مبانی التراسونیک قدرت

معرفی شرکت توسعه فناوری مافوق صوت

سابقه ی علمی “شرکت توسعه فناوری مافوق صوت” به سال 1382 با ”طراحی و ساخت چاقوی جراحی التراسونیک“ باز می گردد. این شرکت، در حال حاضر به عنوان اولین مجموعه ی تحقیقاتی، تولیدی تخصصی در زمینه ی فناوری التراسونیک قدرت، در این حوزه فعالیت می نماید. این مجموعه ی تحقیقاتی آمادگی دارد تا در جهت پیش برد انواع پروژه های دانشگاهی، تحقیقاتی و صنعتی در زمینه ی انواع کاربردهای تکنولوژی التراسونیک قدرت همکاری نماید. فعالیت های این شرکت شامل موارد : طراحی مفهومی، نوشتن پرپوزال، طراحی مهندسی و ساخت، آزمون، صحت یابی و تدوین گزارش نهایی می باشد. محصول تولیدی شرکت توسعه فناوری مافوق صوت هموژنایزر التراسونیک آزمایشگاهی در توانهای 200 وات برای کاربردهای آزمایشگاهی عمدتا برای استخراج DNA، شکستن دیواره سلولی، 400 وات برای کارهای آزمایشگاهی عمدتا برای کاربردهای نانو تکنولوژی، استخراج گیاهان دارویی، گوگرد زدایی در ابعاد آزمایشگاهی و هموژنایزر التراسونیک 1200 وات برای کاربردهای نیمه صنعتی و پایلوت می باشد.

برای آشنایی بیشتر با همگن ساز فراصوت در ادامه با ما همراه باشید.همچنین برای مشاهده قیمت دستگاه هموژنایزر اولتراسونیک از لینک مذکور می توانید مشاهده نمائید.

آشنایی با امواج التراسونیک مافوق صوت 

امواج اولتراسونیک بعنوان قلب تپنده همگن ساز فراصوت ، به دسته ای از امواج مکانیکی گفته میشود که فرکانس نوسانشان بیش از محدوده ی شنوایی انسان (20Hz-20KHz) باشد. این امواج به دلیل خواصی که دارند، کاربردهای متنوع و بعضاً جالبی پیدا کرده اند. با محاسبه ای ساده می توان دریافت که اگر نقطه ای با فرکانس 25 کیلوهرتز و دامنه 10میکرومتر یعنی یک پنجم قطر موی انسان نوسان کند، شتاب آن بالغ بر 4000 برابر شتاب ثقل می شود، در اثر این شتاب و به طبع آن سرعت بالا در مایعات باعث ایجاد کاویتاسیون می شود و در هنگام انفجار، حباب های ایجاد شده فشاری در حدود 200 بار و دمایی در حدود 5000 درجه کلوین ایجاد می گردد. از طرف دیگر، اگر حرکت نسبی با مشخصات فوق میان دو سطح جامد برقرار شود،به دلیل اصطکاک باعث ازدیاد دما و جوش خوردن دو سطح به یکدیگر می شود که Ultrasonic Welding می باشد.

امواج اولتراسونیک که هموژنایزر التراسونیک یکی از محصولات بر اساس این فناوری می باشد مانند دیگر امواج دارای خاصیت شکست ، انعکاس، نفوذ و پراش می باشند که جهت جزئیات بیشتر می توان به مراجع موجود مراجعه نمود. جهت تولید این امواج روش های متفاوتی وجود دارد که در این تحقیق از خاصیت الکترواستریکشن یا خاصیت پیزوالکتریسیته جهت این کار استفاده شده است. مجموعه های اولتراسونیک معمولاً از سه بخش کلی تشکیل می شوند: 1- مبدل 2- بوستر 3-تقویت کننده یا هورن.

جهت طراحی این سه بخش از قانون واحدی پیروی می کنند که در ادامه بدان پرداخته خواهد شد. مبدل، نقش تولید امواج مکانیکی و تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی را دارد، بوستر و تقویت کننده نیز وظیفه ی انتقال و تقویت دامنه ی حرکت و رساندن آن به مصرف کننده را به عهده دارند. در ادامه بیشتر در مورد همگن ساز فراصوت صحبت خواهیم کرد.

کاربرد های امواج فراصوت

اکسیداسیون: هر گاه به محلول اسید سولفیدریک ، امواج ماورای صوت را وارد کنیم و شدت امواج برای ایجاد حباب کافی باشد، رسوبی از گوگرد مشاهده می شود. اسید سولفیدریک بوسیله اکسیژنی که از هوای محلول متصاعد گردیده، اکسید شده است. اکسیداسیون یکی‌از کاربردهای همگن ساز فراصوت می‌باشد.

دپلیمریزاسیون : نشاسته، تحت تأثیر امواج ماورای صوتی به دکسرین، تجزیه می شود. دلیل و توجیه این فعل و انفعالات هنوز روشننیست. فقط آن چه محقق است، مولکول های خیلی درشت، در نتیجه ی تاثیر امواج ماورای صوت، به مولکول های کوچک تر تقسیم می شود. این عمل را دپلیمریزاسیون می گویند. عبور امواج ماورای صوت، آشفتگی مولکول ها را زیاد و تصادم بین آن ها را تسهیل می نماید و در ضمن این تصادمات، ارتباطی که پایداری این مولکول های سنگین را تامین می نماید، گسیخته و قطع می شود. 

 فعل و انفعالات شیمیایی: از سایر خواص شیمیایی امواج ماورای صوت در همگن ساز فراصوت، می توان تسریع بعضی از فعل و انفعالات شیمیایی را دانست. به عنوان مثال می توان به آزاد شدن ید از یدورها، اشاره کرد. هر گاه در لوله ی آزمایش، مقداری از محلول یدور پتاسیم ریخته و مقداری تتراکلرورکربن به آن اضافه کنند و آن را تحت تأثیر امواج ماورای صوت قرار دهند، چون میل ترکیبی کلر با پتاسیم ، بیشتر از ید با پتاسیم است، در اثر امواج ماورای صوت، کلر جانشین ید در محلول یدور پتاسیم شده و ید آزاد می شود. 

 سایر خواص شیمیایی مربوط به امواج فراصوت

بی رنگ شدن بعضی از مواد رنگی و پیدایش آب اکسیژنه از خواص قابل ذکر امواج ماورای صوت است. ویروس آبله ممکن است در اثر تابش این امواج بی اثر شود. 

 نحوه ی تولید امواج فراصوت

گوش انسان، امواجی را می تواند بشنود که فرکانس آن ها بین 02 تا 02222 هرتز ارتعاش در ثانیه باشد. این محدوده را امواج صوتی گویند. امواجی که فرکانس آن ها کمتر از 02 هرتز باشد، امواج مادون صوت نام دارند و به امواجی که فرکانس آن ها بیشتر از 02222 هرتز باشد، امواج فراصوت می گویند.

همگن ساز فراصوت، ماهیت امواج ماورای صوت و امواج صوتی و چگونگی تولید و انتشار آن ها یکسان است، با این تفاوت که این امواج بر روی گوش انسان اثر ندارد. باید توجه داشت که محدوده ی امواج صوتی برای حیوانات مختلف متفاوت است. برای نمونه، سگ ارتعاشات تا 02222 هرتز را  میشنود و ارتعاشات تا 02222 هرتز بر گوش خفاش اثر می کند و بعضی ازحشرات ارتعاش هایی تا 000222 هرتز را می شنوند و می توانند خود نیز تولید کنند و باهم ارتباط یابند.

چرا انسان ماورای صوت را نمی شنود؟

در ساختمان گوش ، اصوات مایع درون حلزونی گوش را به ارتعاش در می آورد و این ارتعاش در اثر پدیده ای که به نام تشدید صوت موسوم است، می تواند فقط تارهای مشخصی را به ارتعاش در آورد. هر اندازه صوت زیرتر باشد، یعنی فرکانس آن بیشتر باشد، تارهایی را که کوتاهتر است به ارتعاش در می آورد. اما طول این تارها از حد مشخصی کمتر نیست. از این رو صداهایی که فرکانس آن ها از حد مشخصی بیشتر نباشد، شنیده می شوند.

چون ماورای صوت، ارتعاشاتی هستند که فرکانسشان از 02222 هرتز بیشتر است، بنابراین شنیده نمی شوند. ضمناً در اثر بالا رفتن سن یا مصرف بعضی داروها تارهای شنوایی سنگین تر و محکم تر می شوند و ارتعاشاتی شنیده می شوند که فرکانس آن ها کم باشد.

علم صوت به معنی وسیع کلمه تولید ، تراگسیل و دریافت انرژی به صورت ارتعاش در ماده است. اگر اتم‌ها و مولکول های شاره یا جامد از اوضاع طبیعی خود تغییر مکان یابند، نیروی الاستیک در آن پدید می آید، که مربوط به سختی جسم است و می خواهد جسم را به حالت نخست باز گرداند، این را نیروی برگرداننده گویند. تأثیر این نیروی الاستیک برگرداننده توأم با خاصیت اینرسی دستگاه ، ماده را برای ارتعاش های نوسانی و در نتیجه، تراگسیل موج های آکوستیکی توانا می سازد.

 امواج صوتی امواج مادی بوده که هم طولی و هم عرضی می تواند باشد. در شاره ها به صورت طولی است و در محیط های دیگر هم به صورت طولی و هم به صورت عرضی است. یعنی برای مثال، اگر صوت وارد یک ماده جامد شود، به موج طولی و عرضی با سرعت های متفاوت تجزیه می شود. 

 همگن ساز فراصوت را به روش های مکانیکی و الکتریکی و مغناطیسی می توان تولید کرد. ابزار مکانیکی تولید ماورای صوت عبارت است از: سیرن ، سوتک گالتن ، مولد الکتریکی ، مولد مغناطیسی ، نوسانگر پیزو الکتریک و نوسانگر مانیتواستریکتیو که در زیر درباره ی  برخی از آن ها که کاربرد وسیعی دارند، شرح مختصری می دهیم. 

سیرن

سیرن از یک ظرف محکم ساخته شده است که به وسیله ی لوله ای به تلمبه ی تراکم هوا مربوط می شود و می توان در آن هوای با فشار زیاد، متراکم کرد. در قسمتی از سطح بالایی این ظرف، دو صفحه ی فلزی گرد محور واحدی قرار دارند که بر روی آن ها تعدادی سوراخ به یک فاصله از محور موجود است. صفحه ی پایین ثابت است و صفحه ی بالایی می تواند بر روی آن، با سرعت زیاد دوران کند.

سوراخ هایی که بر روی این دو صفحه موجود است، می توانند در مقابل یکدیگر قرار گیرند. ولی امتداد آن ها در صفحه ی بالایی و پایینی برهم قرار ندارد و طوری است که وقتی هوایی با فشار زیاد از سوراخ های پایینی به دهانه ی سوراخ های بالایی می رسد، تغییر جهت و امتداد می دهد. و همین تغییر جهت حرکت هوا سبب می گردد که بر صفحه ی بالایی نیرویی اثر کند و آن را به چرخش در آورد. فرکانس صوتی که سیرن تولید می کند با تعداد سوراخ های صفحه دوار )p( و نیز تعداد دوری که صفحه ی گردان سیرن در ثانیه دوران می کند )n( نسبت مستقیم دارد )f = pn(. که در آن f فرکانس صوت می باشد.

معمولاً بر روی سیرن ها دستگاهی است که می تواند صوت حاصل را مشخص کند. ولیکن اگر تعداد سوراخ ها در صفحه ی بسیار زیاد و نیز فشار هوا یا بخار آب که در ظرف سیرن متراکم شده است، بسیار زیاد باشد، ارتعاشات ماورای صوت تولید می شود. به کمک این سیرن ها امواجی تا فرکانس022 کیلو هرتز تولید کرده اند.

 همگن ساز فراصوت بدلیل خواصی که دارند کاربردهای متنوع و بعضاً جالبی دارند. با محاسبه ایی ساده می توان دریافت که اگر نقطه ایی با فرکانس 52 کیلوهرتز و دامنه 01 میکرومتر نوسان کند شتاب آن بالغ بر 52 هزار برابر شتاب ثقل می شود ،در اثر این شتاب و به طبع آن سرعت بالا در مایعات باعث ایجاد کاویتاسیون می شود و در هنگام انفجار حباب‌های ایجاد شده فشاری در حدود 511 بار و دمایی در حدود 2111 درجه کلوین ایجاد می گردد.

از طرف دیگر اگر حرکت نسبی با مشخصات فوق میان دو سطح جامد برقرار شود ازدیاد دما باعث جوش خوردن دو سطح به یکدیگر می شود که Ultrasonic Welding می باشد. از دیگر کاربردهای تکنولوژی التراسونیک قدرت می توان به جوش قطعات همجنس و یا غیر همجنس، برش انواع پارچه، تسریع واکنشهای شیمیایی، تنش زدائی جوش در فرآیند قوس الکتریکی، گاز زدائی از مایعات، از بین بردن کف تشکیل شده بر روی مایعات، کاهش تخلخل در فرآیند آبکاری، تسریع پلی مریزه شدن، دیپلیمریزه نمودن، سبک کردن نفت خام، جدایش آسفالتین از نفت خام، گوگرد زدایی از نفت خام و بسیاری موارد دیگر اشاره نمود.

امواج اولتراسونیک همگن ساز فراصوت مانند دیگر امواج دارای خاصیت شکست ، انعکاس، نفوذ و پراش می باشند که جهت جزئیات بیشتر می توان به مراجع موجود مراجعه نمود. جهت تولید این امواج از خاصیت الکترواستریکشن یا خاصیت پیزوالکتریسیته جهت اینکار استفاده می شود. مجموعه های اولتراسونیک معمولاً از سه بخش کلی تشکیل می شوند 0- مبدل 5- بوستر 3- تقویت کننده یا هورن. برای کاربردهای گوناگون موارد فوق به دقت و با استفاده از روشهای علمی طراحی می شوند و بعد از ساخت، مونتاژ و صحت یابی می گردد تا نتیجه مطلوب حاصل گردد.

انواع روش های جوشکاری

جوشکاری زیر آب

جوشکاری حالت جامد

جوشکاری انرژی تشعشعی

جوشکاری مقاومتی

جوشکاری حرارتی-شیمیایی

جوشکاری با قوس و گاز محافظ

جوشکاری با قوی و محافظ سرباره

 جوشکاری حالت جامد

تعریف

به کمک این روش می توان اتصال بین دو یا چند ماده را در درجه حرارت های بسیار کمتر از نقطه ذوب مواد ایجاد کرد. در این فرایند یا از تغییر شکل پلاستیک و یا از نفوذ همراه با تغییر شکل پلاستیک ، البته محدود اتصال را برقرار می کند . این نوع جوشکاری برای اتصال قطعات هم جنس و غیر همجنس به کار می رود.

مزایا و معایب جوشکاری حالت جامد

 چون در این جوش ذوب نداریم پس حوضچه مذابی هم درست  نمی شود در نتیجه محافظت از آن منتفی است. هر کدام از حالتهای جوشکاری حالت جامد تجهیزات و امکانات مربوط به خود را می طلبند بنابراین هزینه بالایی را می طلبد. در ضمن برای هر فلز و یا آلیاژی قابل استفاده نیست.

دلایل استفاده ازجوش

با خواص مشابه فلزات پایه انجام می شود . 

جوشکاری ورقهای پهن ، قطعات پیچیده و ظریف ، مواددیرگداز و مواد غیر هم جنس را امکان پذیر می کند .

اتوماسون کردن آن آسان تر است .

کاهش هزینه تولید و محصول ارزان تر

روشهای مختلف جوشکاری حالت جامد

غلتکی

انفجاری

نفوذی

فراصوتی

فشاری

آهنگری

اصطکاکی

جوشکاری فراصوت و همگن ساز فراصوت

جوشکاری التراسونیک روشی متداول و فراگیر در کشورهای پیشرفته وصنعتی برای جوشکاری عمدتا قطعات پلاستیکی و بعضا قطعات فلزی بوده. روش جوشکاری التراسونیک یک نوع جوشکاری غیر ذوبی هست و گرمای زیادی هم در این روش وجود ندارد و علاوه براتصال قطعات پلاستیکی به یکدیگربرای اتصال فلزات به پلاستیک ها و همچنین اتصال مواد ناهمجنس بمورد استفاده قرار می گیرد.

همچون سایر روشهای جوشکاری مراحل پنجگانه جوشکاری در اینجا نیز وجود دارد: 

آماده سازی سطح یا Surface Preparation: شامل تمیز کاری و براده برداری: وجود آلودگی و لبه های اضافی باعث افت کیفیت جوشکاری خواهد شد. 

 گرم کردن یا Heating: از انرژی امواج فراصوت با فرکانس های بالا 02 تا 02 کیلوهرتز برای این منظور استفاده می گیرد.

 :))Pressing فشردن یا )3

    وقتی دو قطعه کار به قدر کافی گرم شوند باید به یکدیگر فشرده شوند. این فشار با کمک سیستم پنوماتیک و هورن )شیپوره(           دستگاههای جوشکاری تامین می شود.

 آمیزش بین مولکولی یا Intermolecular Diffusion: تماس دو قطعه کار گرم شده و در آستانه ذوب با یکدیگر و فشار وارده بر آنها فرصت را برای آمیزش مولکولهای دو قطعه کار در یکدیگر فراهم می آورد.

 خنک کردن یا Cooling: انجماد و سرد شدن محل جوشکاری آخرین مرحله بوده که در این مرحله پلیمرهای نیمه کریستالی ساختار کریستالی خود را و پلیمرهای آمورف نیز ساختار خاص خود را در قبل از عملیات جوشکاری به دست خواهند آورد. 

در این روش مراحل 0 و 3 و 0 تقریبا همزمان و در کسری از ثانیه صورت می گیرد و قطعه کار بلافاصله سرد می شود. 

موفقیت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می شوند بستگی دارد. از آنجا که جوشکاری التراسونیک بسیار سریع است )کمتر از 0 ثانیه( و قابلیت اتوماسیون دارد، به طور وسیع از آن در صنعت استفاده می شود. برای تضمین سلامت جوش طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است. با طراحی مناسب از این روش می توان در تولید انبوه استفاده کرد.

تجهیزات ماشین جوشکاری التراسونیک

یک ماشین جوشکاری التراسونیک شامل اجزای زیر است: منبع تغذیه، یک مبدل،  یک آمپلی فایر، تقویت کننده به نام بوستر، یک وسیله هدایت امواج فراصوت همگن ساز فراصوت به سوی قطعه کار به نام شیپوره.

 طرز عملکرد ماشین جوشکاری التراسونیک

منبع تغذیه، فرکانس برق شهر ۰2-02 هرتز را به 02-02 کیلو هرتز می رساند.این انرژی به مبدل می رود و در مبدل دیسک پیزو الکتریک موج الکتریک با فرکانس بالا به ارتعاشات مکانیکی )امواج التراسونیک(با فرکانس بالا تبدیل می شود. اغلب ماشین های التراسونیک در فرکانسی بالاتر از 02 کیلو هرتز کار می کنند و صدایی تولید می کنند که شبیه یک سوت بوده که می تواند برای اوپراتور در دراز مدت تولید مزاحمت و اذیت کند.

امواج تولید شده در مبدل، به بوستر رفته و دامنه آن تا حد دلخواه افزایش پیدا می کند و سپس در شیپوره )که یک وسیله صوتی مکانیکی است. امواج صوتی مستقیماً به قطعه کار منتقل می شود.

همچنین شیپوره نقش اعمال فشار بر روی قطعه را نیز بر عهده دارد.

 بعد از انتقال امواج صوت به قطعه کار، انرژی نوسانی فوق از قشرهای بالایی قطعه ی ترموپلاستیکی عبور کرده و در سطح مشترک دو جسم متمرکز می شود.در نتیجه ی این عمل حرارت لازم برای ذوب پلاستیک بوسیله ی اصطکاک حاصل از نوسان)جنبش مولکولی( یک سطح درمقابل سطح دیگردرموضع اتصال ایجاد می شود.این حرارت سبب گداخته شدن مرز برجسته و باعث نرم شدن و ذوب پلاستیک و به وجود آمدن شرایط جوشکاری می شود.

همگن ساز فراصوت، جوشکاری فراصوت یا التراسونیک، روشی متداول و فراگیر در کشورهای پیشرفته و صنعتی برای جوشکاری عمدتاً قطعات پلاستیکی و بعضاً قطعات فلزی بوده و در دسته بندی روش های جوش کاری، زیر مجموعه ی روش جوشکاری با گرم کردن داخلی مکانیکی می باشد. 

همچون سایر روش های جوشکاری مراحل پنج گانه جوشکاری در این جا نیز وجود دارد:

 0(آماده سازی سطح شامل تمیز کاری و براده برداری: وجود آلودگی و لبه های اضافی باعث افت کیفیت جوشکاری خواهد شد. 

0( گرم کردن: از انرژی امواج فراصوت با فرکانس های بالا در حدود 02 تا 02 کیلوهرتز برای این منظور استفاده می گیرد. 

3( فشردن: وقتی دو قطعه کار به قدر کافی گرم شوند باید به یکدیگر فشرده شوند. این فشار با کمک سیستم پنوماتیک و هورن )شیپوره( دستگاه های جوشکاری تامین می شود.

 0( آمیزش بین مولکولی: تماس دو قطعه ی کار گرم شده و در آستانه ی ذوب با یکدیگر و فشار وارده بر آن ها فرصت را برای آمیزش مولکول های دو قطعه کار در یکدیگر فراهم می آورد. 

0( خنک کردن: انجماد و سرد شدن محل جوشکاری، آخرین مرحله بوده که در این مرحله پلیمرهای نیمه کریستالی، ساختار کریستالی خود و پلیمرهای آمورف یا بی شکل نیز ساختار خاص خود را در قبل از عملیات جوشکاری به دست خواهند آورد. در این مرحله، تنش های پسماند و اعوجاج در قطعه ی کار محتمل است. در این روش، مراحل 0 ، 3 و 0 تقریباً هم زمان و در کسری از ثانیه صورت می گیرد و قطعه ی کار بلافاصله سرد می شود.

موفقیت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می شوند، بستگی دارد. از آن جا که جوشکاری التراسونیک بسیار سریع است )کمتر از 0 ثانیه( و قابلیت اتوماسیون دارد، به طور وسیع از آن در صنعت استفاده می شود. برای تضمین سلامت جوش، طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است. با طراحی مناسب، از این روش می توان در تولید انبوه استفاده کرد.

 کاربرد جوشکاری التراسونیک  

جوشکاری پاکت های بسته بندی مایعات جوشکاری ورق های روکش شده، برای جوشکاری قطعات تو خالی ریخته شده مانند جعبه های کوچک،جاتخم مرغی هاواسباب بازی ها جاسازی یک قطعه مثل پلاستیک در قطعه ای دیگرمثل فولادهمراه با اتصال بین آن دو عدم نیاز به ذوب کامل 

جوشکاری فلزات نرم نظیر آلومینیوم ، مس و فلزات گران قیمت اتصال دادن فلزات غیرهم جنس و با اختلاف نقطه ذوب زیاد

حوضچه مذابی هم درست نمی شود در نتیجه محافظت از آن منتفی است.

جوشکاری ورقهای بسیار نازک 

ماهیت و ساختار مواد به خاطر حرارت کم )30 تا 02 درصد نقطه ذوب( عوض نمی شود .

بالا بودن سرعت جوشکاری و در نتیجه تولید بالا با قیمت پایین عدم تغییر رنگ در نقطه جوش 

نیاز به حداقل تمیز کاری سهولت در اتوماسیون

هیچ نقصی توسط گازها، قوس و فلزات پرکننده ایجاد نمی شود.

فلزات غیرمشابه که تفاوت زیادی بین نقطه ذوب انها وجود دارد را می توان به هم متصل کرد.

حداقل تغییر شکل در صفحات ایجاد می شود.

مقاطع نازک و ضخیم را می توان به هم جوش داد.

دمای کم ایجاد شده  جوش دادن شیشه ها توسط روش های دیگر غیر ممکن است.

محدودیت های ماشین جوشکاری التراسونیک

• هزینه بالا
• ضخامت یکی از قطعات از حد مشخصی بالاتر نمی تواند باشد.
• در صورت عدم کنترل صحیح متغیرها ،ممکن است دو قطعه به سندان جوش بخورد .
• با توجه به تنش های خستگی شدید اعمالی ،عمرکاری قطعات دستگاه کم است 
• مهم ترین محدودیت این روش محدودیت در انرژی اعمالی و کوچک بودن عرض شیپوره )کمتر از 002 میلی متر( است و در نتیجه طول جوشی که به وجود می آید کوچک است.

موارد استفاده از ماشین جوشکاری و همگن ساز فراصوت

صنایعی که این نوع جوشکاری در آن کاربرد دارد: – استفاده در صنعت الکتریک و الکترونیک – استفاده در صنعت بسته بندی – استفاده در صنعت اتومبیل سازی – استفاده در صنعت پزشکی و تجهیزات پزشکی – استفاده در صنعت اسباب بازی و صنایع مرتبط دیگر

تاریخچه ی شناخت همگن ساز فراصوت

در سال 0003،  نخستین بار گالتن متوجه امواج ماورای صوت شد. او با استفاده از لوله ی بسته ای که به کمک یک پیچ می توانست طول آن را تغییر دهد، ارتعاشات صوتی بسیار ریزی با فرکانس زیاد تولید کرد و ضمن کاهش تدریجی طول لوله، بسته متوجه شد که در هنگام دمیدن در آن صدایی را نمی شنود. ولیکن سگی که در نزدیکی وی بود عکس العمل نشان می دهد. همین موضوع او را متوجه امواج ماورای صوت کرد.

 در سال 0022 میلادی آ. ادلمان سوتک گالین را کامل کرد و آن را به فرکانس حدود 002222 هرتز رسانید. در سال 000۰ میلادی هارتمان بر اساس کارهای قبلی سوتکی ساخت که در آن هوای متراکم از یک سوراخ مخروطی شکل خارج و به دهانه ی لوله استوانه های شکل که طول و قطر آن برابر است، وارد می گردد و تولید صوت می کند. در سوتک هارتمان سرعت خروج هوا و برخورد آن به لوله سوتک بسیار زیاد و بیش از سرعت صوت است.

کاربرد های امواج مافوق صوت

انسان در جریان جنگ جهانی دوم ، راهی برای استفاده از این فرکانس های بسیار بالا ، پیدا کرد.. کاربرد اولیه  ی آن ،ردیابی اشیا مثل زیر دریایی ها می باشد. بعد ها کاربرد آن  بسیار فراتر رفت و در صوت، کاربردگسترده ای پیدا کرد. ماورای صوت تحت عنوان مافوق صوت، همگن ساز فراصوت و فراصوت نیز مطرح است. 

 تاریخچه همگن ساز فراصوت

دامنه ی کاربرد همگن ساز فراصوت  در پزشکی طی 32 سال اخیر به سرعت گسترش یافته است. دلایل اصلی این توسعه عبارتند از : ارزانی ، غیر تهاجمی بودن و تا کنون عدم مشاهده آثار زیان بخش در سطوح شدت های لازم برای امور تشخیصی به ویژه در عکسبرداری بافت نرم )در مقایسه با روش های رادیولوژیکی این تکنیک بسیار بهتر است. 

سیر تحول و رشد در طب هسته ای

استفاده از دستاوردهای علم فیزیک در پزشکی، یکی از برجسته ترین زمینه  های کاربرد علم فیزیک می باشد و فیزیک پزشکی به عنوان یکی از شاخه های پویای پزشکی مطرح است. شاید در گذشته استفاده از علم فیزیک در پزشکی فقط محدود به تصاویر رادیولوژی و استفاده از اشعه ایکس بود. اما امروزه کشف پدیده های مادی نظیر همگن ساز فراصوت ، استفاده از رادیو ایزوتوپ ها در طب هسته ای و … از جمله زمینه  های جالب و رو به تکامل این علم در عرصه پزشکی محسوب می شود.

به کمک این  پدیده ها تشخیص ناهنجاری ها و عوارض بیماری ها و شناخت آسیب ها نه تنها آسان تر شده بلکه از لحاظ زیان بار بودن برای سلامتی انسان نیز تا حدود زیادی وضعیت بهبود یافته است. دانشمندان این عرصه نظیر گالتو را به ابداع روشی بی خطرتر برای تشخیص وادار کرد. وی سرانجام با کشف پدیده ی ماورای صوت و کاربرد آن در کشتی های آتشنشانی و زیردریای ها در پزشکی نیز زمینه استفاده ی آن فراهم گردید. 

استفاده از قابلیت های أمواج همگن ساز فراصوت که گوش انسان قادر به شنیدن آن ها نیست، به دنبال بروز برخی از بیماری ها مرتبط با تابش اشعه ایکس( نظیر لکوپنی )کاهش گلبولهای سفید خون( صورت گرفت. البته باید توجه داشت که در استفاده از اشعه ی ایکس ایجاد تصویر بر اساس شدت جذب این اشعه، بافت ها با چگالی متفاوت می باشد. در حالی که در سونوگرافی ایجاد تصویر بر اساس بازتاب های (Echo) امواج واحدهای صوتی به هنگام تغییر لایه های بافتی در بدن است.

کاربرد امواج فرا صوتی

از کاربردهای امواج ماورای صوتی و همگن ساز فراصوت به غیر از کاربردهای نظامی در کشتیها و زیردریاییها و پزشکی، می توان نیز به موارد زیر  اشاره کرد:

حفره سازی: حفره سازی در مایعات یا (Cavitation) ایجاد انقباض و انبساط حین عبور امواج فراصوتی خصوصاً انبساط باعث خروج گاز، محلول در مایع شده و حباب تشکیل می شود.

اثر گرمایی: امواج ماورای صوتی به عنوان امواج مکانیکی حامل انرژی بوده و در هنگام عبور از بافت ها بخشی از آن جذب و انرژی آن به صورت گرما در می آید. این گرما باعث انبساط درونی بافت شده، جریان خون را افزایش می دهد و نهایتاً باعث تسریع در ترمیم بافت آسیب دیده می شود.

میکرو ماساژ:  فشردگی و انبساط موضعی بافت ها حین عبور امواج ماورای صوت در واقع نوعی میکروماساژ محسوب می شود و در خستگی ها و کوفتگی ها بسیار مفید است. و در کاهش ورم و التهابات موثر است.

تشخیص‌های پزشکی: تشخیص سن جنین ، بیماری های زنان و زایمان ، تشخیص تومورهای مغزی و پستانی ، شناسایی خونریزی های مغزی و اعصاب ، شناسایی و تشخیص سنگ های کلیوی ، مجاری ادراری و … از کاربردهای مهم ماورای صوت در سونوگرافی و پزشکی می باشد.

احتیاطات لازم در کاربردهای پزشکی همگن ساز فراصوت

در وجود عفونتهای شدید و موضعی استفاده از  همگن ساز فراصوت می تواند باعث بخش شدن عفونت و حدود عفونت به جریان خون کشیده شود که بسیار خطرناک است.

امواج پیوسته ی ماورای صوتی، خصوصاً در فرکانس های بالا دارای انرژی زیاد بوده و در انرژی هایی بالاتر از  Kw/cm2  0 اگر ترانسدیوسر در سطح بدن بیمار در یک مکان ثابت بماند، این انرژی بالا می تواند باعث تولید گرمای فراوان و سوختگی ها یا تخریب بافتی شدید شود. این موضوع در بافت های حساس نظیر چشم و مغز بسیار مهم است.

اگر داخل رگ ، لخته ی خونی متصل به دیواره رگ وجود داشته باشد، این امواج قادر به جدا کردن و به حرکت در آوردن این لخته همراه جریان خون می باشند و بدین ترتیب خطر انسداد عروق کوچک تر و بروز سکته افزایش می یابد.

باید توجه داشت با توجه به میزان امواج مقادیر توجیه شده این امواج (Dose) در تشخیص بیشتر از درمان است و نباید در تشخیص ، از دردهای درمانی مخصوصاً آبستنی استفاده کرد.

پیزوالکتریک  

مقدمه پیزوالکتریک

اثر پیزو الکتریک ، قابلیت بعضی مواد است برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی. تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی در برخی بلورهای نارسانا مثل کوارتز تحت کشش یا فشار. علامت پتانسیلهای دو وجه بلور در دو حالت فشردگی یا کشیدگی معکوس هم ارزند و هر چه میزان فشار کشش بیشتر باشد، اختلاف پتانسیل تولید شده بیشتر است.

اثر معکوس پیزو الکتریک نیز در این معنی تغییر شکل آنها بر اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو وجه روبروی آنهاست. اگر دو وجه روبرویی در یک هر یک از این بلورها را به اختلاف پتانسیل متناوب الکترکی وصل کنیم، تغییر شکل متناوبی در آن رخ میدهد و به ارتعاش در می آید.

سیر تحولی و رشد پیزوالکتریک

اثر پیزوالکترکی چنانچه گفته شد توانایی برخی مواد میباشد که برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی مکانیکی است، این اثر را برادران کوری ، پییر و ژاک کوری ، در دهه 2331 کشف کردند. موادی که این پدیده را از خود بروز میدهند مواد پیزو الکترکی نامیده میشوند. اثر پیزوالکترکی در انواع بسیاری از مواد از جمله تک بلورها ، سرامیکها ، بسپارها و مواد مرکب دیده میشوند.

فعالیت پیزوالکتریکی در اکسیدهای نسوز بس بلور در تیتانیوم باریوم(BT)  کشف شد و در دهه 2591 اثرهای پیزوالکتریکی درمحلول جامد تیتانات زیرکونات سرب(PbT)  کشف شد .

اثر مستقیم و معکوس پیزو الکتریک

وقتی مادهای پیزو الکترکی تحت تأثیر مکانیکی )به صورت انبساط یا انقباض( قرار میگیرد، مقداری بار الکتریکی در سطح آن ظاهر میشود. این بار به تولید میدان الکتریکی و پتانسیل متناظر با آن میانجامد.

برعکس ، در پی اعمال میدانی الکتریکی ، با مقادیر گرانش مکانیکی روبرو میشویم. اثر اول به اثر سیستم و اثر دوم به اثر معکوس موسوم است. جهت گیری )قطعیت( و مقادیر بار و پتانسیل ایجاد شده اثر مستقیم ، به جهت و بزرگی نیروی اعمال شده نیست به بعضی جهتهای بلور شناختی ماده بستگی دارد.

 وقتی نیروی مکانیکی ناپدید میشود، بار تولید شده نیز از بین میرود و وقتی جهت کرنش وارونه شود قطبیت نیز وارونه میشود. بدین ترتیب در پاسخ به کرنش نوسان کننده با ولتاژی نوسانی روبرو میشویم که جهت و اندازه کرنشی ایجاد شده از طریق اثر معکوس نیز بستگی به جهت و اندازه میدان الکترکی اعمال شده دارد. شدت اثرهای مستقیم و معکوس در هر مادهای با ثابت پیزوالکتریکی آنd  مشخص میشود. نسخه دیگرشدت این اثر برای هر ماده ، ثابت جفت شدگی الکترومکانیکیk  است. مربع این ثابت برابر است با کسری از انرژی مکانیکی که میتواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود، یا نسبت انرژِِی الکتریکی به انرژی مکانیکی .

کاربرد اثر مستقیم پیزو الکتریک در همگن ساز التراسونیک

اثر مستقیم در وسایل راه اندازی و اثر غیر مستقیم در دریاچه‌ها مورد بهره برداری قرار میگیرد. به عنوان مثال ، از مواد پیزو الکتریک برای تولید و آشکارسازی امواج صوتی در هوا )در بلندگوها ، میکروفونها( یا در آب استفاده میشود. در سونارها ، ماهی یابها و عمق یابها از تأخیر زمانی بین تولید تپ صوتی در دریافت علامت باز تابیده آنرا برای اندازه گیری فاصله تا جسم ورود استفاده میکنند. این روش همچنین با استفاده از امواج فراصوتی با بسامدهای زیاد )بیشتر از 11KHz) در تصویرگیری پزشکی و بررسی غیر تخریبی مواد در تشخیص شکستگیهای و نقصهای داخلی نیز بکار میرود .

کاربرد امواج فراصوتی در مواد پیزو الکتریک

به علت تضعیف اندک امواج فراصوتی در بیشتر مواد جامدات و مایعات ، میتوان از این امواج برای کاوش در اعماق بسیاری از مواد استفاده کرد. از امواج فراصوتی برابر تمییز کردن و صیقل دادن نیز بهره گیری میشود.

از تشدید بلورهای پیزو الکتریک در حال ارتعاش ، برای کنترل دقیق بسامد در رادیوها و ساعت‌ها هم استفاده میشود. همگن ساز فراصوت و امواج فراصوتی سطحی در مواد پیزوالکتریک را در پردازندههای سیگنال قیاسی ، مانند صافیهای نوار گذار و صافیهای تراکم تپ ، بکار میگیرند. مواد پیزو الکتریک ، همچنین در شتاب سنج ها و وسایل استقرار دقیق مولدهای شب در فندکهای اجاق گاز مورد استفاده قرار میگیرند .

ارتباط اثر پیزو الکتریک با ساختار مولکولی مواد

 اثر پیزو الکتریک با ساختار مواد ارتباط دارد. وقتی مرکز بارهای مثبت ماده اندکی از مرکز بارهای منفی فاصله بگیرد، یک دو قطبی حاصل میشود، این پدیده در موادی رخ میدهد که ساختار بلوری آنها نامتقارن است. در بعضی مواد با گشتاور دو قطبی دائمی روبرو میشویم که نتیجه‌های از عدم تقارن ذاتی در ساختار بلوری است. ولی در مواد دیگر برای ایجاد گشتاور دو قطبی باید کرنشی مکانیکی پدید آورد.

از سی و دو بلور ، بیست و یک عدد از آنها فاقد مرکز تقارنند. بیست عدد از آنها خاصیت پیزو الکتریسیته از خود بروز میدهند. ده تای دیگر برای نشان دادن گشتاور دو قطبی نیاز به کرنش مکانیکی دارند. وقتی فاصله بین بارهای مثبت و منفی بر اثر کرنش مکانیکی نغییر کند میدان الکتریکی ناشی از دو قطبی تغییر میکند و بار روی الکترود تغییر میکند. این فاصله را همچنین میتوان با اعمال میدان الکتریکی تغییر داد که به پیدایش کرنشی مکانیکی منجر میشود .

وابستگی مواد پیزوالکتریک به دما

موادی که گشتاور دو قطبی دائمی دارند اثرات پیزو الکتریک )پیدایش بارا لکتریکی بر اثر گرمایش یکنواخت( و فرو الکتریک )تغییر جهت دو قطبی بر اثر میدان الکتریکی( نیز از خود بروز میدهند. چون گشتاور دو قطبی دائمی ممکن است حداقل دو جهت داشته باشد واکنشهای داخلی با ترکیب این جهت گیری متفاوت ممکن است به حداقل برسد. معمولا حوزههایی )ناحیه‌هایی که در آنها تمام دو قطبیها در جهت خاصی سمتگیری میکنند( با جهت گیریهای دو قطبی متفاوت تشکیل خواهند شد. موادی که گشتاور دو قطبی دائمی دارند معمولا در دماهایی به ساختار تقارنی بالاتر که فاقد گشتاور دو قطبی دائمی است گذر میکنند. این دما را نقطه کوری مینامند، وقتی دما به طرف نقطه کوری افزایش مییابد، به شدت اثر پیزو الکتریک مییابد .

وجود اثر پیزو الکتریک در تک بلور

اثر پیزو الکتریک در انواع بسیاری از مواد ، از جمله تک بلورها ، سرامیکها ، بسپارها و مواد مرکب دیده میشود. کوارتز یکی از متداولترین مواد پیزو الکتریک تک بلور است و پایداری دمایی بسیار خوبی دارد. ثابت پیزو الکتریک آن 12-d = 2.3X10 و ثابت جفت شدگی آنk = 0 , 1  است. سال 2593 ، شاهد ظهور فرآیندی صنعتی برای ساختن بلورهای کوارتز بود. در موادی که تک بلور هستند، گشتاورهای دو قطبی که به جهتهای بلوری وابستهاند جهات مشخصی دارند.

در مواد بس دانهای )یا بیس بلور( ، محورهای بلور شناختی دانه‌های متفاوت بطور گستردهای جهت دیگری شده است و دو قطبیها اثر یکدیگر را خنثی میکنند، مگر اینکه با اعمال میدانی الکتریکی برای همسو کردن دو قطبیها قطبیتی در ماده ایجاد شده باشد. عمل ایجاد قطبیت را همچنین میتوان با اعمال میدان الکتریکی در دمایی بالاتر از نقطه کوری و سرد کردن مجدد و رساندن آن به نقطه کوری تا در جهت خاصی همسو شوند.

پیزوالکتریسیته خاصیتی است در مواد بلوری که در روند ان فشار وارد شده بر بلور، ایجاد الکتریسته می کند و به عکس اعمال الکتریسیته باعث ایجاد فشار می شود. دلیل این امر در بلور کوارتز با فرمولSIO2  ان است که در حالت معمولی ودر حالتی معین از بلور کوارتز، شش گوشی تشکیل می شود که گوشه های ان به صورت یک در میان با یون اکسیژن و سیلیس اشغال شده است.

این شش گوش بدون اعمال فشار، درحالت ایستایی الکتریکی است. ولی فشار باعث می شود که این حالت به هم بخورد و بلور از حالت پایداری الکتریکی خارج شود و الکترون اضافی را به صورت الکریسیته، ازاد کند و به عکس، اعمال الکتریسیته باعث به هم خوردن سطح شش گوش می شود  وبنابر این فشاری در بلور ایجاد می کردد.

از این ویژگی، استفاده های بسیار زیادی در تکنولوژی شده است که همان گونه که در شماره ی پیشین به طور مفصل به آن پرداخته شد، ساده ترین آن ساعت دست شما، ترازوی مغازه ها و از همه واضح تر احساس فشاری است که شما از وارد امدن یک جسم بر بدن خود دارید که الکتریسیته حاصل از فشار را به مغز شما می رساند. به عنوان یک مثال جالب، به مارماهی توجه کنید که با ایجاد فشار بر بدن خویش، باعث تولید الکتریسیته ای می شود که می تواند حتی انسان را بکشد! درباره ی خاصیت پیزوالکتریسیته کوارتز در کتب کانی شناسی و کریستالوگرافی مطالب بسیاری آمده است .

بسیاری از پلیمرها، سرامیک ها و مولکول ها مانند آب، به طور دائمی قطبی هستند و بخشی از این مولکول ها، دارای قطب مثبت و سمت دیگر آن ها دارای قطب منفی است. هنگامی که این مواد قطبی تحت تاثیر یک منبع الکتریکی قرار می گیرند، عناصر قطبی ان ها خود را با جهت الکتریکی منبع مزبور هماهنگ می کنند و با قطع ولتاژ تحریک کننده، این خاصیت را از دست می دهند در این میان مواد پیزو الکتریک، مانند بلور کوارتز و یا تیتانیت باریم در پی تحریکی که باعث تغییر در مختصات ذرات قطبی شده، شروع به ایجاد یک ولتاژ الکتریکی می کنند. در نتیجه خاصیت پیزو الکتریسیته، هنگامی به ظهور می رسد که بلور تحت تاثیر یک فشار مکانیکی قرار بگیرد و در این زمان قطب مثبت در یک وجه بلورهای نارسانا مانند کوارتز و قطب منفی نیز در وجه مخالف آن ایجاد می گردد. از این خاصیت در ساخت وسائلی مانند میکروفون ها و فونوگراف ها و در فیلتر سازی امواج در تلفن ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.  در بازار اقتصادی سرامیک های نوین، سرامیک های الکتریکی یکی از جاافتاده ترین بازارهای موجود است.

علاوه بر گسترش زمینه های مصارف قبلی، مصارف جدید مربوط به کاربردهایی است که پیزوالکتریک ها و خصوصاً پیزوسرامیک ها اخیراً وارد آن حیطه ها شده اند. با توجه به مطالب ارائه شده و نقش تعیین کننده ی این نوع قطعات در صنایع مختلف و در راستای گام نهادن در مسیر خودباوری و خوداتکایی و دستیابی به دانش روز، چنین به نظر می رسد که اهمیت و ضرورت پایه گذاری صنایع الکتروسرامیک ها و از جمله پیزوالکتریک در کشور، امری روشن، واضح و قابل درک است.

 کاربرد پیزوالکتریک ها در همگن سازی فراصوت

 0- به عنوان مبدل انرژی نوسانی به انرژی الکتریکی )کنترل تهییج، شتاب سنج …

 5- به عنوان مبدل انرژی صوتی به انرژی الکتریکی )در دیسک های صوتی، میکروفون، بلندگو و زنگ اخبار  …در دریافت و انتقال امواج التراسونیک )پروب امواج التراسونیک، سنسورهایAE  و کنترل امواج التراسونیک در تولید ولتاژ و جرقه با ولتاژ بالا )جرقه زن( و کاربردهای دیگر )ماشین آلات برقی، وسایل پزشکی و خانگی، بیوسنسورها  …(

بررسی های به عمل آمده نشان داده است که از بازار 511 میلیارد دلاری سرامیک ها در جهان، حدود یک سوم آن یعنی حدود 33 میلیارد دلار، مربوط به سرامیک های پیشرفته است. در بازار اقتصادی سرامیک های نوین، سرامیک های الکتریکی )که شامل پیزو و پیروالکتریک ها هم می شود( یکی از جاافتاده ترین بازارهای موجود است. آمارهای موجود نشان می دهد که بازار مواد پیزو و پیروالکتریکی در جهان، تقریباً 00 میلیارد دلار )در سال های 5110-5111( به خود اختصاص داده است.[0]

جوشکاری فراصوت مقدمه

همگن ساز فراصوت، جوشکاری فراصوت² یا اولتراسونیک، روشی متداول و فراگیر در کشورهای پیشرفته و صنعتی برای جوشکاری عمدتاً قطعات پلاستیکی و بعضاً قطعات فلزی بوده و در دسته بندی روش های جوش کاری، زیر مجموعه ی روش جوشکاری با گرم کردن داخلی مکانیکی می باشد. 

همچون سایر روش های جوشکاری مراحل پنج گانه جوشکاری در این جا نیز وجود دارد:

 2(آماده سازی سطح¹ شامل تمیز کاری و براده برداری: وجود آلودگی و لبه های اضافی باعث افت کیفیت جوشکاری خواهد شد. 

1( گرم کردن⁸: از انرژی امواج فراصوت با فرکانس های بالا در حدود 11 تا ۰1 کیلوهرتز برای این منظور استفاده می گیرد. 

8( فشردن: وقتی دو قطعه کار به قدر کافی گرم شوند باید به یکدیگر فشرده شوند. این فشار با کمک سیستم پنوماتیک و هورن )شیپوره( دستگاه های جوشکاری تامین می شود.

  ( آمیزش بین مولکولی⁹: تماس دو قطعه ی کار گرم شده و در آستانه ی ذوب با یکدیگر و فشار وارده بر آن ها فرصت را برای آمیزش مولکول های دو قطعه کار در یکدیگر فراهم می آورد. 

9( خنک کردن: انجماد و سرد شدن محل جوشکاری، آخرین مرحله بوده که در این مرحله پلیمرهای نیمه کریستالی، ساختار کریستالی خود و پلیمرهای آمورف یا بی شکل نیز ساختار خاص خود را در قبل از

²1  Ultrasonic weldingSurface Preparation 

4³  PressingHeating  

          ₆⁵  Intermolecular DiffusionCooling         

عملیات جوشکاری به دست خواهند آورد. در این مرحله، تنش های پسماند و اعوجاج در قطعه ی کار محتمل است. در این روش، مراحل 1 ، 8 و   تقریباً هم زمان و در کسری از ثانیه صورت می گیرد و قطعه ی کار بلافاصله سرد می شود. موفقیت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می شوند، بستگی دارد. از آن جا که جوشکاری اولتراسونیک بسیار سریع است )کمتر از 2 ثانیه( و قابلیت اتوماسیون دارد، به طور وسیع از آن در صنعت استفاده می شود. برای تضمین سلامت جوش، طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است. با طراحی مناسب، از این روش می توان در تولید انبوه استفاده کرد.

اجزای ماشین جوشکاری اولتراسونیک

یک ماشین جوشکاری اولتراسونیک، شامل اجزای زیر است: یک منبع تغذیه،  یک مبدل، یک آمپلی فایر تقویت کننده به نام بوستر،  یک وسیله هدایت امواج فراصوت و همگن ساز فراصوت به نام شیپوره^۰ منبع تغذیه فرکانس برق شهر برای تبدیل فرکانس1 -91 هرتز را به فرکانس۰1-11 کیلو هرتز.  این انرژی به مبدل می رود و در مبدل دیسک پیزو الکتریک، همگن ساز فراصوت، موج الکتریک با فرکانس بالا به ارتعاشات مکانیکی )امواج اولتراسونیک(با فرکانس بالا تبدیل می شود. اغلب ماشین های اولتراسونیک در فرکانسی بالاتر از 11 کیلو هرتز کار می کنند و صدایی تولید می کنند که شبیه یک سوت بوده که می تواند برای اوپراتور در دراز مدت، تولید مزاحمت و اذیت کند.

لذا توجه به میزان دسی بل صدای این دستگاه ها بسیار مهم است. امروزه شرکتهای معتبر اروپایی و شرکت همگن ساز فراصوت هزینه های بسیار زیادی را صرف تحقیق و توسعه محصولات خود نموده اند تا علاوه بر افزایش راندمان و کیفیت جوشکاری دستگاه های خود، این صدا های مزاحم را در حد بسیار زیادی کاهش دهند. امواج تولید شده در مبدل به بوستر رفته و دامنه ی آن تا حد دلخواه افزایش پیدا می کند و سپس در شیپوره )که یک وسیله ی صوتی مکانیکی است( امواج صوتی مستقیماً به قطعه کار منتقل می شود.

همچنین شیپوره، نقش اعمال فشار بر روی قطعه را نیز بر عهده دارد. بعد از انتقال امواج صوت به قطعه ی کار در منطقه ی اتصال در اثر اصطکاک زیاد ناشی از جنبش مولکولی سطوح دو قطعه ی کار، این انرژی تبدیل به گرما شده و باعث نرم شدن و ذوب پلاستیک و به وجود آمدن شرایط جوشکاری می شود.

⁷ horn

مزایا و محدودیت ها 

مزایای این روش عبارت اند از:

راندمان بالا 

 تولید بالا با قیمت پایین )با توجه به سرعت زیاد هر سیکل جوشکاری امکان افزایش تولیدات به راحتی مهیاست( 

سهولت در اتوماسیون   سرعت جوش بالا   تمیز بودن آن

مهم ترین محدودیت این روش، محدودیت در انرژی اعمالی و کوچک بودن عرض شیپوره )کمتر از 191 میلی متر( است و در نتیجه، طول جوشی که به وجود می آید، کوچک است. 

موارد استفاده از جوش اولتراسونیک 

ترموپلاستیک ها: – جوشکاری ساده یک اتصال – جاسازی یک قطعه در قطعه ای دیگر همراه با اتصال بین آن دو – جوش نقطه ای ورق ها و صفحات پلاستیکی – کاشت مغزی های فلزی در داخل قطعات پلاستیکی – دوخت پارچه ها و فیلمهای با پایه پلاستیکی صنایعی که این نوع جوشکاری در آن کاربرد دارد

 استفاده در صنعت الکتریک و الکترونیک – استفاده در صنعت بسته بندی – استفاده در صنعت اتومبیل سازی – استفاده در صنعت پزشکی و تجهیزات پزشکی – استفاده در صنعت اسباب بازی – صنایع مرتبط دیگر

تعریف فراصوت و همگن ساز فراصوت

امواج اولتراسونیک به دسته ای از امواج مکانیکی گفته میشود که فرکانس نوسانشان بیش از محدوده ی شنوایی انسان (20Hz-20KHz) باشد. این امواج به دلیل خواصی که دارند، کاربردهای متنوع و بعضاً جالبی پیدا کرده اند. با محاسبه ای ساده می توان دریافت که اگر نقطه ای با فرکانس 19 کیلوهرتز و دامنه 21 میکرومتر نوسان کند، شتاب آن بالغ بر 19 هزار برابر شتاب ثقل می شود، در اثر این شتاب و به طبع آن سرعت بالا در مایعات باعث ایجاد کاویتاسیون می شود و در هنگام انفجار، حباب های ایجاد شده فشاری در حدود 111 بار و دمایی در حدود 9111 کلوین ایجاد می گردد.