Ultrasonic Technology in practice

Dá sa o�akáva�, �e fenomén, ktorý má takéto unikátne fyzikálne prejavy, nájde v praxi mnohonásobné vyu�itie. Preto by som rád aspo� v krátkosti priblí�il niektoré aplikácie výkonového ultrazvuku . Pojem ultrazvukové technológie v sebe zahr�uje ve�mi široké spektrum technológií vyu�ívaných priemyselnej a laboratórnej praxi. Vä�šina s týchto technológií prekvapí svojimi unikátnymi ú�inkami a mo�nos�ami. S niektorými sa mô�eme stret- nú� �astejšie (ultrazvukové �istenie, ultrazvukové zváranie...), ale s niektorými sa stretávame, len ve�mi zriedka hoci ich uplatnenie je ve�mi zaujímavé. Ultrazvukové technológie sú postavené na výkonových zdrojoch ultrazvukových kmitov a celú túto oblas� nazývame aktívny ultrazvuk. Uplat�ujú sa tu nelineárne efekty a ultrazvuková energia mô�e pri týchto intenzitách vyvoláva� zna�né, a� prekvapivé fyzikálne, chemické a iné zmeny v prostredí na ktoré pôsobí. Na opa�nej strane stojí pasívny ultrazvuk, ktorý nevyvoláva �iadnu zo spomínaných zmien prostredia, v ktorom sa šíri. Sú to vä�šinou aplikácie, ktoré patria do oblasti meracej, diagnostickej a signaliza�nej techniky.

V �alšom ponúkam aspo� rámcový preh�ad naj�astejšie pou�ívaných technológií z oblasti aktívneho ultrazvuku v praxi.

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

 V oblasti �istenia tvarovo zlo�itých sú�iastok je takmer bezkonkuren�nou technológiou. Pod�a vyhotovenia ultrazvukových �istiacich vaní ich mô�eme rozdeli� do dvoch hlavných skupín – kompaktné �isti�ky a ultrazvukové �istiace linky. Kompaktné �isti�ky (vi� obr.1) sa vyrábajú v rôznych objemoch od cca 0,5 l do cca 120 l. Nerezová va�a s nalepeným ultrazvukovými �iari�mi a generátor elektrických kmitov, tvoria jeden mechanický celok s krytom a ovládacími prvkami. Tento typ ultrazvukových �istiacich vaní nachádza uplatnenie preva�ne v malých prevádzkach a laboratóriách . Ako príklad mô�eme uvies� �istenie v optikách, zlatníctve, autoopravovniach, rôznych servisoch, dentálnych ambulanciách  at�... Mechanický �istiaci ú�inok ultrazvukovej energie vzniká synergickým pôsobením viacerých fyzikálnych (kavitácia, mikroprúdy, makroprúdy...) efektov v celom objeme kvapaliny. Z toho aj logicky vyplýva, �e k �isteniu dochádza v celom objeme a všade tam, kde je sonifikovaná kvapalina, t.j. aj na neprístupných miestach, kde sa s klasickými mechanickými spôsobmi �istenia ur�ite nedostaneme. Spojenie �istiacich ú�inkov ultrazvukovej kavitácie a vhodného �istiaceho roztoku zaru�uje vo vä�šine prípadov ve�mi dobrý a reprodukovate�ný výsledok. Ultrazvukové �istiace linky Pre menšie a vä�šie priemyselné prevádzky sa projektujú �istiace linky, pre ktoré je charakteristické kaskádne radenie jednotlivých vaní a kombinovanie rôznych pracovných �inností v kaskáde tak, aby sme na výstupe z linky získali dokonale o�istenú a suchú sú�iastku. Priemyselné �istiace linky sa vyzna�ujú rôznym stup�om automatizácie celého procesu �istenia. Prejavuje sa to hlavne v manipulácií s �istenými sú�iastkami .

Ultrazvukové �istiace linky nachádzajú uplatnenie hlavne pri finálnom �istení a odmas�ovaní rôznych kovových sú�iastok, �istení sklenených komponentov v sklárskom priemysle, tie� pri �istení plastových prepraviek pre pekárne a mäsokombináty a v mnohých �alších aplikáciách. Celý proces �istenia je mo�né projektova� v súlade s po�iadavkami �ivotného prostredia. Kedysi pou�ívané chlórované uh�ovodíky sa dnes s úspechom nahrádzajú �istiacimi kvapalinami na báze vodných roztokov, ktoré sú ve�mi tolerantné k �ivotnému prostrediu a je zabezpe�ená ich ekologická likvidácia. �istenie pomocou ultrazvukovej energie sa vyzna�uje ve�mi vysokou kvalitou a reprodukovate�nos�ou. Ultrazvukové �istiace linky sa stali neodmyslite�nou sú�as�ou technologického procesu vo viacerých priemyselných odvetviach.

Ultrazvukové zatlá�anie (inserting)
Ultrazvukové zatlá�anie sa vyu�íva na implantovanie kovových dielov do plastov, na vytvorenie mo�nosti rozoberate�ného spojovania. Ultrazvuková sonotróda, (nástroj), ktorá kmitá frekvenciou 20 a� 40 kHz sa pri tejto technológií oprie o �as� zatlá�anej sú�iastky a pri sú�asnom pôsobení tlaku v axiálnom smere dôjde k roztaveniu plastu na rozhraní kovový diel – plast. Takto sa kovová sú�iastka dostane �ahko do po�adovanej polohy a po ukon�ení ultrazvukových vibrácií dôjde k pevnému ukotveniu tejto sú�iastky v plaste. Takto vytvorené spoje sú pevné a bez zostatkových pnutí a nehrozí mo�nos� prasknutia ako pri klasickom zalisovaní bez ultrazvuku.

Ultrazvukové rezanie (cutting)
Ultrazvukové rezanie sa vyu�íva v priemysle a tie� v potravinárstve. Mikropohyb v axiálnom smere, ktorý je superponovaný na no�e vyrobené vä�šinou z titánu redukuje silu potrebnú na rezanie a� o 75 percent (!) a spôsobuje samo�istenie no�a. Rezy ultrazvukovými no�mi sú hladké bez omrviniek. Ultrazvukové vibrácie umo��ujú reza� aj materiály, ktoré sa be�nými metódami nedajú reza� (napr. v gumárskom priemysle sa vyu�íva na rezanie nevulkanizovanej gumy).

Ultrazvukové zvára�ky(welding)
Pevné a spo�ahlivé spojovanie termoplastických látok a kovov je mo�né realizova� pomocou kmitajúceho pracovného nástroja s frekvenciou 20 000 a� 40 000 Hz. Na vytvorenie spoja sa vyu�íva koncentrovaná ultrazvuková energia, ktorá sa vytvára v ultrazvukovom piezoelektrickom meni�i. Táto sa potom pomocou �alších mechanických transformátorov výchylky (booster,sonotróda) privádza do miesta spojovania. Ak na spojované miesto pod sonotródou pôsobí sú�asne aj statický tlak, tak dochádza k lokálnemu ohrievaniu, plastifikovaniu, taveniu a následnému premiešaniu spojovaných materiálov. Po vychladnutí vznikne pevný spoj, ktorý okrem mechanických, spl�uje aj estetické po�iadavky.Ultrazvukové zvára�ky sa vyrábajú v dvoch základných vyhotoveniach: pneumatické a ru�né.Ultrazvukové zvára�ky nachádzajú uplatnenie v elektrotechnickom, strojárskom a automobilovom priemysle, ale aj v menších prevádzkach, kde sa pou�ívajú na spojovanie termoplastických látok. Výhodou ultrazvukových zvára�iek je vysoká ú�innos� premeny ultrazvukovej energie na teplo (80 a� 90 percent), �ím prispievajú k ochrane �ivotného prostredia.

Ultrazvukové uzly (generátor a meni�) sa z úspechom zara�ujú aj do automatizovaných liniek, kde sú vysoké po�iadavky na produktivitu, kvalitu a reprodukovate�nos� pri spojovaní plastov.Ultrazvukové zvára�ky sa vyrábajú s pracovnými frekvenciami 20 kHz, 30 kHz a 40 kHz .Výstupný výkon týchto zariadení sa pohybuje od 20 W a� po 1 000 W.Výber vhodnej frekvencie a výkonu je daný viacerými kritériami a vlastnos�ami konkrétnych dielov ur�ených na spojovanie (materiál, tvar, ve�kos�...)

www.belson-sk.sk