مبانی التراسونیک قدرت

معرفی شرکت توسعه فناوری مافوق صوت

سابقه ی علمی “شرکت توسعه فناوري مافوق صوت” به سال 1382 با ”طراحی و ساخت چاقوی جراحی التراسونيک“ باز می گردد. این شرکت، در حال حاضر به عنوان اولين مجموعه ی تحقيقاتی، توليدی تخصصی در زمينه ی فناوری التراسونيک قدرت، در این حوزه فعاليت می نماید. این مجموعه ی تحقيقاتی آمادگی دارد تا در جهت پيش برد انواع پروژه های دانشگاهی، تحقيقاتی و صنعتی در زمينه ی انواع کاربردهای تکنولوژی التراسونيک قدرت همکاری نماید. فعاليت 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 التراسونيک مافوق صوت 

امواج اولتراسونيك بعنوان قلب تپنده همگن ساز فراصوت ، به دسته اي از امواج مكانيكي گفته ميشود كه فركانس نوسانشان بيش از محدوده ي شنوایي انسان (20Hz-20KHz) باشد. این امواج به دليل خواصي كه دارند، كاربردهاي متنوع و بعضاً جالبي پيدا کرده اند. با محاسبه اي ساده مي توان دریافت كه اگر نقطه اي با فركانس 25 كيلوهرتز و دامنه 10ميكرومتر یعنی یک پنجم قطر موی انسان نوسان كند، شتاب آن بالغ بر 4000 برابر شتاب ثقل مي شود، در اثر این شتاب و به طبع آن سرعت بالا در مایعات باعث ایجاد كاویتاسيون مي شود و در هنگام انفجار، حباب هاي ایجاد شده فشاري در حدود 200 بار و دمایي در حدود 5000 درجه كلوین ایجاد مي گردد. از طرف دیگر، اگر حركت نسبي با مشخصات فوق ميان دو سطح جامد برقرار شود،به دلیل اصطکاک باعث ازدیاد دما و جوش خوردن دو سطح به یكدیگر مي شود كه Ultrasonic Welding مي باشد.

امواج اولتراسونيك که هموژنایزر التراسونیک یکی از محصولات بر اساس این فناوری می باشد مانند دیگر امواج داراي خاصيت شكست ، انعكاس، نفوذ و پراش مي باشند كه جهت جزئيات بيشتر مي توان به مراجع موجود مراجعه نمود. جهت توليد این امواج روش هاي متفاوتي وجود دارد كه در این تحقيق از خاصيت الكترواستریكشن یا خاصيت پيزوالكتریسيته جهت این كار استفاده شده است. مجموعه هاي اولتراسونيك معمولاً از سه بخش كلي تشكيل مي شوند: 1- مبدل 2- بوستر 3-تقویت كننده یا هورن.

جهت طراحي این سه بخش از قانون واحدي پيروي مي كنند كه در ادامه بدان پرداخته خواهد شد. مبدل، نقش توليد امواج مكانيكي و تبدیل انرژي الكتریكي به مكانيكي را دارد، بوستر و تقویت كننده نيز وظيفه ي انتقال و تقویت دامنه ي حركت و رساندن آن به مصرف كننده را به عهده دارند. در ادامه بیشتر در مورد همگن ساز فراصوت صحبت خواهیم کرد.

کاربرد های امواج فراصوت

اکسيداسيون: هر گاه به محلول اسيد سولفيدریک ، امواج ماوراي صوت را وارد کنيم و شدت امواج براي ایجاد حباب کافي باشد، رسوبي از گوگرد مشاهده مي شود. اسيد سولفيدریک بوسيله اکسيژني که از هواي محلول متصاعد گردیده، اکسيد شده است. اکسیداسیون یکی‌از کاربردهای همگن ساز فراصوت می‌باشد.

دپليمریزاسيون : نشاسته، تحت تأثير امواج ماوراي صوتي به دکسرین، تجزیه مي شود. دليل و توجيه این فعل و انفعالات هنوز روشننيست. فقط آن چه محقق است، مولکول هاي خيلي درشت، در نتيجه ي تاثير امواج ماوراي صوت، به مولکول هاي کوچک تر تقسيم مي شود. این عمل را دپليمریزاسيون مي گویند. عبور امواج ماوراي صوت، آشفتگي مولکول ها را زیاد و تصادم بين آن ها را تسهيل مي نماید و در ضمن این تصادمات، ارتباطي که پایداري این مولکول هاي سنگين را تامين مي نماید، گسيخته و قطع مي شود. 

 فعل و انفعالات شیمیایی: از سایر خواص شيميایي امواج ماوراي صوت در همگن ساز فراصوت، مي توان تسریع بعضي از فعل و انفعالات شيميایي را دانست. به عنوان مثال مي توان به آزاد شدن ید از یدورها، اشاره کرد. هر گاه در لوله ي آزمایش، مقداري از محلول یدور پتاسيم ریخته و مقداري تتراکلرورکربن به آن اضافه کنند و آن را تحت تأثير امواج ماوراي صوت قرار دهند، چون ميل ترکيبي کلر با پتاسيم ، بيشتر از ید با پتاسيم است، در اثر امواج ماوراي صوت، کلر جانشين ید در محلول یدور پتاسيم شده و ید آزاد مي شود. 

 سایر خواص شیمیایی مربوط به امواج فراصوت

بي رنگ شدن بعضي از مواد رنگي و پيدایش آب اکسيژنه از خواص قابل ذکر امواج ماوراي صوت است. ویروس آبله ممکن است در اثر تابش این امواج بي اثر شود. 

 نحوه ی تولید امواج فراصوت

گوش انسان، امواجي را مي تواند بشنود که فرکانس آن ها بين 02 تا 02222 هرتز ارتعاش در ثانيه باشد. این محدوده را امواج صوتي گویند. امواجي که فرکانس آن ها کمتر از 02 هرتز باشد، امواج مادون صوت نام دارند و به امواجي که فرکانس آن ها بيشتر از 02222 هرتز باشد، امواج فراصوت مي گویند.

همگن ساز فراصوت، ماهيت امواج ماوراي صوت و امواج صوتي و چگونگي توليد و انتشار آن ها یکسان است، با این تفاوت که این امواج بر روي گوش انسان اثر ندارد. باید توجه داشت که محدوده ي امواج صوتي براي حيوانات مختلف متفاوت است. براي نمونه، سگ ارتعاشات تا 02222 هرتز را  ميشنود و ارتعاشات تا 02222 هرتز بر گوش خفاش اثر مي کند و بعضي ازحشرات ارتعاش هایي تا 000222 هرتز را مي شنوند و مي توانند خود نيز توليد کنند و باهم ارتباط یابند.

چرا انسان ماوراي صوت را نمي شنود؟

در ساختمان گوش ، اصوات مایع درون حلزوني گوش را به ارتعاش در مي آورد و این ارتعاش در اثر پدیده اي که به نام تشدید صوت موسوم است، مي تواند فقط تارهاي مشخصي را به ارتعاش در آورد. هر اندازه صوت زیرتر باشد، یعني فرکانس آن بيشتر باشد، تارهایي را که کوتاهتر است به ارتعاش در مي آورد. اما طول این تارها از حد مشخصي کمتر نيست. از این رو صداهایي که فرکانس آن ها از حد مشخصي بيشتر نباشد، شنيده مي شوند.

چون ماوراي صوت، ارتعاشاتي هستند که فرکانسشان از 02222 هرتز بيشتر است، بنابراین شنيده نمي شوند. ضمناً در اثر بالا رفتن سن یا مصرف بعضي داروها تارهاي شنوایي سنگين تر و محکم تر مي شوند و ارتعاشاتي شنيده مي شوند که فرکانس آن ها کم باشد.

علم صوت به معني وسيع کلمه توليد ، تراگسيل و دریافت انرژي به صورت ارتعاش در ماده است. اگر اتم‌ها و مولکول هاي شاره یا جامد از اوضاع طبيعي خود تغيير مکان یابند، نيروي الاستيک در آن پدید مي آید، که مربوط به سختي جسم است و مي خواهد جسم را به حالت نخست باز گرداند، این را نيروي برگرداننده گویند. تأثير این نيروي الاستيک برگرداننده توأم با خاصيت اینرسي دستگاه ، ماده را براي ارتعاش هاي نوساني و در نتيجه، تراگسيل موج هاي آکوستيکي توانا مي سازد.

 امواج صوتي امواج مادي بوده که هم طولي و هم عرضي مي تواند باشد. در شاره ها به صورت طولي است و در محيط هاي دیگر هم به صورت طولي و هم به صورت عرضي است. یعني براي مثال، اگر صوت وارد یک ماده جامد شود، به موج طولي و عرضي با سرعت هاي متفاوت تجزیه مي شود. 

 همگن ساز فراصوت را به روش هاي مکانيکي و الکتریکي و مغناطيسي مي توان توليد کرد. ابزار مکانيکي توليد ماوراي صوت عبارت است از: سيرن ، سوتک گالتن ، مولد الکتریکي ، مولد مغناطيسي ، نوسانگر پيزو الکتریک و نوسانگر مانيتواستریکتيو که در زیر درباره ي  برخي از آن ها که کاربرد وسيعي دارند، شرح مختصري مي دهيم. 

سيرن

سيرن از یک ظرف محکم ساخته شده است که به وسيله ي لوله اي به تلمبه ي تراکم هوا مربوط مي شود و مي توان در آن هواي با فشار زیاد، متراکم کرد. در قسمتي از سطح بالایي این ظرف، دو صفحه ي فلزي گرد محور واحدي قرار دارند که بر روي آن ها تعدادي سوراخ به یک فاصله از محور موجود است. صفحه ي پایين ثابت است و صفحه ي بالایي مي تواند بر روي آن، با سرعت زیاد دوران کند.

سوراخ هایي که بر روي این دو صفحه موجود است، مي توانند در مقابل یکدیگر قرار گيرند. ولي امتداد آن ها در صفحه ي بالایي و پایيني برهم قرار ندارد و طوري است که وقتي هوایي با فشار زیاد از سوراخ هاي پایيني به دهانه ي سوراخ هاي بالایي مي رسد، تغيير جهت و امتداد مي دهد. و همين تغيير جهت حرکت هوا سبب مي گردد که بر صفحه ي بالایي نيرویي اثر کند و آن را به چرخش در آورد. فرکانس صوتي که سيرن توليد مي کند با تعداد سوراخ هاي صفحه دوار )p( و نيز تعداد دوري که صفحه ي گردان سيرن در ثانيه دوران مي کند )n( نسبت مستقيم دارد )f = pn(. که در آن f فرکانس صوت مي باشد.

معمولاً بر روي سيرن ها دستگاهي است که مي تواند صوت حاصل را مشخص کند. وليکن اگر تعداد سوراخ ها در صفحه ي بسيار زیاد و نيز فشار هوا یا بخار آب که در ظرف سيرن متراکم شده است، بسيار زیاد باشد، ارتعاشات ماوراي صوت توليد مي شود. به کمک این سيرن ها امواجي تا فرکانس022 کيلو هرتز توليد کرده اند.

 همگن ساز فراصوت بدليل خواصي كه دارند كاربردهاي متنوع و بعضاً جالبي دارند. با محاسبه ایي ساده مي توان دریافت كه اگر نقطه ایي با فركانس 52 كيلوهرتز و دامنه 01 ميكرومتر نوسان كند شتاب آن بالغ بر 52 هزار برابر شتاب ثقل مي شود ،در اثر این شتاب و به طبع آن سرعت بالا در مایعات باعث ایجاد كاویتاسيون مي شود و در هنگام انفجار حباب‌های ایجاد شده فشاري در حدود 511 بار و دمایي در حدود 2111 درجه كلوین ایجاد مي گردد.

از طرف دیگر اگر حركت نسبي با مشخصات فوق ميان دو سطح جامد برقرار شود ازدیاد دما باعث جوش خوردن دو سطح به یكدیگر مي شود كه Ultrasonic Welding مي باشد. از دیگر کاربردهاي تکنولوژي التراسونيک قدرت مي توان به جوش قطعات همجنس و یا غير همجنس، برش انواع پارچه، تسریع واکنشهاي شيميایي، تنش زدائي جوش در فرآیند قوس الکتریکي، گاز زدائي از مایعات، از بين بردن کف تشکيل شده بر روي مایعات، کاهش تخلخل در فرآیند آبکاري، تسریع پلي مریزه شدن، دیپليمریزه نمودن، سبک کردن نفت خام، جدایش آسفالتين از نفت خام، گوگرد زدایي از نفت خام و بسياري موارد دیگر اشاره نمود.

امواج اولتراسونيك همگن ساز فراصوت مانند دیگر امواج داراي خاصيت شكست ، انعكاس، نفوذ و پراش مي باشند كه جهت جزئيات بيشتر مي توان به مراجع موجود مراجعه نمود. جهت توليد این امواج از خاصيت الكترواستریكشن یا خاصيت پيزوالكتریسيته جهت اینكار استفاده مي شود. مجموعه هاي اولتراسونيك معمولاً از سه بخش كلي تشكيل مي شوند 0- مبدل 5- بوستر 3- تقویت كننده یا هورن. براي کاربردهاي گوناگون موارد فوق به دقت و با استفاده از روشهاي علمي طراحي مي شوند و بعد از ساخت، مونتاژ و صحت یابي مي گردد تا نتيجه مطلوب حاصل گردد.

انواع روش های جوشکاری

جوشکاري زیر آب

جوشکاري حالت جامد

جوشکاري انرژي تشعشعي

جوشکاري مقاومتي

جوشکاري حرارتي-شيميایي

جوشکاري با قوس و گاز محافظ

جوشکاري با قوي و محافظ سرباره

 جوشکاری حالت جامد

تعریف

به کمک این روش مي توان اتصال بين دو یا چند ماده را در درجه حرارت هاي بسيار کمتر از نقطه ذوب مواد ایجاد کرد. در این فرایند یا از تغيير شکل پلاستيک و یا از نفوذ همراه با تغيير شکل پلاستيک ، البته محدود اتصال را برقرار مي کند . این نوع جوشکاري براي اتصال قطعات هم جنس و غير همجنس به کار مي رود.

مزایا و معایب جوشکاری حالت جامد

 چون در این جوش ذوب نداریم پس حوضچه مذابي هم درست  نمي شود در نتيجه محافظت از آن منتفي است. هر کدام از حالتهاي جوشکاري حالت جامد تجهيزات و امکانات مربوط به خود را مي طلبند بنابراین هزینه بالایي را مي طلبد. در ضمن براي هر فلز و یا آلياژي قابل استفاده نيست.

دلایل استفاده ازجوش

با خواص مشابه فلزات پایه انجام مي شود . 

جوشکاري ورقهاي پهن ، قطعات پيچيده و ظریف ، مواددیرگداز و مواد غير هم جنس را امکان پذیر مي کند .

اتوماسون کردن آن آسان تر است .

کاهش هزینه توليد و محصول ارزان تر

روشهای مختلف جوشکاری حالت جامد

غلتکي

انفجاري

نفوذي

فراصوتي

فشاري

آهنگري

اصطکاکي

جوشکاری فراصوت و همگن ساز فراصوت

جوشکاري التراسونيک روشي متداول و فراگير در کشورهاي پيشرفته وصنعتي براي جوشکاري عمدتا قطعات پلاستيکي و بعضا قطعات فلزي بوده. روش جوشکاري التراسونيک یک نوع جوشکاري غير ذوبي هست و گرماي زیادي هم در این روش وجود ندارد و علاوه براتصال قطعات پلاستيکي به یکدیگربراي اتصال فلزات به پلاستيک ها و همچنين اتصال مواد ناهمجنس بمورد استفاده قرار مي گيرد.

همچون سایر روشهاي جوشکاري مراحل پنجگانه جوشکاري در اینجا نيز وجود دارد: 

آماده سازي سطح یا Surface Preparation: شامل تميز کاري و براده برداري: وجود آلودگي و لبه هاي اضافي باعث افت کيفيت جوشکاري خواهد شد. 

 گرم کردن یا Heating: از انرژي امواج فراصوت با فرکانس هاي بالا 02 تا 02 کيلوهرتز براي این منظور استفاده مي گيرد.

 :))Pressing فشردن یا )3

    وقتي دو قطعه کار به قدر کافي گرم شوند باید به یکدیگر فشرده شوند. این فشار با کمک سيستم پنوماتيک و هورن )شيپوره(           دستگاههاي جوشکاري تامين مي شود.

 آميزش بين مولکولي یا Intermolecular Diffusion: تماس دو قطعه کار گرم شده و در آستانه ذوب با یکدیگر و فشار وارده بر آنها فرصت را براي آميزش مولکولهاي دو قطعه کار در یکدیگر فراهم مي آورد.

 خنک کردن یا Cooling: انجماد و سرد شدن محل جوشکاري آخرین مرحله بوده که در این مرحله پليمرهاي نيمه کریستالي ساختار کریستالي خود را و پليمرهاي آمورف نيز ساختار خاص خود را در قبل از عمليات جوشکاري به دست خواهند آورد. 

در این روش مراحل 0 و 3 و 0 تقریبا همزمان و در کسري از ثانيه صورت مي گيرد و قطعه کار بلافاصله سرد مي شود. 

موفقيت جوش به طراحي مناسب اجزا و مناسب بودن موادي که جوش داده مي شوند بستگي دارد. از آنجا که جوشکاري التراسونيک بسيار سریع است )کمتر از 0 ثانيه( و قابليت اتوماسيون دارد، به طور وسيع از آن در صنعت استفاده مي شود. براي تضمين سلامت جوش طراحي مناسب اجزا بخصوص فيکسچرها لازم است. با طراحي مناسب از این روش مي توان در توليد انبوه استفاده کرد.

تجهيزات ماشین جوشکاری التراسونیک

یک ماشين جوشکاري التراسونيک شامل اجزاي زیر است: منبع تغذیه، یک مبدل،  یک آمپلي فایر، تقویت کننده به نام بوستر، یک وسيله هدایت امواج فراصوت همگن ساز فراصوت به سوي قطعه کار به نام شيپوره.

 طرز عملکرد ماشین جوشکاری التراسونیک

منبع تغذیه، فرکانس برق شهر ۰2-02 هرتز را به 02-02 کيلو هرتز مي رساند.این انرژي به مبدل مي رود و در مبدل دیسک پيزو الکتریک موج الکتریک با فرکانس بالا به ارتعاشات مکانيکي )امواج التراسونيک(با فرکانس بالا تبدیل مي شود. اغلب ماشين هاي التراسونيک در فرکانسي بالاتر از 02 کيلو هرتز کار مي کنند و صدایي توليد مي کنند که شبيه یک سوت بوده که مي تواند براي اوپراتور در دراز مدت توليد مزاحمت و اذیت کند.

امواج توليد شده در مبدل، به بوستر رفته و دامنه آن تا حد دلخواه افزایش پيدا مي کند و سپس در شيپوره )که یک وسيله صوتي مکانيکي است. امواج صوتي مستقيماً به قطعه کار منتقل مي شود.

همچنين شيپوره نقش اعمال فشار بر روي قطعه را نيز بر عهده دارد.

 بعد از انتقال امواج صوت به قطعه کار، انرژي نوساني فوق از قشرهاي بالایي قطعه ي ترموپلاستيکي عبور کرده و در سطح مشترک دو جسم متمرکز مي شود.در نتيجه ي این عمل حرارت لازم براي ذوب پلاستيک بوسيله ي اصطکاک حاصل از نوسان)جنبش مولکولي( یک سطح درمقابل سطح دیگردرموضع اتصال ایجاد مي شود.این حرارت سبب گداخته شدن مرز برجسته و باعث نرم شدن و ذوب پلاستيک و به وجود آمدن شرایط جوشکاري مي شود.

همگن ساز فراصوت، جوشکاري فراصوت یا التراسونيک، روشي متداول و فراگير در کشورهاي پيشرفته و صنعتي براي جوشکاري عمدتاً قطعات پلاستيکي و بعضاً قطعات فلزي بوده و در دسته بندي روش هاي جوش کاري، زیر مجموعه ي روش جوشکاري با گرم کردن داخلي مکانيکي مي باشد. 

همچون سایر روش هاي جوشکاري مراحل پنج گانه جوشکاري در این جا نيز وجود دارد:

 0(آماده سازي سطح شامل تميز کاري و براده برداري: وجود آلودگي و لبه هاي اضافي باعث افت کيفيت جوشکاري خواهد شد. 

0( گرم کردن: از انرژي امواج فراصوت با فرکانس هاي بالا در حدود 02 تا 02 کيلوهرتز براي این منظور استفاده مي گيرد. 

3( فشردن: وقتي دو قطعه کار به قدر کافي گرم شوند باید به یکدیگر فشرده شوند. این فشار با کمک سيستم پنوماتيک و هورن )شيپوره( دستگاه هاي جوشکاري تامين مي شود.

 0( آميزش بين مولکولي: تماس دو قطعه ي کار گرم شده و در آستانه ي ذوب با یکدیگر و فشار وارده بر آن ها فرصت را براي آميزش مولکول هاي دو قطعه کار در یکدیگر فراهم مي آورد. 

0( خنک کردن: انجماد و سرد شدن محل جوشکاري، آخرین مرحله بوده که در این مرحله پليمرهاي نيمه کریستالي، ساختار کریستالي خود و پليمرهاي آمورف یا بي شکل نيز ساختار خاص خود را در قبل از عمليات جوشکاري به دست خواهند آورد. در این مرحله، تنش هاي پسماند و اعوجاج در قطعه ي کار محتمل است. در این روش، مراحل 0 ، 3 و 0 تقریباً هم زمان و در کسري از ثانيه صورت مي گيرد و قطعه ي کار بلافاصله سرد مي شود.

موفقيت جوش به طراحي مناسب اجزا و مناسب بودن موادي که جوش داده مي شوند، بستگي دارد. از آن جا که جوشکاري التراسونيک بسيار سریع است )کمتر از 0 ثانيه( و قابليت اتوماسيون دارد، به طور وسيع از آن در صنعت استفاده مي شود. براي تضمين سلامت جوش، طراحي مناسب اجزا بخصوص فيکسچرها لازم است. با طراحي مناسب، از این روش مي توان در توليد انبوه استفاده کرد.

 کاربرد جوشکاری التراسونیک  

جوشکاري پاکت هاي بسته بندي مایعات جوشکاري ورق هاي روکش شده، براي جوشکاري قطعات تو خالي ریخته شده مانند جعبه هاي کوچک،جاتخم مرغي هاواسباب بازي ها جاسازي یک قطعه مثل پلاستيک در قطعه اي دیگرمثل فولادهمراه با اتصال بين آن دو عدم نياز به ذوب کامل 

جوشکاري فلزات نرم نظير آلومينيوم ، مس و فلزات گران قيمت اتصال دادن فلزات غيرهم جنس و با اختلاف نقطه ذوب زیاد

حوضچه مذابي هم درست نمي شود در نتيجه محافظت از آن منتفي است.

جوشکاري ورقهاي بسيار نازک 

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

بالا بودن سرعت جوشکاري و در نتيجه توليد بالا با قيمت پایين عدم تغيير رنگ در نقطه جوش 

نياز به حداقل تميز کاري سهولت در اتوماسيون

هيچ نقصي توسط گازها، قوس و فلزات پرکننده ایجاد نمي شود.

فلزات غيرمشابه که تفاوت زیادي بين نقطه ذوب انها وجود دارد را مي توان به هم متصل کرد.

حداقل تغيير شکل در صفحات ایجاد مي شود.

مقاطع نازک و ضخيم را مي توان به هم جوش داد.

دماي کم ایجاد شده  جوش دادن شيشه ها توسط روش هاي دیگر غير ممکن است.

محدودیت های ماشین جوشکاری التراسونیک

• هزینه بالا
• ضخامت یکي از قطعات از حد مشخصي بالاتر نمي تواند باشد.
• در صورت عدم کنترل صحيح متغيرها ،ممکن است دو قطعه به سندان جوش بخورد .
• با توجه به تنش هاي خستگي شدید اعمالي ،عمرکاري قطعات دستگاه کم است 
• مهم ترین محدودیت این روش محدودیت در انرژي اعمالي و کوچک بودن عرض شيپوره )کمتر از 002 ميلي متر( است و در نتيجه طول جوشي که به وجود مي آید کوچک است.

موارد استفاده از ماشین جوشکاری و همگن ساز فراصوت

صنایعي که این نوع جوشکاري در آن کاربرد دارد: – استفاده در صنعت الکتریک و الکترونيک – استفاده در صنعت بسته بندي – استفاده در صنعت اتومبيل سازي – استفاده در صنعت پزشکي و تجهيزات پزشکي – استفاده در صنعت اسباب بازي و صنایع مرتبط دیگر

تاریخچه ی شناخت همگن ساز فراصوت

در سال 0003،  نخستين بار گالتن متوجه امواج ماوراي صوت شد. او با استفاده از لوله ي بسته اي که به کمک یک پيچ مي توانست طول آن را تغيير دهد، ارتعاشات صوتي بسيار ریزي با فرکانس زیاد توليد کرد و ضمن کاهش تدریجي طول لوله، بسته متوجه شد که در هنگام دميدن در آن صدایي را نمي شنود. وليکن سگي که در نزدیکي وي بود عکس العمل نشان مي دهد. همين موضوع او را متوجه امواج ماوراي صوت کرد.

 در سال 0022 ميلادي آ. ادلمان سوتک گالين را کامل کرد و آن را به فرکانس حدود 002222 هرتز رسانيد. در سال 000۰ ميلادي هارتمان بر اساس کارهاي قبلي سوتکي ساخت که در آن هواي متراکم از یک سوراخ مخروطي شکل خارج و به دهانه ي لوله استوانه هاي شکل که طول و قطر آن برابر است، وارد مي گردد و توليد صوت مي کند. در سوتک هارتمان سرعت خروج هوا و برخورد آن به لوله سوتک بسيار زیاد و بيش از سرعت صوت است.

کاربرد هاي امواج مافوق صوت

انسان در جریان جنگ جهاني دوم ، راهي براي استفاده از این فرکانس هاي بسيار بالا ، پيدا کرد.. کاربرد اوليه  ي آن ،ردیابي اشيا مثل زیر دریایي ها مي باشد. بعد ها کاربرد آن  بسيار فراتر رفت و در صوت، کاربردگسترده اي پيدا کرد. ماوراي صوت تحت عنوان مافوق صوت، همگن ساز فراصوت و فراصوت نيز مطرح است. 

 تاریخچه همگن ساز فراصوت

دامنه ي کاربرد همگن ساز فراصوت  در پزشکي طي 32 سال اخير به سرعت گسترش یافته است. دلایل اصلي این توسعه عبارتند از : ارزاني ، غير تهاجمي بودن و تا کنون عدم مشاهده آثار زیان بخش در سطوح شدت هاي لازم براي امور تشخيصي به ویژه در عکسبرداري بافت نرم )در مقایسه با روش هاي رادیولوژیکي این تکنيک بسيار بهتر است. 

سیر تحول و رشد در طب هسته ای

استفاده از دستاوردهاي علم فيزیک در پزشکي، یکي از برجسته ترین زمينه  هاي کاربرد علم فيزیک مي باشد و فيزیک پزشکي به عنوان یکي از شاخه هاي پویاي پزشکي مطرح است. شاید در گذشته استفاده از علم فيزیک در پزشکي فقط محدود به تصاویر رادیولوژي و استفاده از اشعه ایکس بود. اما امروزه کشف پدیده هاي مادي نظير همگن ساز فراصوت ، استفاده از رادیو ایزوتوپ ها در طب هسته اي و … از جمله زمينه  هاي جالب و رو به تکامل این علم در عرصه پزشکي محسوب مي شود.

به کمک این  پدیده ها تشخيص ناهنجاري ها و عوارض بيماري ها و شناخت آسيب ها نه تنها آسان تر شده بلکه از لحاظ زیان بار بودن براي سلامتي انسان نيز تا حدود زیادي وضعيت بهبود یافته است. دانشمندان این عرصه نظير گالتو را به ابداع روشي بي خطرتر براي تشخيص وادار کرد. وي سرانجام با کشف پدیده ي ماوراي صوت و کاربرد آن در کشتي هاي آتشنشاني و زیردریاي ها در پزشکي نيز زمينه استفاده ي آن فراهم گردید. 

استفاده از قابليت هاي أمواج همگن ساز فراصوت که گوش انسان قادر به شنيدن آن ها نيست، به دنبال بروز برخي از بيماري ها مرتبط با تابش اشعه ایکس( نظير لکوپني )کاهش گلبولهاي سفيد خون( صورت گرفت. البته باید توجه داشت که در استفاده از اشعه ي ایکس ایجاد تصویر بر اساس شدت جذب این اشعه، بافت ها با چگالي متفاوت مي باشد. در حالي که در سونوگرافي ایجاد تصویر بر اساس بازتاب هاي (Echo) امواج واحدهاي صوتي به هنگام تغيير لایه هاي بافتي در بدن است.

کاربرد امواج فرا صوتی

از کاربردهاي امواج ماوراي صوتي و همگن ساز فراصوت به غير از کاربردهاي نظامي در کشتيها و زیردریایيها و پزشکي، مي توان نيز به موارد زیر  اشاره کرد:

حفره سازي: حفره سازي در مایعات یا (Cavitation) ایجاد انقباض و انبساط حين عبور امواج فراصوتي خصوصاً انبساط باعث خروج گاز، محلول در مایع شده و حباب تشکيل مي شود.

اثر گرمایي: امواج ماوراي صوتي به عنوان امواج مکانيکي حامل انرژي بوده و در هنگام عبور از بافت ها بخشي از آن جذب و انرژي آن به صورت گرما در مي آید. این گرما باعث انبساط دروني بافت شده، جریان خون را افزایش مي دهد و نهایتاً باعث تسریع در ترميم بافت آسيب دیده مي شود.

ميکرو ماساژ:  فشردگي و انبساط موضعي بافت ها حين عبور امواج ماوراي صوت در واقع نوعي ميکروماساژ محسوب مي شود و در خستگي ها و کوفتگي ها بسيار مفيد است. و در کاهش ورم و التهابات موثر است.

تشخيص‌های پزشکي: تشخيص سن جنين ، بيماري هاي زنان و زایمان ، تشخيص تومورهاي مغزي و پستاني ، شناسایي خونریزي هاي مغزي و اعصاب ، شناسایي و تشخيص سنگ هاي کليوي ، مجاري ادراري و … از کاربردهاي مهم ماوراي صوت در سونوگرافي و پزشکي مي باشد.

احتياطات لازم در کاربردهاي پزشکي همگن ساز فراصوت

در وجود عفونتهاي شدید و موضعي استفاده از  همگن ساز فراصوت مي تواند باعث بخش شدن عفونت و حدود عفونت به جریان خون کشيده شود که بسيار خطرناک است.

امواج پيوسته ي ماوراي صوتي، خصوصاً در فرکانس هاي بالا داراي انرژي زیاد بوده و در انرژي هایي بالاتر از  Kw/cm2  0 اگر ترانسدیوسر در سطح بدن بيمار در یک مکان ثابت بماند، این انرژي بالا مي تواند باعث توليد گرماي فراوان و سوختگي ها یا تخریب بافتي شدید شود. این موضوع در بافت هاي حساس نظير چشم و مغز بسيار مهم است.

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

باید توجه داشت با توجه به ميزان امواج مقادیر توجيه شده این امواج (Dose) در تشخيص بيشتر از درمان است و نباید در تشخيص ، از دردهاي درماني مخصوصاً آبستني استفاده کرد.

پیزوالكتریك  

مقدمه پیزوالکتریک

اثر پيزو الکتریک ، قابليت بعضی مواد است برای تبدیل انرژی مکانيکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانيکی. توليد اختلاف پتانسيل الکتریکی در برخی بلورهای نارسانا مثل کوارتز تحت کشش یا فشار. علامت پتانسيلهای دو وجه بلور در دو حالت فشردگی یا کشيدگی معکوس هم ارزند و هر چه ميزان فشار کشش بيشتر باشد، اختلاف پتانسيل توليد شده بيشتر است.

اثر معکوس پيزو الکتریک نيز در این معنی تغيير شکل آنها بر اثر اعمال اختلاف پتانسيل الکتریکی بين دو وجه روبروی آنهاست. اگر دو وجه روبرویی در یک هر یک از این بلورها را به اختلاف پتانسيل متناوب الکترکی وصل کنيم، تغيير شکل متناوبی در آن رخ ميدهد و به ارتعاش در می آید.

سیر تحولی و رشد پیزوالکتریک

اثر پيزوالکترکی چنانچه گفته شد توانایی برخی مواد ميباشد که برای تبدیل انرژی مکانيکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی مکانيکی به انرژی مکانيکی است، این اثر را برادران کوری ، پيير و ژاک کوری ، در دهه 2331 کشف کردند. موادی که این پدیده را از خود بروز ميدهند مواد پيزو الکترکی ناميده ميشوند. اثر پيزوالکترکی در انواع بسياری از مواد از جمله تک بلورها ، سراميکها ، بسپارها و مواد مرکب دیده ميشوند.

فعاليت پيزوالکتریکی در اکسيدهای نسوز بس بلور در تيتانيوم باریوم(BT)  کشف شد و در دهه 2591 اثرهای پيزوالکتریکی درمحلول جامد تيتانات زیرکونات سرب(PbT)  کشف شد .

اثر مستقیم و معکوس پیزو الکتریک

وقتی مادهای پيزو الکترکی تحت تأثير مکانيکی )به صورت انبساط یا انقباض( قرار ميگيرد، مقداری بار الکتریکی در سطح آن ظاهر ميشود. این بار به توليد ميدان الکتریکی و پتانسيل متناظر با آن ميانجامد.

برعکس ، در پی اعمال ميدانی الکتریکی ، با مقادیر گرانش مکانيکی روبرو ميشویم. اثر اول به اثر سيستم و اثر دوم به اثر معکوس موسوم است. جهت گيری )قطعيت( و مقادیر بار و پتانسيل ایجاد شده اثر مستقيم ، به جهت و بزرگی نيروی اعمال شده نيست به بعضی جهتهای بلور شناختی ماده بستگی دارد.

 وقتی نيروی مکانيکی ناپدید ميشود، بار توليد شده نيز از بين ميرود و وقتی جهت کرنش وارونه شود قطبيت نيز وارونه ميشود. بدین ترتيب در پاسخ به کرنش نوسان کننده با ولتاژی نوسانی روبرو ميشویم که جهت و اندازه کرنشی ایجاد شده از طریق اثر معکوس نيز بستگی به جهت و اندازه ميدان الکترکی اعمال شده دارد. شدت اثرهای مستقيم و معکوس در هر مادهای با ثابت پيزوالکتریکی آنd  مشخص ميشود. نسخه دیگرشدت این اثر برای هر ماده ، ثابت جفت شدگی الکترومکانيکیk  است. مربع این ثابت برابر است با کسری از انرژی مکانيکی که ميتواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود، یا نسبت انرژِِی الکتریکی به انرژی مکانيکی .

کاربرد اثر مستقیم پیزو الکتریک در همگن ساز التراسونیک

اثر مستقيم در وسایل راه اندازی و اثر غير مستقيم در دریاچه‌ها مورد بهره برداری قرار ميگيرد. به عنوان مثال ، از مواد پيزو الکتریک برای توليد و آشکارسازی امواج صوتی در هوا )در بلندگوها ، ميکروفونها( یا در آب استفاده ميشود. در سونارها ، ماهی یابها و عمق یابها از تأخير زمانی بين توليد تپ صوتی در دریافت علامت باز تابيده آنرا برای اندازه گيری فاصله تا جسم ورود استفاده ميکنند. این روش همچنين با استفاده از امواج فراصوتی با بسامدهای زیاد )بيشتر از 11KHz) در تصویرگيری پزشکی و بررسی غير تخریبی مواد در تشخيص شکستگيهای و نقصهای داخلی نيز بکار ميرود .

کاربرد امواج فراصوتی در مواد پیزو الکتریک

به علت تضعيف اندک امواج فراصوتی در بيشتر مواد جامدات و مایعات ، ميتوان از این امواج برای کاوش در اعماق بسياری از مواد استفاده کرد. از امواج فراصوتی برابر تمييز کردن و صيقل دادن نيز بهره گيری ميشود.

از تشدید بلورهای پيزو الکتریک در حال ارتعاش ، برای کنترل دقيق بسامد در رادیوها و ساعت‌ها هم استفاده ميشود. همگن ساز فراصوت و امواج فراصوتی سطحی در مواد پيزوالکتریک را در پردازندههای سيگنال قياسی ، مانند صافيهای نوار گذار و صافيهای تراکم تپ ، بکار ميگيرند. مواد پيزو الکتریک ، همچنين در شتاب سنج ها و وسایل استقرار دقيق مولدهای شب در فندکهای اجاق گاز مورد استفاده قرار ميگيرند .

ارتباط اثر پیزو الکتریک با ساختار مولکولی مواد

 اثر پيزو الکتریک با ساختار مواد ارتباط دارد. وقتی مرکز بارهای مثبت ماده اندکی از مرکز بارهای منفی فاصله بگيرد، یک دو قطبی حاصل ميشود، این پدیده در موادی رخ ميدهد که ساختار بلوری آنها نامتقارن است. در بعضی مواد با گشتاور دو قطبی دائمی روبرو ميشویم که نتيجه‌های از عدم تقارن ذاتی در ساختار بلوری است. ولی در مواد دیگر برای ایجاد گشتاور دو قطبی باید کرنشی مکانيکی پدید آورد.

از سی و دو بلور ، بيست و یک عدد از آنها فاقد مرکز تقارنند. بيست عدد از آنها خاصيت پيزو الکتریسيته از خود بروز ميدهند. ده تای دیگر برای نشان دادن گشتاور دو قطبی نياز به کرنش مکانيکی دارند. وقتی فاصله بين بارهای مثبت و منفی بر اثر کرنش مکانيکی نغيير کند ميدان الکتریکی ناشی از دو قطبی تغيير ميکند و بار روی الکترود تغيير ميکند. این فاصله را همچنين ميتوان با اعمال ميدان الکتریکی تغيير داد که به پيدایش کرنشی مکانيکی منجر ميشود .

وابستگی مواد پیزوالکتریک به دما

موادی که گشتاور دو قطبی دائمی دارند اثرات پيزو الکتریک )پيدایش بارا لکتریکی بر اثر گرمایش یکنواخت( و فرو الکتریک )تغيير جهت دو قطبی بر اثر ميدان الکتریکی( نيز از خود بروز ميدهند. چون گشتاور دو قطبی دائمی ممکن است حداقل دو جهت داشته باشد واکنشهای داخلی با ترکيب این جهت گيری متفاوت ممکن است به حداقل برسد. معمولا حوزههایی )ناحيه‌هایی که در آنها تمام دو قطبيها در جهت خاصی سمتگيری ميکنند( با جهت گيریهای دو قطبی متفاوت تشکيل خواهند شد. موادی که گشتاور دو قطبی دائمی دارند معمولا در دماهایی به ساختار تقارنی بالاتر که فاقد گشتاور دو قطبی دائمی است گذر ميکنند. این دما را نقطه کوری مينامند، وقتی دما به طرف نقطه کوری افزایش مييابد، به شدت اثر پيزو الکتریک مييابد .

وجود اثر پيزو الکتریک در تک بلور

اثر پيزو الکتریک در انواع بسياری از مواد ، از جمله تک بلورها ، سراميکها ، بسپارها و مواد مرکب دیده ميشود. کوارتز یکی از متداولترین مواد پيزو الکتریک تک بلور است و پایداری دمایی بسيار خوبی دارد. ثابت پيزو 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 بيس بلور( ، محورهای بلور شناختی دانه‌های متفاوت بطور گستردهای جهت دیگری شده است و دو قطبيها اثر یکدیگر را خنثی ميکنند، مگر اینکه با اعمال ميدانی الکتریکی برای همسو کردن دو قطبيها قطبيتی در ماده ایجاد شده باشد. عمل ایجاد قطبيت را همچنين ميتوان با اعمال ميدان الکتریکی در دمایی بالاتر از نقطه کوری و سرد کردن مجدد و رساندن آن به نقطه کوری تا در جهت خاصی همسو شوند.

پيزوالکتریسيته خاصيتی است در مواد بلوری که در روند ان فشار وارد شده بر بلور، ایجاد الکتریسته می کند و به عکس اعمال الکتریسيته باعث ایجاد فشار می شود. دليل این امر در بلور کوارتز با فرمولSIO2  ان است که در حالت معمولی ودر حالتی معين از بلور کوارتز، شش گوشی تشکيل می شود که گوشه های ان به صورت یک در ميان با یون اکسيژن و سيليس 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 الکریسيته، ازاد کند و به عکس، اعمال الکتریسيته باعث به هم خوردن سطح شش گوش می شود  وبنابر این فشاری در بلور ایجاد می کردد.

از این ویژگی، استفاده های بسيار زیادی در تکنولوژی شده است که همان گونه که در شماره ی پيشين 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 الکتریسيته حاصل از فشار را به مغز شما می رساند. به عنوان یک مثال جالب، به مارماهی توجه کنيد که با ایجاد فشار بر بدن خویش، باعث توليد الکتریسيته ای می شود که می تواند حتی انسان را بکشد! درباره ی خاصيت پيزوالکتریسيته کوارتز در کتب کانی شناسی و کریستالوگرافی مطالب بسياری آمده است .

بسياری از پليمرها، سراميک 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 تاثير یک منبع الکتریکی قرار می گيرند، عناصر قطبی ان ها خود را با جهت الکتریکی منبع مزبور هماهنگ می کنند و با قطع ولتاژ تحریک کننده، این خاصيت را از دست می دهند در این ميان مواد پيزو الکتریک، مانند بلور کوارتز و یا تيتانيت باریم در پی تحریکی که باعث تغيير در مختصات ذرات قطبی شده، شروع به ایجاد یک ولتاژ الکتریکی می کنند. در نتيجه خاصيت پيزو الکتریسيته، هنگامی به ظهور می رسد که بلور تحت تاثير یک فشار مکانيکی قرار بگيرد و در این زمان قطب مثبت در یک وجه بلورهای نارسانا مانند کوارتز و قطب منفی نيز در وجه مخالف آن ایجاد می گردد. از این خاصيت در ساخت وسائلی مانند ميکروفون ها و فونوگراف ها و در فيلتر سازی امواج در تلفن ها و غيره مورد استفاده قرار می گيرد.  در بازار اقتصادی سراميک های نوین، سراميک های الکتریکی یکی از جاافتاده ترین بازارهای موجود است.

علاوه بر گسترش زمينه های مصارف قبلی، مصارف جدید مربوط به کاربردهایی است که پيزوالکتریک ها و خصوصاً پيزوسراميک ها اخيراً وارد آن حيطه ها شده اند. با توجه به مطالب ارائه شده و نقش تعيين کننده ی این نوع قطعات در صنایع مختلف و در راستای گام نهادن در مسير خودباوری و خوداتکایی و دستيابی به دانش روز، چنين به نظر می رسد که اهميت و ضرورت پایه گذاری صنایع الکتروسراميک ها و از جمله پيزوالکتریک در کشور، امری روشن، واضح و قابل درک است.

 کاربرد پیزوالکتریک ها در همگن سازی فراصوت

 0- به عنوان مبدل انرژي نوساني به انرژي الکتریکي )کنترل تهييج، شتاب سنج …

 5- به عنوان مبدل انرژي صوتي به انرژي الکتریکي )در دیسک هاي صوتي، ميکروفون، بلندگو و زنگ اخبار  …در دریافت و انتقال امواج التراسونيک )پروب امواج التراسونيک، سنسورهايAE  و کنترل امواج التراسونيک در توليد ولتاژ و جرقه با ولتاژ بالا )جرقه زن( و کاربردهاي دیگر )ماشين آلات برقي، وسایل پزشکي و خانگي، بيوسنسورها  …(

بررسي هاي به عمل آمده نشان داده است که از بازار 511 ميليارد دلاري سراميک ها در جهان، حدود یک سوم آن یعني حدود 33 ميليارد دلار، مربوط به سراميک هاي پيشرفته است. در بازار اقتصادي سراميک هاي نوین، سراميک هاي الکتریکي )که شامل پيزو و پيروالکتریک ها هم مي شود( یکي از جاافتاده ترین بازارهاي موجود است. آمارهاي موجود نشان مي دهد که بازار مواد پيزو و پيروالکتریکي در جهان، تقریباً 00 ميليارد دلار )در سال هاي 5110-5111( به خود اختصاص داده است.[0]

جوشکاری فراصوت مقدمه

همگن ساز فراصوت، جوشکاری فراصوت² یا اولتراسونيک، روشی متداول و فراگير در کشورهای پيشرفته و صنعتی برای جوشکاری عمدتاً قطعات پلاستيکی و بعضاً قطعات فلزی بوده و در دسته بندی روش های جوش کاری، زیر مجموعه ی روش جوشکاری با گرم کردن داخلی مکانيکی می باشد. 

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

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

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

8( فشردن: وقتی دو قطعه کار به قدر کافی گرم شوند باید به یکدیگر فشرده شوند. این فشار با کمک سيستم پنوماتيک و هورن )شيپوره( دستگاه های جوشکاری تامين می شود.

  ( آميزش بين مولکولی⁹: تماس دو قطعه ی کار گرم شده و در آستانه ی ذوب با یکدیگر و فشار وارده بر آن ها فرصت را برای آميزش 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 پليمرهای نيمه کریستالی، ساختار کریستالی خود و پليمرهای آمورف یا بی شکل نيز ساختار خاص خود را در قبل از

²1  Ultrasonic weldingSurface Preparation 

4³  PressingHeating  

          ₆⁵  Intermolecular DiffusionCooling         

عمليات 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 ثانيه صورت می گيرد و قطعه ی کار بلافاصله سرد می شود. موفقيت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می شوند، بستگی دارد. از آن جا که جوشکاری اولتراسونيک بسيار سریع است )کمتر از 2 ثانيه( و قابليت اتوماسيون دارد، به طور وسيع از آن در صنعت استفاده می شود. برای تضمين سلامت جوش، طراحی مناسب اجزا بخصوص فيکسچرها لازم است. با طراحی مناسب، از این روش می توان در توليد انبوه استفاده کرد.

اجزای ماشین جوشکاری اولتراسونیک

یک ماشين جوشکاری اولتراسونيک، شامل اجزای زیر است: یک منبع تغذیه،  یک مبدل، یک آمپلی فایر تقویت کننده به نام بوستر،  یک وسيله هدایت امواج فراصوت و همگن ساز فراصوت به نام شيپوره^۰ منبع تغذیه فرکانس برق شهر برای تبدیل فرکانس1 -91 هرتز را به فرکانس۰1-11 کيلو هرتز.  این انرژی به مبدل می رود و در مبدل دیسک پيزو الکتریک، همگن ساز فراصوت، موج الکتریک با فرکانس بالا به ارتعاشات مکانيکی )امواج اولتراسونيک(با فرکانس بالا تبدیل می شود. اغلب ماشين های اولتراسونيک در فرکانسی بالاتر از 11 کيلو هرتز کار می کنند و صدایی توليد می کنند که شبيه یک سوت بوده که می تواند برای اوپراتور در دراز مدت، توليد مزاحمت و اذیت کند.

لذا توجه به ميزان دسی بل صدای این دستگاه ها بسيار مهم است. امروزه شرکتهای معتبر اروپایی و شرکت همگن ساز فراصوت هزینه های بسيار زیادی را صرف تحقيق و توسعه محصولات خود نموده اند تا علاوه بر افزایش راندمان و کيفيت جوشکاری دستگاه های خود، این صدا های مزاحم را در حد بسيار زیادی کاهش دهند. امواج توليد شده در مبدل به بوستر رفته و دامنه ی آن تا حد دلخواه افزایش پيدا می کند و سپس در شيپوره )که یک وسيله ی صوتی مکانيکی است( امواج صوتی مستقيماً به قطعه کار منتقل می شود.

همچنين شيپوره، نقش اعمال فشار بر روی قطعه را نيز 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 پلاستيک و به وجود آمدن شرایط جوشکاری می شود.

⁷ horn

مزایا و محدودیت ها 

مزایای این روش عبارت اند از:

راندمان بالا 

 توليد بالا با قيمت پایين )با توجه به سرعت زیاد هر سيکل جوشکاری امکان افزایش توليدات به راحتی مهياست( 

سهولت در اتوماسيون   سرعت جوش بالا   تميز بودن آن

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

موارد استفاده از جوش اولتراسونيک 

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

 استفاده در صنعت الکتریک و الکترونيک – استفاده در صنعت بسته بندی – استفاده در صنعت اتومبيل سازی – استفاده در صنعت پزشکی و تجهيزات پزشکی – استفاده در صنعت اسباب بازی – صنایع مرتبط دیگر

تعریف فراصوت و همگن ساز فراصوت

امواج اولتراسونيک به دسته ای از امواج مکانيکی گفته میشود که فرکانس نوسانشان بيش از محدوده ی شنوایی انسان (20Hz-20KHz) باشد. این امواج به دليل خواصی که دارند، کاربردهای متنوع و بعضاً جالبی پيدا کرده اند. با محاسبه ای ساده می توان دریافت که اگر نقطه ای با فرکانس 19 کيلوهرتز و دامنه 21 ميکرومتر 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 کاویتاسيون می شود و در هنگام انفجار، حباب های ایجاد شده فشاری در حدود 111 بار و دمایی در حدود 9111 کلوین ایجاد می گردد.