功率超声的原理和各种应用

第1章.功率超声概述

　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，力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等。在力学效应中有搅拌、分散、除气、成雾、凝聚、冲击破碎和疲劳损坏作用；在热学效应中有声能被吸收而引起的整体加热、边界处的局部加热；在化学效应中可以促进氧化、还原，促进高分子物质的聚合或解聚作用等。

超声波焊接原理示意

第2章.功率超声的应用以及相关原理

超声清洗原理

　　超声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、狭缝和深孔、微孔都能得到清洗，而这些部位用一般的刷洗的方法是很难清洗干净的。

                                                                        超声波空化效应示意图

超声焊接原理

　　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。

　　超声金属焊接装置超声焊接原理超声金属焊接主要因素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；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；在两焊件的边界上形成了共同的晶粒而金属并未熔化。

　　超声焊接的优点，焊接时间短，质量高。不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有残余应力。焊前、焊后处理简单。易于实现自动化。超声焊接的优点，可焊接异类金属。不但同类金属，异类金属也可以焊在一起。可以将薄片或细丝焊在厚板上。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，不会因受热而发生爆炸。超声焊接的缺点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。

　　塑料的特点质轻：密度一般在1－37.5px3之间有一定强度，耐腐蚀，易加工有优异的电绝缘性能，减摩耐磨，振动阻尼能力优良。工程塑料还有突出的耐高低温、耐冲击、高强度和高化学稳定性塑料的分类：

热塑性塑料：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，反复多次亦不改变其化学结构。

热固性塑料：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合剂。如：玻璃胶超声波塑料焊接只能焊接热塑性塑料，而不能焊热固性塑料超声塑料焊接原理通过上焊件把超声振动能量传送到焊区；由于焊区（即两焊件交界面处）声阻大，因此会产生局部高温，又由于塑料导热性差，热量来不及及时散发，聚积在焊区；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；当超声波停止后，让压力持续几秒钟，使其固定成型；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。塑料焊接与金属焊接到差别超声波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焊件平行，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送到焊区。

超声塑料焊接的分类

　　一般焊区距辐射声能的工具与端面间的距离在6~7mm以内的称为近场焊接，而大于此距离的则称为远场焊接。超声塑料焊接到优点焊接时间短，质量高；不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有残余应力；可以远场焊接；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，使用方便而迅速，可以简化塑料模具制作。塑料焊接与金属焊接的异同共同点焊接时间短，质量高；不需要焊剂和外加热，不因受热而变形，没有残余应力；易于实现自动化。

超声缝纫原理

　对薄膜塑料或化纤纺织品可以用超声进行连续缝焊，通常称为超声无线缝纫或超声缝纫。一个纵向超声振动系统以一定角度与上焊件接触，而下声极是一个可转动的圆柱。这样，当焊件从中通过时，即可完成一条连续焊缝。超声缝纫的特点对许多小件物品进行焊接，可以多台焊接设备并用，对化纤被褥等大件物品连续缝纫。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。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、剪裁及印花等等。