ultrasunete_aplicatii

8/13/2019 Ultrasunete_Aplicatii

1/108

SUDAREA CUULTRASUNETE


2/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE

Tehnologii bazate pe utilizarea ultrasunetelorSunetele sunt oscilaii mecanice ale unui mediu elastic , cufrecvene percepute de urechea omului, adic n domeniul 20 Hz- 20 kHz.Ultrasunetele sunt oscilaii mecanice cu o frecven mai maredect cea sonor, curent ntre 20 kHz si 0 !Hz.

"in fizic se cunoaste c o pertur#aie produs local ntr-unmediu elastic se propa$ din aproape n aproape, prinoscilaiile particulelor, ca und mecanic.

"ac undele electroma$netice se pot propa$a si n vid,ultrasunetele se pot propa$a numai n medii materiale.


3/108


. . Propriet i ale ultrasunetelora! "iteza de propagare%ntre viteza de propa$are &, lun$imea de und sifrecvena f a undei ultrasonore exist relaia:

C = f %n funcie de direcia de oscilaie a particulelor fa dedirecia de propa$are e'ist(

- unde longitudinale, la care direcia de oscilaieeste aceeasi cu direcia de propagare . Se produc

#n medii gazoase$ lichide sau solide%


4/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE)iteza de propa$are este dat de(

unde(

E - modulul de elasticitate lon$itudinal , - densitatea , - coeficientul *oisson.


5/108


6/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE- unde de suprafa (unde Lamb),care sunt o co !inaie de undelonditudinale si transversale.

ceste unde pot e'ista de-a lun$ul uneisuprafee, care poate fi si cur#at.)iteza de propa$are a undelor am#

depinde de constantele de material, darsi de dimensiunile materialului si defrecven.


7/108


b! &mpendana acustic a unui mediu

are e'presia(" = C #$g%s &'

n material cu impendana acustic ridicatse numeste (acustic tare(, )n ti p ce unaterial cu impendana acustic mic senumeste (sla! acustic(.


8/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE)alorile vitezei de propa$are si ale

impendanei acustice pentru diferite medii


9/108


c! Re'le(ia si re'racia ultrasunetelor lasupra'aa de separaie dintre dou medii"ac un fascicul de unde ultrasonore de intensitate l * atac perpendicular suprafaa de separaie dintredou medii, + si & fig.+ , de i pendane sonore " + si " & , o parte din und va fi trans is /refractat nmediul 2, iar restul reflectat n mediul +. ntensitile trans ise )n cele dou edii sunt / 0 l * ,

respectiv / 1 *, unde / 0 , respectiv / 1 sunt coeficienisu!unitari, iar / 0 2 / 1 = +.


10/108


)ig% *%+Reflexia si refractia ultrasunetelor la suprafaa de separare a dou medii

a incidena pe direcie nor al3 ! incidena su! un anu it ung4i


11/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE&oeficientul de transmisie /refracie (

&oeficientul de refle'ie(


12/108


"ac impendanele celor dou mediisunt aproape e$ale, coeficientul derefle'ie este minim, iar unda ultrasonorse transmite aproape n totalitate dinmediul + )n ediul &.

nvers, dac o und ultrasonor ntlneste un mediu acustic tare, se vareflecta ntr-o proporie nsemnat.


13/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEd! Atenuarea ultrasunetelor se producedup acelasi mecanism ca la propa$areaunei unde.

"ac se msoar amplitudinile oscilaiilor ndou puncte, 5+ si 5&, atenuarea se calculea6cu:

%n practic, amplitudinea undei ultrasonore este msurat cu transductoare, caregenerea6 o tensiune de amplitudine proporional cu amplitudinea undei.

Spre e'emplu, dac pe ecranul unui osciloscop, raportul amplitudinilor celor dousemnale este 2, atenuarea este( a 1 20lo$2 1 20'0, 13 d4.


14/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE*%+%Producerea ultrasunetelor

5'ist mai multe ci de producere aultrasunetelor, reflectnd ntr-un fel etapelede pro$res tehnolo$ic n acest domeniu.

a%,enerarea ultrasunetelor pe cale aerosau hidrodinamica se face folosind

ca-it i rezonante%Se o#in ultrasunete de frecvene n 6urul a 20 kHz,la puteri reduse /su# 007 si randamente mici.


15/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEb%,enerarea de ultrasunete pe cale ionic

se realizeaz cu a6utorul unui $az preala#ilionizat n cmp electric alternativ, cufrecven ultrasonor. 8onii se deplaseaz antrennd moleculele

$azoase, dnd nastere unei oscilaii

acustice, de frecvena cmpului e'citator. !etoda este foarte puin folosit npractic.


16/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEc%,enerarea de ultrasunete pe cale

electrodinamic se #azeaz pe principiul unuidifuzor, la care mem#rana este nlocuit cu un #loc

metalic avnd frecven proprie de rezonan ndomeniul ultrasunetelor. &nd frecvena curentului n #o#ina de e'citaie

devine e$al cu frecvena proprie a #loculuimetalic, amplitudinea vi#raiei atin$e valoriimportante.

ltrasunetele o#inute au o sin$ur frecven,iar randamentul conversiei este #un.


17/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEd%,enerarea ultrasunetelor 'olosind

e'ectul magnetostricti- folosesteproprietatea unor materiale feroma$netice/numite ateriale agnetostrictive de a secomprima sau dilata dac sunt plasate

ntr-un cmp ma$netic.9eciproc, orice ntindere sau compresiune amaterialului aflat ntr-un cmp ma$netic setraduce ntr-o modificare a flu'ului ma$netic ce ltranverseaz.


18/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE"ac notm cu l lun$imea#arei, cu P fora de naturagnetostrictiv, cu . B si .l

variaiile induciei si aledeformrii su# aciuneacmpului ma$netic, vom avearelaiile(

* 1 !:;4;41 !


19/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE"eoarece cmpul ma$neticalternativ de frecven mare ducela pierderi nsemnate prinhisterezis si cureni tur#ionari,miezul se realizeaz din tole de$rosime mic /0, ...0,2 mm ,necesitnd si rcire cu ap princonvecie forat.9andamentul optim se o#ine

cnd frecvena de e'citaie estee$al cu frecvena proprie derezonan a #loculuime$netostrictiv.


20/108


/ateriale magnetostricti-e utilizate frecventsunt(

- materiale feroma$netice pure 9i, e, Co 3- alia6e /permendur, alfer, permalo>, hipernik,superpermalo> ?- ferite - com#inaii ntre o'idul unui metal sio'idul de fier.

@ransductoarele ma$netostrictive au puteri deordinul sutelor de Aai, iar frecvena ultrasunetelornu depsete 00 kHz.


21/108


e%,enerarea ultrasunetelor 'olosind

e'ectul piezoelectric folosesteproprietatea unor materiale /numiteateriale pie6oelectrice de a se defor adac sunt plasate )ntr-un c; p electric.

"ac < este tensiunea aplicat unuiele ent de grosi e g din aterial, presiunea p de natur piezoelectric ceapare, are valoarea(


22/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE9eciproc, dac se variaz $rosimea cu

g su! aciunea unei solicitrimecanice, pe suprafaa materialului

apare densitatea de sarcin electric(plicarea unei tensiuni pe dou fee opuse alecristalului piezoelectric cu o#inerea de efecte mecanice decomprimare sau dilatare se numeste efect pie oelectricinvers.

Este i portant de stiut c polaritatea tensiuniidetermin sensul e'ectului mecanic /comprimare saudilatare , deci pentru producerea de ultrasunete, cristalul see'cit cu tensiune electric alternativ, de frecvenultrasonora.


23/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE8nvers, aplicarea unui efort mecanic cu o#inereaunei tensiuni electrice, se numeste efect

pie oelectric direct .

>ensul efectului ecanic deter in polaritateatensiunii, deci la detectarea de ultrasunete,cristalul $enereaz tensiuni electrice alternative,de frecven ultrasonor.

%n practic,acelasi cristal poate fi si emitor sireceptor de ultrasunete.Substanele cu propriet i piezoelectrice sunt(cuarul, sarea Sei$nette, turmalina, sulfatul de litiu,


24/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE&aliti piezoelectrice deose#ite auceramicile electrostictive polari ate ,reali6ate prin presarea, formarea si coacerea

n cuptor de pul#eri ceramice precis dozate,simultan cu aplicarea unui cmp electricconstant, intens, n scopul orientrii dipolilor

n sensul liniilor de cmp.E(emple0 titanatul de #ariu, zirconatul deplum# si titan /denumit *B@ , nio#atul delitiu, etc.


25/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE@ransductoarele piezoelectrice au puteri dezeci - sute de Aai si frecvena de rezonan

ntr-o pla6 lar$ /20 kHz ... 0 !Hz .tt transductoarele ma$netostrictive ct si celepiezoelectrice, pentru a $enera ultrasunete deamplitudine ma'im, vor fi acordate nCsemiundC, adic lun$imea lor pe direcia de

oscilaie va fi multiplu de l &.?n acest fel, la e'tremiti apar ventre deoscilaie, datorate undelor staionare ce sesta#ilesc n transductor.


26/108

APL&CAT&&



27/108


Cur irea pieselor cu a1utorulultrasunetelor

&urirea pieselor cu a6utorul ultrasunetelorare o pondere foarte mare datoritsimplitii procedeului, eficacitii ridicate siproductivitii deose#ite.Denomenele care stau la #az sunt cavitaiasi efectele ecanice de6voltate )ntr-o !aiede lichid de curare.


28/108


Denomenul de cavitaie semanifest n prezena uneiunde acustice @ * , de areintensitate, transmis deun transductor ntr-o #aiede lichid si const n$enerarea de #ule de $aze

si vapori /cu diametre deordinul m , urmat despar$erea lor violent .


29/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE5'plicaia se #azeaz pe faptul c presiunea e'ercitatde ultrasunete n lichid are alternane pozitive sine$ative.

%n semiperioadele n care presiunea este sczut scade punctulde fier#ere al lichidului si se formeaz #ule de vapori.%n urmtoarea semiperioad, cnd presiunea va creste, se vaproduce o implozie violent a acestor #ule, determinndpresiuni locale de 000 daE=cm2 si nclziri de pn la 000F&.

ceast a$itaie puternic, realizat n urma cavitaiei,determin desprinderea particulelor strine de pesuprafaa pieselor de splat.

Denomenul se accentueaz dac lichidul de splare este undeter$ent sau un solvent.


30/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE&uvele de splare au transductoarepiezoceramice montate pe perei.&onstrucia unui transductor compus, de tipCsandAichC, este dat n fi$ura.

Semnificaia notaiilor este( + A corp metalic dinoel cu rol de reflector acustic, 2 si 2G - discuripiezoceramice polarizate, B - e !ran derezonan din titan, -difu6or ecanic.Drosi ea ele entelor transductorului se face pe!a6a condiiei de rezonator n CsemiundC pentru

ntre$ ansam#lul.


31/108


%n prima cuv piesele sunt supuse nmuierii si splrii $rosiere, apoisunt trecute ntr-o a doua, unde sunt curate total, urmnd o cltire

si uscare n vapori.Semnificaia notaiilor( ! - transductoare acustice, "#S -generator electric de frecven ultrasonora, R - element$ncl itor electric (uneori $nglobat $n peretele cuvei).


32/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEA-anta1ele acestor instalaii sunt datede productivitatea ridicat si calitateacurrii, mai ales n zonele interioare,$reu accesi#ile ale pieselor.Se foloseste aceast tehnic nmicroelectronic, electrotehnic,mecanic fin, tehnica vidului -oriundese cer condiii deose#ite de curenie asuprafeelor pieselor.


33/108

PRELUCRAREA D&/ENS&2NAL3CU A4UT2RUL ULTRASUNETEL2R



34/108


Prelucrarea dimensional a uneipiese cu a6utorul ultrasunetelorfoloseste e'ectul erozi- al unorparticule abrazi-e acti-ate deoscilaiile ultrasonore ale sculei .*articulele a#razive pot fi n suspensielichid sau fi'ate pe scul.


35/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE*relucrarea cu ultrasunete se aplic la acelemateriale care au 'ragilitate ridicat , densitate nuprea mare si nu sufer deformaii plastice nainte derupere /ceramica, sticla, safirele, alumina, cuarul,siliciul, feritele, etc. &u #une rezultate se potprelucra si alia6e dure( car#uri metalice, oelurilealiate, alia6e de titan./aterialele cu plasticitate ridicat /oelurile moi,cupru, aluminiul nu se pot prelucra , cciultrasunetele nu produc dislocaii de material, iarparticulele a#razive se pot ncastra n material.


36/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE%n fi$ura este prezentat schema deprincipiu a prelucrrii cu ultrasunete.5ner$ia cinetic de vi#raie cufrecven ultrasonor a sculei S se

transmite piesei @ prin inter ediulgranulelor a#razive + aflate nsuspensie lichid, circulat n spaiulde lucru.

*relevarea de particule de material

7 din pies se explic prinaciunea coro!orat a trei ageniero6ivi: granulele a!ra6ive - D,#ulele de cavitaie ultrasonic - 4si undele de soc hidraulic.


37/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEa! ,ranulele abrazi-e au efect dominant n eroziune.

%ntre scul si pies se e'ercit o for de apsarestatic D, pentru crearea unei presiuni statice de IdaE=cm2.- Se creeaz premisele transmiterii socurilor dinamice ale sculei,

care vi#reaz a'ial cu o frecven ultrasonic.- Su# efectul acestor socuri, $ranulele mai mari sau a$lomerrile

de $ranule, aflate n contact direct att cu scula ct si cu

piesa, produc microfisuri n stratul superficial al piesei.!icrofisurile pro$reseaz n adncime, iar su# aciuneaaltor $ranule, presate sau accelerate de vi#raiile sculei,se desprind microparticule din pies.


38/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEb! Sub aciunea -ibraiei ultrasonice a sculei , n lichidul

purttor de $ranule a#razive apar solicitri de ntindere sicompresiune.- %n faza de ndeprtare a sculei, apar eforturi de ntindere, care

produc ruperi n masa lichidului, formndu-se micro#ule decavitaie.- %n fazele de apropiere ale sculei, se produc solicitri decompresiune a lichidului, iar micro#ulele se distru$ prin implozie,ducnd la presiuni locale ce depsesc 000 daE=cm2.

Se produc microfisuri, precum si prelevare de material din pies.ltrasunetele produc n lichid unde de soc hidraulic. Su# aciunealor lichidul ptrunde n reeaua fin de microfisuri create pesuprafaa piesei, avnd efect de pan hidraulic n prelevarea dematerial.


39/108


Scula vi#reaz cu frecvena f1 3... J kHz siamplitudinea 1 0...30 m.

Sistemul de avans al masinii menine scula laaceeasi presiune asupra piesei, iar prinprelevarea de material se o#in $uri profilate npies, de form corespunztoare sculei.

Kocul dintre scul si pies depinde dedimensiunea $ranulelor a#razive folosite, deo#icei de ...J ori diametrul $ranulei.


40/108


41/108


+ranulele a#razive, avnd diametruechivalent ... 20 m, de o#icei din car#ur

de #or, car#ur de siliciu, diamant,car#orund, se $sesc n numr mare nspaiul de lucru.5le se uzeaz n cursul prelucrrii, fiindnecesar circulaia supensiei lichide pentruevacuarea particulelor prelevate si a$ranulelor uzate.


42/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE&irculaia suspensiei lichide n spaiul de lucru se poateface(

L la presiune normal, suspensia a#raziv fiind

adus din lateral la locul prelucrrii, sau prinpoziionarea vertical a suprafeei de lucru cndlichidul se deplaseaz su# aciunea $ravitaiei?L prin a#sor#ia n vid a suspensiei din spaiul delucru, care conduce la mrirea de ,J... ori avitezei de prelevare?L prin circulaia forat /pompare , care micsoreazefectul de cavitaie, dar productivitatea creste.


43/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE%n cazul ultimelor dou variante, scula areprevzute canale interioare pentru aspiraie,respectiv pompare a suspensiei a#razive.

ichidul suspensiei a#razive reprezint mediulde cupla6 acustic ntre scul, $ranulele a#razivesi pies, asi$urnd propa$area usoar aundelor de soc.&el mai folosit lichid este apa, care este ieftin,neto'ic, are caliti de umectare, vscozitatemic, conductivitate termic #un si densitate#un pentru a susine $ranulele.


44/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE5'ist si varianta, mai rar, a prelucr rii' r suspensie abrazi- .

%n acest caz, scula este impre$nat cupraf de diamant, iar ntre scul si piesse practic o miscare suplimentar dedeplasare.

mplitudinea sculei este mai mic/circa J m pentru a prote6a scula,iar la locul de prelucrare se folosestelichid de rcire.


45/108


&nstalaia electroacustic deprelucrare



46/108


4atiul masinii + susinesania longitudinal & sisania transversal B, care

per it deplasarea

cuvei de lucru )n planori6ontal, )n siste ul deaxe x F. ?n cuva de lucrueste fixat piesa deprelucrat J. Suspensiaa#raziv 3, din rezervorulM, este omo$enizat cua$itatorul G si ve4iculat cupompa N prin conductele+*.


47/108

SUDAREA CU ULTRASUNETE&onvertorul de ener$ie electroma$netic nener$ie acustic este transductorul ++, de tipma$netostrictiv.

*e miezul ma$netostrictiv +& se afl )nfsurareade curent alternativ ali entat de la $eneratorulelectric de nalt frecven +B, reali6at cutran6istoare de putere HI0 sau 7 > E0.

*rema$netizarea miezului se realizez cu a6utorulunei nfsurri parcurse de curent continuuprovenit de la sursa de curent continuu + .


48/108


9i$orile cerute de la sursa de curent continuu, nceea ce priveste filtrarea, sunt mari.

%n alte variante constructive, prema$netizareamiezului se realizeaz prin ma$nei permaneniplasai ntre cele dou coloane ale miezului.Sursele de alimentare a #locului ultrasonic sunt

plasate, de multe ori, ntr-o carcas separat.4locul ultrasonic, nchis ntr-o carcas etans, estercit forat cu ap, pentru a evacua cldura creatprin nclzirea miezului.


49/108


n amortizor sonic +J din cauciuc este plasat )n partea superioar, iar n partea inferioar, n

contact direct cu miezul transductorului, este fi'atconcentratorul +K, care are funcia de transfer siconcentrare a ener$iei mecanice spre pies.&oncentratorul /aici de form e'ponenialamplific vi#raiile ultrasonore ale miezului.un$imea concentratorului este un multiplu ntre$al semilun$imii de und, asfel nct s asi$ure lascula de lucru oscilaii de amplitudine ma'im.


50/108

SUDAREA CU ULTRASUNETEScula de lucru +L, av;nd for a cerut de for a

prelucrrii piesei, este fixat pe concentrator prin nfiletare. *oziionarea concentratorului la carcasa#locului ultrasonic se face la distana l de miez,deci ntr-un nod de oscilaie, astfel c n aceastzon nu apar solicitri mecanice.Sistemul de avans automat +G reali6e6 avansulvertical pe parcursul prelucrrii. Capul de lucru sepoziioneaz pe vertical prin mecanismul suru#-piuli &*, iar ec4ili!rarea greutii acestuia se facecu contra$reutatea +M.


51/108

PRELUCRAR& CU ULTRASUNETE

Tipuri de prelucr ri cu ultrasuneteOperaiile de prelucrare sunt( $urire, alezare,realizare de orificii profilate, frezare, lamare,$ravare, de#itare n materiale fra$ile, casante, cuduritate ridicat, electroizolante sau conductoare, n$eneral $reu prelucra#ile sau neprelucra#ile prin

alte procedee.*roductivitatea prelucrrii, e'primat n mm =min,este indicat n ta#elul urmator pentru ctevamateriale


52/108



53/108

A-anta1ele ale acestui procedeu de prelucrare sunt(L precizie dimensional ridicat, la o ru$ozitate redus asuprafeei prelucrate?L vitez de prelucrare #un /zeci de secunde ... minute ,comparativ cu procedee convenionale /zeci de minute ...ore ?L a#sena acumulrii de tensiuni interne si a nclzirii locale

n pies.*relucrarea sculelor cu a6utorul ultrasunetelor conduce

la o crestere a dura#ilitii sculei de 2... ori/e'emplu la realizarea filierelor pentru trefilareasrmelor .



54/108

*%5%De'ormarea plastic a metalului #n c6mpultrasonorSu# aciunea ultrasunetelor, un metal poate

prezenta un fenomen de CnmuiereC,necesitndeforturi mai mici necesare deformrii.E'ectul de 7#nmuiere7 este determinat decresterea mo#ilitii dislocaiilor datorit prezeneitensiunilor ultrasonore periodice.Energia acustic are acelasi efect asupradeformrii plastice ca si ener$ia termic, dar cuun consum ener$etic mult redus.



55/108

a contactul dintre pies si scula ceacioneaz asupra piesei, ultrasunetelepermit(

ptrunderea mai #un a lu#rifiantului, deci oreducere a coeficientului de frecare?separarea suprafeelor de contact?erodarea asperitilor suprafeelor de contact?

m#untirea condiiilor de alunecare ale unorsuprafee.



56/108

*%8%)ritarea pulberilor #n c6mp ultrasonorRealizarea de piese prin presarea pulberilor a

nceput s ai# o e'tindere tot mai mare. ceste

materiale reunesc proprietile pul#erilorconstituente, dar do#ndesc si proprieti noi.,ama de materiale realizate prin fritareaultrasonor a pul#erilor este lar$( ferite, ferodouri,ceramice piezoelectrice, etc.)enomenul intern al 'rit rii const #n osuccesiune de de'orm ri plastice ale pulberilor

#ntr9o matri si deplasarea lor spre a umplespaiile goale%



57/108

*rin aplicarea ultrasunetelor , mo#ilitateaparticulelor creste, iar frecrile intense

dintre particule $enereaz cldur mrindplasticitatea lor.:n 'inal , are loc cresterea densitii,uniformi area densitii, cresterea

duritii si re istenei la rupere amaterialului.*ractic are loc o crestere a densitii cu cea J... 0P fade fritarea clasic.



58/108

*%;%Prelucr ri prin aschiere #n c6mpultrasonorCresterea e'icienei procedeelorclasice de prelucrare prin aschiere/strun6ire, frezare, alezare, ascuireasculelor are la #az suprapunereapeste forele sistemului clasic deaschiere a oscilaiilor ultrasunetelor.



59/108

9ezult a-anta1ele0reducerea timpului de prelucrare?eliminarea vi#raiilor proprii ale sistemului deaschiere?reducerea tensiunilor mecanice remanente nmaterial?reducerea temperaturilor n zona deaschiere?se reduc forele de aschiere si creste duratade via a sculei.



60/108

Problema di'i cil este modalitateapractic de introducere a ener$ieiultrasunetelor n zona de desprinderea aschiei. Una din soluii este construciaadaptat a suportului port-scul sau appusii mo#ile la forma #loculuiultrasonic.



61/108

*%


62/108

&oro itatea este ai redus, prin faptulc agitaia ultrasonor eli in !ulele de4idrogen.Strlucirea este ult ai !un, c4iar laaceleasi densiti de curent ca )n !ilenor ale.

%n domeniul electronicii, la cositorireacomponentelor pe plci, prin a$itareaultrasonic a #ii de cositor se e-itClipiturile reciC, cauzate de prezena o'izilor.



63/108

*%=%Sudarea cu ultrasuneteSoluia de #mbinare a materialelormetalice sau plastice, prin vi#raii mecanicede frecven ultrasonor, s-a impus datorita-anta1elor tehnico9economicedeose#ite(

realizarea unor sudri de calitate ntre materialesimilare sau compati#ile?reproducti#ilitatea foarte #un a m#inriirecomand procedeul la fa#ricaie de serie mare?



64/108

durata procesului de sudare estefoarte redus?consum specific de ener$ie redus fade metodele clasice /#azate petopire ?ener$ia termic $enerat este

localizat doar n zona m#inrii, fiinde'cluse deformaiile datoratesupranclzirii.



65/108

2>SER"AT&E0Sudarea metalelor cu a6utorul ener$ieide vi#raie de frecven ultrasonor face parte din grupa procedeelor desudare prin 'recare , la CreceC,deoarece pe durata procesului

temperatura materialelor la locul m#inrii este su# temperatura detopire.



66/108

Piesele de sudatsunt aduse ncontact si strnse

una asupra celeilaltecu o fordeterminat.)ora se aplic dec tre scul , caree'ecut si vi#raiileultrasonore.


)ig%&rincipiul sudriiultrasonice a metalelor


67/108

, 2 - piese de sudat, - zona de m#inare,I - scula,J - concentratorul#locului ultrasonic,3 - nicovala,M - sensul ener$ieiacustice,Q - direcia de vi#rare.


)ig%&rincipiul sudriiultrasonice a metalelor


68/108

*iesele sunt frecate reciproc, prin oscilaii mecanicede nalt frecven, iar la inter'aa zonei de

#mbinare are loc ruperea peliculei de o(izi siinterp trunderea prin di'uzie a atomilor demetal dintr9un material #n cel lalt% Se o#ineastfel sudura, ca le$tur metalur$icintermediar.*rocedeul de sudare ultrasonor este eficient ncazul m#inrii metalelor sau alia6elor neferoase cupuncte de topire diferite /cupru - aluminiu, titan -nichel, alam -aluminiu, etc .



69/108

Sudarea ultrasonic a materialelorplastice

Energia mecanic de -ibraie asculei sonotrodei este folosit

pentru $ncl irea local a onei decontact dintre materiale , prin

fazele de comprimare si ntindere nmateriale termoplastice, simultan cue'ercitarea unei fore de apsare.



70/108

2>SER"AT&E0*rocedeul este asemntor sudriielectrice prin presiune , cu diferenac aducerea zonei de m#inare nstare nclzit se face datoritCciocniriiC materialului cu frecven

ultrasonor si nu prin circulaiacurenilor intensi /care nici nu ar fiposi#ili n materiale plastice .



71/108

batiul 9 ' , cu rol de a susineansa !lul co ponentelor3mecanismul 9 + deridicare=co#orre a #locului

ultrasonic, acionat pneumatic, curol n realizarea unei fore deapsare controlat )ntre scul siaterialele supuse sudrii3instalaia electric 9 destinatefecturii ciclului te4nologic deridicare 1O%co!or;re C !locultrasonic, cuplare=decuplare$enerator ultrasonic, pro$ramaretimp de sudare, timp de rcire, etc?



72/108

blocul ultrasonic$ format dintransductorul electroacustic - I,concentratorul de unde - 3 si sculade sudare /sonotronul - M, cu roldestinat producerii, transformrii siaplicrii ener$iei mecanice la locul

m#inrii?generatorul electronic 9 5 , cu rol

n alimentarea transductorului cutensiune de frecven nalt?nico-ala ?placa metalic ! 9 pecare se asea6 aterialele desudat. %irecia de vibrare * +este pe direcia a'ial a sculei.



73/108

2>SER"A@&E0%irecia de vibrare asupra materialelor plasticeeste perpendicular pe suprafaa de #mbinare ,

spre deose#ire de sudarea metalelor cu ultrasunete,la care direcia de vi#rare este n lun$ul suprafeei desudare.%n prezent, sunt utilizate instalaii de sudare ntr-o

$am lar$ de puteri / 00...2000 7 , completautomatizate.Sunt utilizate si echipamente porta#ile, de tip pistol,la puteri de J0... 00 7.



74/108

*%**%De'ectoscopia prin ultrasuneteDe'ectoscopia cu ultrasunete se bazeaz pe'enomenele de propagare a ultrasunetelor #n

medii solide si pe interpretarea in'ormaiiloro'erite de undele re'lectate%Se cunoaste c ultrasunetele , la ntlnireasuprafeei unui mediu de impendan acustic

mai mare , se reflect n proporie nsemnat , iardac suprafaa este nclinat fa de direciaundei, are loc si schim#area direciei undeireflectate . %n plus, fiecare mediu atenueaz nmod specific unda ultrasonor.



75/108

/etoda pune #n e-iden , nmateriale destinate realizrii derepere importante, eventuale fisuri,$oluri, poroziti, incluziuni de altemateriale - elemente susceptibile

s produc de'ecte ale produsului'init .



76/108

Schema bloc a unuiechipament de controlnedistructi- cuultrasunete conineurmtoarele elemente(

$eneratorul de impulsuriultrasonore +8trasductorul emisiv 0transductorul receptor 1osciloscopul catodic /.



77/108

,eneratorul transmite impulsuri att spretransductorul T /prin intermediulamplificatorului , ct si spre sistemul de

detecie%&mpulsul trimis spre sistemul de detecieeste ntrziat de o linie de ntrziere B.MR siapoi declanseaz baza de timp ,>T aosciloscopului , care transmite semnalul de#aleia6, ampli'icat de ampli'icatorul bazeide timp A>T , spre plcile de defle'ie peorizontal.



78/108

Transductorul T emite un impuls de undeultrasonore, care se propa$ prin materialul supustestrii, fiind reflectat /su# form de ecou desuprafeele de separaie cu medii de altimpenda sonor.Transductorul R capteaz impulsurile deultrasunete reflectate, le transform n semnalelectric, ampli'icat si redresat de blocul AR siaplicat plcilor de defle'ie pe vertical aosciloscopului. 8mpulsurile reflectate vor apare peecran la intervale diferite de timp.



79/108

par ntotdeauna ecouri ale 'ascicului laparcurgerea grosimii materialului si

#nt6lnirea supra'eelor de separaie , iar

pe ecranul osciloscopului su# form deimpulsuri decalate la inter-alul de timpt +sB- , unde s este $rosimeamaterialului, iar - viteza ultrasunetelor nmaterial.

8mpulsurile succesive au amplitudine diminuatdatorit atenurii ultrasunetelor n material.



80/108

Dac #n material se g seste un de'ect?ca-itate! la distaa de supra'a , ecourile sepercep pe ecranul osciloscopului ca impulsuridecalate la t 1 /2s =v.


coul ultrasunetelor $n material si vi uali area pe ecranulosciloscopului, pentru dou situaii absenta defectului si pre enta

unei fisuri.


81/108

"efectele de forme diverse /pori, incluziuni,caviti cu asperiti, etc , precum sipoziionarea lor la diferite un$hiuri n raport cu

suprafaa materialului vor da forme specificeale ecoului. *entru sta#ilirea formei corectesunt necesare, uneori, msurtorisuplimentare, din diferite direcii, pentruo#inerea de ecouri diferite.

5'periena persoanei care realizeaz verificareava conduce la interpretarea corect.



82/108

E(emple de aplicare0-eri'icarea materialelor #nainte de probele'inale /elici de nave, palete tur#ine, roi de

va$oane, ar#ori mari, repere din domeniulnuclear, etc ,depistarea 'isurilor de #mb tr6nire /ncorpul aeronavelor, n conductele dedescrcare ale petrolierelor, n conductele de$aze su#terane, n structura pilonilor podurilorpeste ape adnci, etc .



83/108

2>SER"AT&E0n e'emplu este -eri'icarea structurilormetalice ale plat'ormelor de 'ora1 marin sauale pilonilor podurilor cu deschidere mare .

%n'aza de construcie sunt dispusitransductori piezoceramici n noduri alestructurii de rezisten sau n zone critice.*rin utilizarea a mai multe canale de msuraresi compararea atent, n timp, a rezultatelor

nre$istrate se o#in informaii privinde'istena unui defect si evoluia sa n timp.



84/108

Transductoarele utilizate #nde'ectoscopie sunt de tippiezoceramic ,

cu rol de emi tor sau receptor deultrasunete , sau

cu ambele roluri cumulate #n aceeasiconstrucie .



85/108

laturat este prezentatun transductor simplu ?emi torsau receptor!%

&ristalul piezoceramic B are

feele & etali6ate, de la care pornesc firele de conexiune K .na din fee este lipit pe unstrat protector + cutrans itere acustic foarte

!un, iar deasupra celeilalte feeeste dispus un material curol de a orti6or acustic


Construcia transductoarelorpiezoelectrice utilizate #n

de'ectoscopie


86/108

La construcia dubl ,transductoarele emisi-?E! si receptor (R) suntdispuse sub un anumitung i 'a de orizontal $

n asa fel nct s se poatrecepiona ecoulultrasunetelor transmise n

pies /Q .Stratul L are rol de !arieracustic.


Construcia transductoarelorpiezoelectrice utilizate #n

de'ectoscopie


87/108

O condiie foarte important este ca ultrasunetele s setransmit de la emitor la pies si s se recepioneze de lapies la receptor . Stratul de aer dintre acestea, chiar foartesu#tire, are o impedanta acustic B2 foarte mic comparativ cu

impedantele B ale mediilor stra#atute de unda. "ac B2 Bultrasunetele nu se vor transmite in stratul de aer.*entru a evita acest fenomen , se foloseste o su#stan decuplare - lichid sau past - a crei impendan acustic s fiemedia $eometric a impendanelor celor dou medii( B,

/mediul + al transductorului si " aterialul de testat :"= " t " e+%&&u rezultate #une se foloseste apa, $licerina sau uneleuleiuri naturale.



88/108

*%*+%/ sur ri ale unor m rimi 'izice'olosind ultrasunetele

Dolosind tehnica ultrasunetelor sepot msura( distana la care se aflun o#iect n ap, $rosimile pereilorpieselor, nivelul unui material ntr-unrecipient, viteza de cur$ere a unuifluid etc.



89/108

/ surarea distanei la care se a'l unobiect #n ap

8deea a fost folosit prima oar n scopmilitar, la detectarea su#marinelor.*rincipiul este similar radarului, doar c

#n locul undelor electroma$netice suntutilizate ultrasunetele, de undedenumirea echipamentului( 7sonar7%



90/108

n $enerator deultrasunete este plasat penav, iar transductorul

piezoceramic este ncontact cu apa de mare.@renurile de impulsurisunt diri6ate spre fundulmrii, pe o direcie, si sevor reflecta la ntlnireacu un o#stacol.


/ surarea distaneila care se a'l

un obiect #n ap


91/108

Durata impulsurilor $enerate este de ordinul us, pentrua fi cu mult mai mic dect timpul de propa$are.&unoscnd viteza de propa$are a ultrasunetelor n apa demare si timpul dup care a venit ecoul, se determinsimplu distana."ac se foloseste un sistem de detecie cu unul saumai muli transductori rotitori , care emit trenuri deimpulsuri ultrasonore, la recepionarea ecourilor de pefiecare direcie se reconstituie ima$inea sonor a zoneicercetate./etoda este utilizat si la localizarea #ancurilor de pestisau la ridicarea ChriiC fundului unor mri, pentruevaluarea naturii rocilor, a nodulilor metaliferi #o$ai n

e, 9i, Cu, Co, 7g.



92/108

2>SER"AT&E0"e e(emplu (

- dac durata de la emiterea semnaluluiultrasonor pn la recepionarea sa a fost deJ0 Ts /deci atin$erea o#stacolului s-a fcut la

6umtate din aceasta, 2J Ts , cu viteza depropa$are a ultrasunetelor n ap de I 0 m=s,rezult distana 'a de obiect$ pe direciacercetat (s 1 v t = + B* 2J 0e- 1 J,MJ m.



93/108

/ surarea grosimilor5ste cunoscut c la suprafaa de separaie dintre doumedii de naturi diferite, care au impUndantele acustice

mult diferite, ultrasunetele se reflect n proporiema6oritar."ispunnd un transductor emitor-receptor deultrasunete pe un perete al unei piese si nre$istrndecoul transmis de peretele opus /care este separat deun strat de aer se poate determina $rosimea piesei.

!surtoarea impune prezena su#stanei de cupla6, deimpendana B ntre transductor si pies .



94/108

/ surarea ni-elului lichidelor #nrezer-oare

Traductoarele de ni-el ultrasonice utilizeaz

emitoare=receptoare de unde ultrasonore de tippiezoceramic, cu frecvene de ordinul !Hz-ilor, iarni-elul este determinat prin m surareatimpului parcurs de ultrasunete de la emi torla supra'aa lichidului si #napoi .O pro#lem important este dependena vitezei depropa$are a ultrasunetelor de temperatura aerului,viteza crescnd cu circa 0,3 m=s la fiecare F&.



95/108

*entru a insensi#iliza rezultatulde viteza de propa$are, sondaultrasVnica la care este fi'atcristalul piezoelectricemitor=receptor + are prev6ut un pin de referin& , fixat fa de cristal la odistan cunoscut 4*, astfel c

undele reflectate de acestapermit determinarea vitezei depropa$are prin mediulrespectiv.


Sond ultrasonicapentru traductor de ni-el


96/108

>e nalele $enerate deblocul emi torBreceptorB R sunt aplicate sondeiS#S , care e iteultrasunete spre lichidul acrui nivel se msoar.ndele reflectate de pinulde referin sunt primelerecepionate de HE1 si daunastere unui semnalesantion s-P la iesirea dinfiltrul numeric /0 , careco and blocul decalibrare S1 .

PRELUCRAR& CU ULTRASUNETESc ema funcional a

traductorului de nivel cuultrasunete (!#S)


97/108

>locurile >C$ 2SC ?oscilator! si N ?num r tor! sunt conectate ntr-o structur de circuit cucalare de 'az ?PLL!$ astfel c la iesireanumrtorului se o#in impulsuri de frecvendependent de frecvena semnalului esantion.Echi-alentul numeric Nh o#inut n 9!@ la fineleunui ciclu de numrare este #nmagazinat #nmemoria tampon /T si con-ertit #n semnalanalog de tensiune Ue ?de c tre con-ertorulnumeric analogic CNA!$ eventual afisat numericfolosind modulul ", dup care se iniializeaz unnou ciclu de msurare.



98/108

Traductorul are a-anta1e nete fa de altetraductoare de nivel, cci nu conine piese

#n miscare , nu intr contact cu lichidul/care poate fi a$resiv chimic si nu necesitcalibr ri la schimbarea naturii lichidului%"omeniul de msur este ntre N cm ... 3 m

cu o precizie de 0,JP, putnd fi e'tins la0... 0 m, cu scderea corespunztoare apreciziei.



99/108

/ surarea -itezei de curgere sau adebitului unui 'luid

!surarea cu a6utorul ultrasunetelor a vitezei de

cur$ere a unui fluid /lichid sau $az care circul printr-o conduct plin se #azeaz pe influena e'ercitatasupra vitezei de propa$are a undelor ultrasonore dectre viteza de cur$ere a fluidului.

!ediile elastice fluide sunt caracterizate de -alori di'erite ale-itezei ultrasunetelor , cuprinse ntre N00...2000 m=s pentrulichide si 00...J00 m=s n cazul $azelor - viteze multsuperioare vitezelor de cur$ere a fluidelor situate n $ama0,0 ... 0 m=s.



100/108

"up cum este cunoscut, n condiiile conducteipline, debitul -olumic se e(prim prinrelaia (

Wc 1 &) medunde c este aria seciunii conductei, iar v ededia vite6elor fluidului pe seciunea conductei.Qeci prin metoda msurrii vitezei de cur$ere se

poate determina si de#itul volumic, ntre celedou mrimi e'istnd o constant deproporionalitate de valoare cunoscut.



101/108

@raductorul este dispus peun tronson al tu#ului, o#liccu un un$hi , fa dedirecia de cur$ere.%n schema prezentat estedat varianta cu douperechi de elementepiezoceramice emitorreceptor E+-1+ si E&-1& ,dar prin utili6area unor!locuri electronice deco utare se poate reducela varianta cu o sin$urpereche.


Diecare pereche de elemente piezoceramice este conectat n #ucl cucte un $enerator comandat /+ , respectiv +2 .


102/108

*%* %Alte aplicaii ale ultrasunetelor

ltrasunetele sunt aplicate cu succes nalte domenii, cum ar fi chimia, #iolo$ia,medicina.

"omeniul aplicaiilor ultrasunetelor nchimie se numeste sonoc imia.



103/108

%n practic, se ntlnesc urmtoarele reaciisonochimice(

Sinte e organice Se pot realiza noi le$turi chimice si

reacii ntre produse or$anice. Sol-enii 'olosii nu tre#uie s fie

descompusi de ultrasunete, cei mai si$urifiind tetrahidrofuranul /@HD , toluenul,alcoolul etilic.



104/108

%egradarea polimerilor Su# aciunea ultrasunetelor lanurile lun$i depolimeri se distru$, o#inndu-se polimeri cu lanuri

mai mici, avnd si proprieti modificate. 2meliorarea cineticii reaciilor 9eaciile chimice ntre solide si fluide /lichide sau$aze se intensific prin folosirea ultrasunetelor.

ndele ultrasonice acioneaz mecanic asuprasuprafeei solidelor prin( fenomene de depasivare,activri ale suprafeelor prin micro6eturi de fluid saufenomene de cavitaie.



105/108

Reacii prin transfer de fa 5'ist, n practic, lichide aflate n fazenemisci#ile /e'emplu( ap si uleiuri .*rin folosirea ultrasunetelor se o#inemulsii cu compoziie omo$en.

ar$i utilizri sunt n cosmetic

/prepararea cremelor, pomezilor, $elurilorcosmetice sau8ndustria alimentar /maioneze, creme .



106/108

%egradarea toxinelor din apSu# aciunea ultrasunetelor apa se disociaz, iar$rupul hidro'il 58 for at este foarte reactiv.

5l poate reaciona cu unele su#stane, distru$nd compusior$anici, unii foarte to'ici /fenoli, policlorofenili,policloro#enzen ."istru$erea acestor molecule to'ice d nastere la o'izi decar#on /&O si &02 si la compusi or$anici /acizi o'alici,formici sau acetilen .

8ntroducerea ozonului si utilizarea apei o'i$enate,simultan cu folosirea ultrasunetelor, mresc efectulde de$radare a compusilor to'ici.



107/108

+%Tehnologii bazate pe e'ectul laser5fectul S59 const n amplificarea luminii prinemisie stimulat de radiaie.5ste un mod special de a produce o radiaie ndomeniul vizi#il /sau n apropierea domeniuluivizi#il , ine'istent n natur.

5fectul S59 are utilizri e'trem de lar$i la ora actual,att n ceea ce priveste prelucrarea materialelor, ct si nalte domenii( msurtori, transmisii de date, medicin,etc.



108/108

+%* )enomene 'iziceS considerm o radiaie luminoas care st#ate unmediu optic, de lun$ime R.Qac la intrarea n mediu intensitatea radiaiei este 80,pe parcurs are loc a#sor#ia radiaiei, astfel c la iesireintensitatea va avea valoarea(

unde Xeste coeficientul de a#sor#ie, care depinde denatura mediului si de lun$imea de und X a radiaiei.


ultrasunete_aplicatii

Documents