧化皮和磷化综合处理液进行超声清洗处理汽车底架，取得很好效果。超声清洗在许多行业中得到了广泛的应用如电子及很好效果。超声清洗在许多行业中得到了广泛的应用如电子及电器工业、宝石加工、钟表工业、光学机械等精密工业、汽车电器工业、宝石加工、钟表工业、光学机械等精密工业、汽车工业、橡胶工业、印刷业、飞机工业、食品工业、公共事业、工业、橡胶工业、印刷业、飞机工业、食品工业、公共事业、新闻、通讯、医院、医学研究

28、、机械工具、原子能。新闻、通讯、医院、医学研究、机械工具、原子能。 (3)(3)超声清洗设备超声清洗设备 超声焊接：是通过超声振动使焊件在固体状态下连接起来的一种工艺过程。超声焊接金属或塑料时不需要外加热。超声换能系统超声换能系统纵向振动纵向振动 焊接工具头焊接工具头带动上焊件振动带动上焊件振动 焊件交界面产生摩擦焊件交界面产生摩擦破除金属表面氧化膜破除金属表面氧化膜 接触面增大接触面增大 焊区温度升高焊区温度升高 塑性变形塑性变形 原子引力原子引力形成焊点形成焊点 压力作用压力作用 焊件表面的共同变形，在微观接触部分产生焊件表面的共同变形，在微观接触部分产生显著的切向变形；显著的切向变形；

29、靠近焊接表面的金属晶格的原子能级升高，靠近焊接表面的金属晶格的原子能级升高，以及在超声场中扩散过程被加强等；以及在超声场中扩散过程被加强等； 在两焊件的边界上形成了共同的晶粒而金属在两焊件的边界上形成了共同的晶粒而金属并未熔化并未熔化 。 焊接时间短，质量高。焊接时间短，质量高。 不需要焊剂和外加热，不因受热而变不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有残余应力。形，没有残余应力。 焊前、焊后处理简单。焊前、焊后处理简单。 易于实现自动化。易于实现自动化。 可焊接异类金属。不但同类金属，异可焊接异类金属。不但同类金属，异类金属也可以焊在一起。可以将薄片类金属也可以焊在一起。可以将薄片或细丝焊在厚

30、板上。或细丝焊在厚板上。 用于药物和易爆材料的密封焊时，能用于药物和易爆材料的密封焊时，能避免一般焊接因有熔解物而污染药品，避免一般焊接因有熔解物而污染药品，不会因受热而发生爆炸。不会因受热而发生爆炸。 焊接时间过长或超声振动幅度过大都会使焊接时间过长或超声振动幅度过大都会使焊接强度下降，甚至破坏。焊接强度下降，甚至破坏。 质轻：密度一般在质轻：密度一般在11.5cm3之间之间 有一定强度，耐腐蚀，易加工有一定强度，耐腐蚀，易加工 有优异的电绝缘性能，有优异的电绝缘性能， 减摩耐磨，减摩耐磨， 振动阻尼能力优良。振动阻尼能力优良。 工程塑料还有突出的耐高低温、耐冲击、工程塑料还有突出的耐高低温

31、、耐冲击、高强度和高化学稳定性高强度和高化学稳定性 热塑性塑料：热塑性塑料：是线型或枝化的稳定高分子量聚合是线型或枝化的稳定高分子量聚合物，受热可软化、流动，遇冷则凝固，反复多次物，受热可软化、流动，遇冷则凝固，反复多次亦不改变其化学结构。亦不改变其化学结构。 热固性塑料：热固性塑料：在固化前是可溶解、熔化的线型聚在固化前是可溶解、熔化的线型聚合物，经过加热或加入交联剂，即变成不熔的共合物，经过加热或加入交联剂，即变成不熔的共价交联体型网络。价交联体型网络。 前者一般可直接应用，后者多用作增强塑料的粘前者一般可直接应用，后者多用作增强塑料的粘合剂。合剂。 如：玻璃胶如：玻璃胶 超声塑料焊接只能

32、焊接热塑性塑料，而不能焊热超声塑料焊接只能焊接热塑性塑料，而不能焊热固性塑料固性塑料 通过上焊件把超声振动能量传送到焊通过上焊件把超声振动能量传送到焊区；区； 由于焊区（即两焊件交界面处）声阻由于焊区（即两焊件交界面处）声阻大，因此会产生局部高温，又由于塑大，因此会产生局部高温，又由于塑料导热性差，热量来不及及时散发，料导热性差，热量来不及及时散发，聚积在焊区；聚积在焊区； 致使两塑料接触面迅速熔化，加上一致使两塑料接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体；定压力后，使其融合成一体； 当超声波停止后，让压力持续几秒钟，当超声波停止后，让压力持续几秒钟，使其固定成型；使其固定成型； 这样就

33、形成一个坚固的分子链，形成这样就形成一个坚固的分子链，形成焊点或焊面，达到焊接的目的。焊点或焊面，达到焊接的目的。 超声塑料焊接的纵向振动，振动方向与焊超声塑料焊接的纵向振动，振动方向与焊件垂直，而不象金属焊接那样振动方向与件垂直，而不象金属焊接那样振动方向与焊件平行，焊件平行， 超声塑料焊接不是用超声振动带动上焊件超声塑料焊接不是用超声振动带动上焊件振动，而是通过上焊件把超声振动能量传振动，而是通过上焊件把超声振动能量传送到焊区送到焊区 。 一般焊区距辐射声能的工具与端面间的距一般焊区距辐射声能的工具与端面间的距离在离在67mm以内的称为近场焊接，而大于以内的称为近场焊接，而大于此距离的则称

34、为远场焊接。此距离的则称为远场焊接。 焊接时间短，质量高；焊接时间短，质量高； 不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有残不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有残余应力；余应力； 可以远场焊接；可以远场焊接； 易于实现自动化。易于实现自动化。 超声还能使金属零件镶嵌在塑料制品中。超声振超声还能使金属零件镶嵌在塑料制品中。超声振动施加于金属件，使金属件很快地镶嵌到塑料制动施加于金属件，使金属件很快地镶嵌到塑料制品中，这在轻工塑料制品中是一种新工艺，使用品中，这在轻工塑料制品中是一种新工艺，使用方便而迅速，可以简化塑料模具制作。方便而迅速，可以简化塑料模具制作。 共同点共同点 焊接时间短，质量高

35、；焊接时间短，质量高； 不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有残余应力；残余应力； 易于实现自动化。易于实现自动化。 对薄膜塑料或化纤纺织对薄膜塑料或化纤纺织品可以用超声进行连续品可以用超声进行连续缝焊，通常称为超声无缝焊，通常称为超声无线缝纫或超声缝纫。线缝纫或超声缝纫。 一个纵向超声振动系统一个纵向超声振动系统以一定角度与上焊件接以一定角度与上焊件接触，而下声极是一个可触，而下声极是一个可转动的圆柱。这样，当转动的圆柱。这样，当焊件从中通过时，即可焊件从中通过时，即可完成一条连续焊缝。完成一条连续焊缝。 对许多小件物品进行焊接，对许多小件物品进行焊

36、接， 可以多台焊接设备并用，对化纤被褥等大可以多台焊接设备并用，对化纤被褥等大件物品连续缝纫。件物品连续缝纫。 通过对上、下声极的表面进行的特殊设计，通过对上、下声极的表面进行的特殊设计，可使焊缝形成美观的花纹。可使焊缝形成美观的花纹。 超声还能对塑料薄膜及复合包装纸进行缝超声还能对塑料薄膜及复合包装纸进行缝焊、封装，对化纤织物进行无线缝纫、剪焊、封装，对化纤织物进行无线缝纫、剪裁及印花等等。裁及印花等等。 含义：超声加工是指给工具或工件沿一定方含义：超声加工是指给工具或工件沿一定方向施加超声频振动进行加工的方法向施加超声频振动进行加工的方法 。磨料冲击加工磨料冲击加工超声切削加工超声切削加工

37、超声磨削加工超声磨削加工超声光整加工超声光整加工超声塑性加工超声塑性加工超声切割超声切割超声打孔超声打孔超声套料超声套料超声雕刻超声雕刻超声车削超声车削超声钻削超声钻削超声镗削超声镗削超声滚齿超声滚齿超声攻丝超声攻丝超声锯料超声锯料超声修正砂轮超声修正砂轮超声清洗砂轮超声清洗砂轮超声磨削超声磨削超声磨齿超声磨齿超声珩磨超声珩磨超声珩齿超声珩齿超声抛光超声抛光超声研磨超声研磨电火化超声复合加电火化超声复合加超声强化超声强化超声拉管超声拉管超声拉丝超声拉丝超声冲裁超声冲裁超声挤压超声挤压超声铆墩超声铆墩超声弯管和矫直超声弯管和矫直 基本概念：基本概念：磨料冲磨料冲击超声加工是利用击超声加工是利用加

38、工工具作超声振加工工具作超声振动并通过磨料冲击动并通过磨料冲击被加工工件来碎除被加工工件来碎除材料的技术材料的技术 。 工具以一定静压力压在工件上；工具以一定静压力压在工件上； 在加工区域送入磨料悬浮液；在加工区域送入磨料悬浮液； 工具进行周期性的锤击，工具进行周期性的锤击， 材料粉碎成细粒材料粉碎成细粒 从材料上脱落下来。从材料上脱落下来。 磨料悬浮液作循环流动，磨料悬浮液作循环流动， 带走被粉碎下来的材料微粒和更带走被粉碎下来的材料微粒和更新磨料，新磨料， 工具在静压力的作用下逐渐深人工具在静压力的作用下逐渐深人工作区而形成与工具形状相同的工作区而形成与工具形状相同的孔穴。孔穴。 特别适合

39、于加工硬脆材料。如玻璃、石英、陶特别适合于加工硬脆材料。如玻璃、石英、陶瓷、硅、锗和宝石等；瓷、硅、锗和宝石等；加工形状不限于圆孔。可以加工各种复杂形状加工形状不限于圆孔。可以加工各种复杂形状的型孔、型腔、深孔等；的型孔、型腔、深孔等；对工件的宏观作用力小，热影响小，不会产生对工件的宏观作用力小，热影响小，不会产生残留应力；残留应力；加工精度和表面光洁度较高。加工精度和表面光洁度较高。磨料冲击超声加工已经广泛应用于硬脆材料加磨料冲击超声加工已经广泛应用于硬脆材料加工、超声钻孔、套料、切割和雕刻等。工、超声钻孔、套料、切割和雕刻等。 基本概念：超声车基本概念：超声车削是给刀具（或工削是给刀具（或

40、工件）在某一方向上件）在某一方向上施加一定频率和振施加一定频率和振幅的振动，以改善幅的振动，以改善车削效能的车削方车削效能的车削方法。法。 一种是以断屑为主要目的，这时多采用低一种是以断屑为主要目的，这时多采用低频（最高几百赫）、大振幅（最大可达几频（最高几百赫）、大振幅（最大可达几毫米）的进刀方向振刀；毫米）的进刀方向振刀； 另一种是以改善加工精度和表面粗糙度、另一种是以改善加工精度和表面粗糙度、提高车削效率、扩大车削加工适应范围为提高车削效率、扩大车削加工适应范围为主要目的，则要用高频、小振幅振刀。主要目的，则要用高频、小振幅振刀。 切削力大幅度地降低；切削力大幅度地降低； 切削温度大幅度

41、降低。切屑的平均温度仅切削温度大幅度降低。切屑的平均温度仅左右左右(相当于南方的夏季高温气候相当于南方的夏季高温气候)。 大幅度降低表面粗糙度和显著提高加工精大幅度降低表面粗糙度和显著提高加工精度；度； 工具寿命大幅度提高；工具寿命大幅度提高； 切屑容易处理。切屑容易处理。 在冷拔过程中，在冷拔过程中，超声振动施加超声振动施加于外模或内模于外模或内模(芯棒芯棒)，这样能，这样能够降低拉拔力、够降低拉拔力、提高产品质量提高产品质量 。 直径厚度比可达直径厚度比可达500:1，而普通冷拔只能达，而普通冷拔只能达50:1左右；左右； 降低拉拔力，提高延伸系数，进行多道连拉能降低拉拔力，提高延伸系数，

42、进行多道连拉能够拉拔塑性小的难拔材料。够拉拔塑性小的难拔材料。 减少破裂，提高表面光洁度、尤其是内表面的减少破裂，提高表面光洁度、尤其是内表面的光洁度。光洁度。 能够拔制复杂形状的管子，如核反应堆用的形能够拔制复杂形状的管子，如核反应堆用的形管，航空高压油管。管，航空高压油管。 延长工具寿命，节约劳动时间等等延长工具寿命，节约劳动时间等等 其它应用：冷拔金属丝、超声挤压、拉伸其它应用：冷拔金属丝、超声挤压、拉伸成型、超声弯管和矫直成型、超声弯管和矫直 。 超声处理：是指利用超声能量使物质的一些超声处理：是指利用超声能量使物质的一些物理、化学、和生物特性或状态发生变化，物理、化学、和生物特性或状

43、态发生变化，或者使这种变化速度加快的处理过程。前面或者使这种变化速度加快的处理过程。前面所述的超声清洗属于超声处理。所述的超声清洗属于超声处理。 超声雾化超声雾化 超声搪锡超声搪锡 超声粉碎超声粉碎 超声乳化超声乳化 超声凝聚超声凝聚 超声除气超声除气 超声疲劳试验超声疲劳试验 超声淬火超声淬火 超声加速过滤超声加速过滤 超声细化晶粒超声细化晶粒 超声腐蚀处理超声腐蚀处理 超声雾化：超声雾化是指在超声的作用下，超声雾化：超声雾化是指在超声的作用下，液体在气相中分散而形成微细雾滴的过程。液体在气相中分散而形成微细雾滴的过程。 雾滴平均直径与频率：频率高则雾滴小雾滴平均直径与频率：频率高则雾滴小

44、雾化速度与超声强度：强度大则雾量多雾化速度与超声强度：强度大则雾量多 其它因素：液体本身的表面张力、密度、粘其它因素：液体本身的表面张力、密度、粘度、蒸汽压、温度等对液体的雾化也有一定度、蒸汽压、温度等对液体的雾化也有一定的影响。的影响。 高频(0.8-5MHz)应用的装置：液体喷泉成雾，产生液滴的直径为15m，可用于医疗等方面。 采用磁致缩换能器可直接在其辐射面形成雾滴，它要采用磁致缩换能器可直接在其辐射面形成雾滴，它要求功率大，因此一般在换能器辐射端再加一个变幅杆，求功率大，因此一般在换能器辐射端再加一个变幅杆，以放大位移振幅，使其易于产生雾滴。液体的入口位以放大位移振幅，使其易于产生雾滴

45、。液体的入口位于变幅杆的位移节点处。于变幅杆的位移节点处。 在液体喷出的变幅杆端头安装一个金属阀块，当变幅杆作纵在液体喷出的变幅杆端头安装一个金属阀块，当变幅杆作纵向振动处于收缩的半周时，则在阀块与变幅杆表面间形成一向振动处于收缩的半周时，则在阀块与变幅杆表面间形成一微小空隙，并被流入的液体充满，而到纵振动伸张的半周，微小空隙，并被流入的液体充满，而到纵振动伸张的半周，这个空隙又逐湘变小一直到无。同时液体被挤出形成微小液这个空隙又逐湘变小一直到无。同时液体被挤出形成微小液滴。滴。 通过调整外加于阀块上压力的大小，可改变液滴的大小。当通过调整外加于阀块上压力的大小，可改变液滴的大小。当然这只是影

46、响液滴大小的因素之一，实际上，超声振动的诸然这只是影响液滴大小的因素之一，实际上，超声振动的诸参量均影响液滴的大小。参量均影响液滴的大小。 空化理论：空化泡闭合时产生的微激波而空化理论：空化泡闭合时产生的微激波而引起雾化引起雾化 ； 表面张力波理论：表面张力波在它的波峰表面张力波理论：表面张力波在它的波峰处产生雾滴，其大小与波长成正比；处产生雾滴，其大小与波长成正比； 超声频率和雾滴直径的关系超声频率和雾滴直径的关系 ： 超声雾化的实验检验超声雾化的实验检验 ： 一种是高速摄影，用此方法可以详细研究雾一种是高速摄影，用此方法可以详细研究雾滴的形成过程滴的形成过程; 另一种方法是通过雾化了的石蜡

47、或金属，因另一种方法是通过雾化了的石蜡或金属，因为这些物质的雾滴在空中飞行期间会很快凝为这些物质的雾滴在空中飞行期间会很快凝固，把凝固的颗粒收集起来即可测量其大小。固，把凝固的颗粒收集起来即可测量其大小。 医用吸入超声雾化器医用吸入超声雾化器 鼻、咽喉、肺部治疗鼻、咽喉、肺部治疗 肺部同位素诊断，优点：剂量小肺部同位素诊断，优点：剂量小 家用超声加湿器家用超声加湿器 超声雾化还可用于燃料油的雾化，使得燃超声雾化还可用于燃料油的雾化，使得燃油燃烧更充分，节约能源油燃烧更充分，节约能源 制取金属粉末制取金属粉末 把熔化了的金属通过超声振动使其雾化，然把熔化了的金属通过超声振动使其雾化，然后雾滴状的

48、金属微粒在空气中冷却凝固后下后雾滴状的金属微粒在空气中冷却凝固后下落，收集起来即为所需制备的金属粉末。落，收集起来即为所需制备的金属粉末。 雾滴的大小与超声的参量有关，同时也与熔雾滴的大小与超声的参量有关，同时也与熔化金属的物理性质有关。化金属的物理性质有关。 在工业上用于制造金属粉末，尤其是适用于在工业上用于制造金属粉末，尤其是适用于制造易延展和软而低熔点金属材料的粉末，制造易延展和软而低熔点金属材料的粉末，如锌、铝等粉末。如锌、铝等粉末。 原理：在容器中的锡被加热熔解成液态锡后，在原理：在容器中的锡被加热熔解成液态锡后，在锡液中引入超声，将金属件插人锡液中，由于锡锡液中引入超声，将金属件插

49、人锡液中，由于锡液中超声空化所产生的力效应能除去浸在其中金液中超声空化所产生的力效应能除去浸在其中金属表面的氧化物，而搪上一层锡，这就是超声搪属表面的氧化物，而搪上一层锡，这就是超声搪锡的基本原理。锡的基本原理。 应用：铝件表面要搪上一层锡是很困难的，因为应用：铝件表面要搪上一层锡是很困难的，因为铝表面的氧化层很难除去，即使除去也很快氧化铝表面的氧化层很难除去，即使除去也很快氧化 ，而用超声却可以比较容易地解决这一问题而用超声却可以比较容易地解决这一问题 。 在超声的作用下，使液体中的固体颗粒或在超声的作用下，使液体中的固体颗粒或生物组织等破碎的过程叫超声粉碎。超声生物组织等破碎的过程叫超声粉

50、碎。超声粉碎在化工、医药、生物等领域有较多的粉碎在化工、医药、生物等领域有较多的应用。应用。 超声粉碎需要较大的位移振幅，因此在换能器辐射超声粉碎需要较大的位移振幅，因此在换能器辐射端都接有变幅杆，有时接多级变幅杆。变幅杆的形端都接有变幅杆，有时接多级变幅杆。变幅杆的形式是多种多样的，根据粉碎对象的不同而异式是多种多样的，根据粉碎对象的不同而异 。 举例：小端直径为举例：小端直径为3mm。该变幅杆一般用于小容。该变幅杆一般用于小容器处理，小容器的容积一般在器处理，小容器的容积一般在0.520ml之间。之间。 可同时处理两种不问物可同时处理两种不问物质并进行混合的装置。质并进行混合的装置。 在变