Ultrazvukové technologie v praxi

Ultrazvukové technologie v praxi

Víte, že ... • výkonový ultrazvuk dokáže vyvolat mikroskopické ohniska plamenů ve studené kapalině • plyn v kolabující kavitační bublině dosahuje teploty 5 500 ° C a tlak 500 atmosfér, což je polovina hodnoty tlaku v nejhlubším místě Tichého oceánu - Mariánském příkopu • teplotní gradient v mikrozóne má hodnotu vyšší než 109 ° C / s, což odpovídá rychlosti ochlazování roztaveného kovu při jeho byste se vylily na povrch tělesa, které je ochlazeným na absolutní nuly

Dá sa očakávať, že fenomén, ktorý má takéto unikátne fyzikálne prejavy, nájde v praxi mnohonásobné využitie. Preto by som rád aspoň v krátkosti priblížil niektoré aplikácie výkonového ultrazvuku . Pojem ultrazvukové technológie v sebe zahrňuje veľmi široké spektrum technológií využívaných priemyselnej a laboratórnej praxi. Väčšina s týchto technológií prekvapí svojimi unikátnymi účinkami a možnosťami. S niektorými sa môžeme stret- núť častejšie (ultrazvukové čistenie, ultrazvukové zváranie...), ale s niektorými sa stretávame, len veľmi zriedka hoci ich uplatnenie je veľmi zaujímavé. Ultrazvukové technológie sú postavené na výkonových zdrojoch ultrazvukových kmitov a celú túto oblasť nazývame aktívny ultrazvuk. Uplatňujú sa tu nelineárne efekty a ultrazvuková energia môže pri týchto intenzitách vyvolávať značné, až prekvapivé fyzikálne, chemické a iné zmeny v prostredí na ktoré pôsobí. Na opačnej strane stojí pasívny ultrazvuk, ktorý nevyvoláva žiadnu zo spomínaných zmien prostredia, v ktorom sa šíri. Sú to väčšinou aplikácie, ktoré patria do oblasti meracej, diagnostickej a signalizačnej techniky.

V ďalšom ponúkam aspoň rámcový prehľad najčastejšie používaných technológií z oblasti aktívneho ultrazvuku v praxi.

Ultrazvukové čistenie: (cleaning) Ultrazvukové čistenie je najrozšírenejšou aplikáciou z oblasti ultrazvukových technológií.

 V oblasti čistenia tvarovo zložitých súčiastok je takmer bezkonkurenčnou technológiou. Podľa vyhotovenia ultrazvukových čistiacich vaní ich môžeme rozdeliť do dvoch hlavných skupín – kompaktné čističky a ultrazvukové čistiace linky. Kompaktné čističky (viď obr.1) sa vyrábajú v rôznych objemoch od cca 0,5 l do cca 120 l. Nerezová vaňa s nalepeným ultrazvukovými žiaričmi a generátor elektrických kmitov, tvoria jeden mechanický celok s krytom a ovládacími prvkami. Tento typ ultrazvukových čistiacich vaní nachádza uplatnenie prevažne v malých prevádzkach a laboratóriách . Ako príklad môžeme uviesť čistenie v optikách, zlatníctve, autoopravovniach, rôznych servisoch, dentálnych ambulanciách  atď... Mechanický čistiaci účinok ultrazvukovej energie vzniká synergickým pôsobením viacerých fyzikálnych (kavitácia, mikroprúdy, makroprúdy...) efektov v celom objeme kvapaliny. Z toho aj logicky vyplýva, že k čisteniu dochádza v celom objeme a všade tam, kde je sonifikovaná kvapalina, t.j. aj na neprístupných miestach, kde sa s klasickými mechanickými spôsobmi čistenia určite nedostaneme. Spojenie čistiacich účinkov ultrazvukovej kavitácie a vhodného čistiaceho roztoku zaručuje vo väčšine prípadov veľmi dobrý a reprodukovateľný výsledok. Ultrazvukové čistiace linky Pre menšie a väčšie priemyselné prevádzky sa projektujú čistiace linky, pre ktoré je charakteristické kaskádne radenie jednotlivých vaní a kombinovanie rôznych pracovných činností v kaskáde tak, aby sme na výstupe z linky získali dokonale očistenú a suchú súčiastku. Priemyselné čistiace linky sa vyznačujú rôznym stupňom automatizácie celého procesu čistenia. Prejavuje sa to hlavne v manipulácií s čistenými súčiastkami .

Ultrazvukové čistiace linky nachádzajú uplatnenie hlavne pri finálnom čistení a odmasťovaní rôznych kovových súčiastok, čistení sklenených komponentov v sklárskom priemysle, tiež pri čistení plastových prepraviek pre pekárne a mäsokombináty a v mnohých ďalších aplikáciách. Celý proces čistenia je možné projektovať v súlade s požiadavkami životného prostredia. Kedysi používané chlórované uhľovodíky sa dnes s úspechom nahrádzajú čistiacimi kvapalinami na báze vodných roztokov, ktoré sú veľmi tolerantné k životnému prostrediu a je zabezpečená ich ekologická likvidácia. Čistenie pomocou ultrazvukovej energie sa vyznačuje veľmi vysokou kvalitou a reprodukovateľnosťou. Ultrazvukové čistiace linky sa stali neodmysliteľnou súčasťou technologického procesu vo viacerých priemyselných odvetviach.


Ultrazvukové zatláčanie (inserting)
Ultrazvukové zatláčanie sa využíva na implantovanie kovových dielov do plastov, na vytvorenie možnosti rozoberateľného spojovania. Ultrazvuková sonotróda, (nástroj), ktorá kmitá frekvenciou 20 až 40 kHz sa pri tejto technológií oprie o časť zatláčanej súčiastky a pri súčasnom pôsobení tlaku v axiálnom smere dôjde k roztaveniu plastu na rozhraní kovový diel – plast. Takto sa kovová súčiastka dostane ľahko do požadovanej polohy a po ukončení ultrazvukových vibrácií dôjde k pevnému ukotveniu tejto súčiastky v plaste. Takto vytvorené spoje sú pevné a bez zostatkových pnutí a nehrozí možnosť prasknutia ako pri klasickom zalisovaní bez ultrazvuku.


Ultrazvukové rezanie (cutting)
Ultrazvukové rezanie sa využíva v priemysle a tiež v potravinárstve. Mikropohyb v axiálnom smere, ktorý je superponovaný na nože vyrobené väčšinou z titánu redukuje silu potrebnú na rezanie až o 75 percent (!) a spôsobuje samočistenie noža. Rezy ultrazvukovými nožmi sú hladké bez omrviniek. Ultrazvukové vibrácie umožňujú rezať aj materiály, ktoré sa bežnými metódami nedajú rezať (napr. v gumárskom priemysle sa využíva na rezanie nevulkanizovanej gumy).


Ultrazvukové zváračky(welding)
Pevné a spoľahlivé spojovanie termoplastických látok a kovov je možné realizovať pomocou kmitajúceho pracovného nástroja s frekvenciou 20 000 až 40 000 Hz. Na vytvorenie spoja sa využíva koncentrovaná ultrazvuková energia, ktorá sa vytvára v ultrazvukovom piezoelektrickom meniči. Táto sa potom pomocou ďalších mechanických transformátorov výchylky (booster,sonotróda) privádza do miesta spojovania. Ak na spojované miesto pod sonotródou pôsobí súčasne aj statický tlak, tak dochádza k lokálnemu ohrievaniu, plastifikovaniu, taveniu a následnému premiešaniu spojovaných materiálov. Po vychladnutí vznikne pevný spoj, ktorý okrem mechanických, splňuje aj estetické požiadavky.Ultrazvukové zváračky sa vyrábajú v dvoch základných vyhotoveniach: pneumatické a ručné.Ultrazvukové zváračky nachádzajú uplatnenie v elektrotechnickom, strojárskom a automobilovom priemysle, ale aj v menších prevádzkach, kde sa používajú na spojovanie termoplastických látok. Výhodou ultrazvukových zváračiek je vysoká účinnosť premeny ultrazvukovej energie na teplo (80 až 90 percent), čím prispievajú k ochrane životného prostredia.


Ultrazvukové uzly (generátor a menič) sa z úspechom zaraďujú aj do automatizovaných liniek, kde sú vysoké požiadavky na produktivitu, kvalitu a reprodukovateľnosť pri spojovaní plastov.Ultrazvukové zváračky sa vyrábajú s pracovnými frekvenciami 20 kHz, 30 kHz a 40 kHz .Výstupný výkon týchto zariadení sa pohybuje od 20 W až po 1 000 W.Výber vhodnej frekvencie a výkonu je daný viacerými kritériami a vlastnosťami konkrétnych dielov určených na spojovanie (materiál, tvar, veľkosť...)

www.belson-sk.sk

  • autor:
  • Ing. František Belančík

Fotografie



Mohlo by vás také zajímat



 

Archiv článků

Nejbližší výstavy a semináře