Физические эффекты и явления - [32]

5.3.2.2. П о в е р х н о с т н о е н а т я ж е н и е. Воздействие ультразвука на расплав в процессе кристализации уменьшает поверхностное натяжение между расплавом и кристаллом при двухфазном состоянии, за счет чего уменьшается переохлаждение расплавов и увеличивается количество кристаллических зародышей, а структура расплава получается более мелкозернистой.

5.3.2.3. Т е м п е р а т у р а. Ультразвуковая обработка металлов в жидком состоянии и во время кристаллизации приводит к изменению характера температурного поля. Возникновение акустических потоков в расплаве под действием ультразвука связано с потерей энергии в расплаве. Эти потери зависят от интенсивности ультразвука и акустических свойств среды. Акустические потоки вызывают интенсивное перемешивание расплава, выравнивание температуры и интенсификацию конвективной диффузии. При выравнивании температуры расплава увеличивается теплообмен со стенками и окружающей средой, в результате чего увеличивается скорость охлаждения, физическая сущность влияния ультразвука на теплообмен при естественной или вынужденной конвекции заключается в проникновении акустических потоков в пограничный и ламинарный подслой, что приводит к деформации этих слоев, их турбулизации и перемешиванию. В результате этого в несколько раз увеличивается коэффициент теплопередачи и скорость теплообмена.

5.3.2.4. Д и ф ф у з и я.

Ультразвук ускоряет диффузионные процессы в металлических расплавах и на границе с твердой фазой. В этом случае под действием ультразвука происходит более легкое перемещение атомов из одного устойчивого состояния в другое благодаря образованию кавитационных пузырьков. При этом необходимо учитывать влияние вторичных эффектов акустических потоков, повышение температуры, акустического давления, вызывающих турбулентное перемещение и разрушение пограничного слоя между жидкой и твердой фазой при ускорении диффузии на границе жидкость твердое тело.

5.3.2.7. Д е г а з а ц и о н н ы й э ф ф е к т.

Под действием ультразвука растворенный газ сначала выделяется в виде пузырьков в зонах разряжения ультразвуковых волн, после этого пузырьки соединяются и при достижении достаточно большого размера всплывают на поверхность. Эффект можно обьяснить следующим образом, при воздействии ультразвука в расплаве возникает кавитация: в образованные кавитационные пустоты проникает ратворенный газ. При захлопывании кавитационных пузырей этот газ не успевает снова раствориться в металле и образует газовые пузырьки. Зародыши газовых пузырьков образуются и в полупериод разряжения при распространении упругих ультразвуковых колебаний в расплаве, т.к. при уменьшении давления растворимость газов уменьшается. После этого газовые пузырьки под влияниемельных движений коанулируют и, достигая определенных размеров, всплывают. Ускорение диффузии под действием ультразвука тоже может способствовать нарастанию газовых пузырьков.

5.3.3. Ультразвуковой капиллярный эффект (открытие N109).

Явление капиллярности заключается в том, что при помещении в жидкость капилляра, смачиваемого жидкостью, в нем под действием сил поверхностного натяжения происходит подьем жидкости на некоторую высоту. Если жидкость в капилляре совершает колебания под влиянием источника ультразвука, то капиллярный эффект резко возрастает, высота столба жидкости увеличивается в несколько десятков раз, значительно во и скорость подьема.

Экспериментально доказано, что в этом случае жидкость толкает вверх не радиационное давление и капилярные силы, а стоячие ультразвуковые волны. Ультразвук снова и снова как бы сжимает столб жидкости и поднимает его вверх. Открытый эффект уже очень хорошо используется в промышленности, например, при пропитке изоляционными составами обмоток электродвигателей, окраске тканей, в теплвых трубах и т.п.

А.с. 437 568: Способ попитки капиллярных пористых тел жидкостями и расплавами, например, полимерным связующим, с применением ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что с целью интенсификации процессов пропитки ультразвуковые колебания сообщают пропитываемому телу.

5.3.4. Трудно перечислить все эффекты, возникающие в результате воздействия ультразвука на вещество, поэтому кратко перечислим основные области прменения ультразвука и приведем в заключение несколько интересных изобретений, показывающих широкие возможности использования ультразвука в изобретательстве.

Твердые вещества

---------------

- размерная обработка сверхтвердых и хрупких материалов (сверление отверстий сложной формы, шлифование, полирование, наклеп, волочение проволоки, прокатка фольги и т.д.)

- лужение и паяние металлов, керамики, стекла и т.п.

- сварка металлов и полимеров.

А.с. 505 540: Способ сварки трением встык разнородных металлов при котором осуществляют вращение одной заготовки, кроковку стыка и обжатие его при помощи осадочной матрицы, надетой на неподвижную заготовку, отличающийся тем, что с целью повышения стабильности качества сварного шва и стойкости матрицы, проковку и обжатие стыка производят с наложением на осадочную матрицу поперечных звуковых колебаний с пучностью напряжений в очаге деформации при с менее окружной скорости вращающейся заготовки.