Введение 5
1 Характеристики и эффект ультразвука 6
1.1 Основные характеристики ультразвука 6
1.2 Затухание ультразвука 8
1.3 Отражение ультразвука от границы раздела сред 10
1.4 Звуковое поле излучателя 13
1.5Фокусировка и концентрация ультразвуковых волн 14
1.6Физические принципы активного воздействия ультразвука на вещество .. 16 1.7 Выводы по главе 18
2 Типы излучателей 19
2.1 Магнитострикционные преобразователи 19
2.2 Пьезоэлектрические преобразователи 24
2.3 Выводы по главе 29
3 Ультразвуковое воздействие на жидкий и кристаллизующийся металл 31
3.1 Ультразвуковая дегазация расплава 31
3.2 Ультразвуковое воздействие на металл при кристаллизации 35
3.3 Выводы по главе 40
4 Установки и оборудование для обеспечения процессов ультразвуковой
дегазации и кристаллизации металла 42
4.1 Волноводно-излучающие системы 42
4.2 Источники питания 48
4.3 Установки для дегазации и кристаллизации 57
Заключение 60
Список использованных источников
Ультразвук на сегодняшний день используется во многих областях науки и техники: в медицине, в дефектоскопии материалов, в подводной акустике и множестве других отраслей.Действие ультразвука используется в таких процессах как обработка металлов под давлением, сварка и очистка. Особенно интересны возможности ультразвука в металлургии, так как в условиях современной промышленности растёт потребность в сплавах, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и существует необходимость в повышении качества металлов и интенсификации таких металлургических процессов как дегазация и кристаллизация.
В ходе исследования были выделены следующие задачи:показать целесообразность использования ультразвука при обработке жидкого металла,дать рекомендации по использованию ультразвукового оборудования, предложить возможные установки для обработки жидкого металла.
В данной работе рассмотрены физические характеристики ультразвука и эффекты, способы его получения, механизмы его действия на жидкие и кристаллизующиеся металлы, рассмотрены виды и конструкции ультразвуковой аппаратуры. Также описаны конкретные модели ультразвуковых преобразователей и генераторов.
1. В ходе проведенного исследования обозначены основные законы поведения ультразвука, его характеристики и эффекты, возникающие под действием ультразвука в различных средах. Один из самых замечательных эффектов, наблюдающихся в жидкости - кавитация.
2. Описаны два вида ультразвуковых преобразователей: пьезоэлектрические и магнитострикционные. Рассмотрены основные виды конструкций этих преобразователей и материалы, использующиеся при их изготовлении. При работе в тяжелых высокотемпературных условиях необходимо использовать надёжные и термостойкие преобразователи, поэтому предпочтительнее выбрать магнитострикционные преобразователи, несмотря на то, что их КПД меньше, чем у пьезоэлектрических преобразователей.
3. Отражены механизмы воздействия ультразвука высокой интенсивности на жидкие металлы. Показано, что ультразвуковая обработка при дегазации и кристаллизации сплавов, целесообразна лишь в режиме развитой кавитации, которая достигается при введении высокой акустической мощности в жидкий металл. При использовании ультразвука для дегазации алюминия есть возможность достичь более низких концентраций водорода, чем при вакуумировании или рафинировании хлористыми солями. В процессах кристаллизации применение ультразвуковой обработки позволяет получить мелкозернистую структуру слитка и высокие механические характеристики.
4. Произведен обзор современной ультразвуковой аппаратуры, которую можно использовать в процессах дегазации и кристаллизации сплавов. Схематически показаны примеры установок для дегазации и кристаллизации с конкретными преобразователями и источниками питания.
