При распространении продольной звуковой волны в среде возникают чередующиеся между собой области сжатия (пучности) и разрежения (узлы). В первых амплитуда колебаний частиц среды будет иметь максимально достижимое значение Ак - Атах, а во вторых - Ак = = 0. При гармонических колебаниях мгновенная величина смещения Ак частицы от положения равновесия будет

А* = Атах sin (сот + ср0),

где Атах - максимально достижимая амплитуда смещения; ср0 - начальная фаза колебаний. Выражение (сот + + ф0) является фазой гармонически переменной величины.

В зависимости от скорости звука с значение Ак можно определить выражением

Ак = Л„,ах sin со (т - х/с),

где х - расстояние вдоль оси распространения звуковой волны.

Распространение звуковых волн вызывает колебания упругой среды и ее материальных частиц. Каждая частица среды, выведенная из исходного положения равновесия, занимает в процессе колебаний поочередно одно из крайних положений: происходит колебательный процесс. При этом осуществляется перенос энергии УЗК. Соответственно возникают (особенно в твердых телах) потери энергии, обусловленные внутренним трением, теплопроводностью и упругим гистерезисом.

Потери энергии УЗК в твердых телах всегда больше, чем в жидких средах. С учетом коэффициента потерь звука а в среде

А - А р~ах

Поперечные (сдвиговые) волны характеризуются меньшим значением а, чем продольные.

УЗК интенсивно поглощаются в газах, воздухе и пористых материалах (резине, пенопластах и т. п.). Соответственно уменьшается значение Ак. Воздушная среда практически полностью поглощает звуковые волны. На границе раздела двух однородных или разнородных сред часть энергии УЗК переходит в смежную с источником энергии среду, а часть отражается. Наложение падающей и отраженной волн (интерференция) приводит к возникновению стоячих волн.

В пучностях стоячей волны значение AmS}i равно двойному значению амплитуды бегущей (падающей) волны. В продольной стоячей волне пучности совмещены с узлами давлений: фазы давлений и смещений сдвинуты относительно друг друга на величину

Технологическая сущность УЗО состоит в использовании явлений и эффектов, возникающих в различных средах под воздействием УЗК (рис. 7.2). В одних технологиче-

УЗК

Генерирование и передача тепла

Механические эффекты

Каватационные явления

Диффузионные явления

Акустические потоки

Вакуумный эффект

Химические Эффекты

Т

Капиллярные , эффекты

Рис. 7.2. Эффекты и явления, возникающие в технологических под воздействием УЗК средах

ских процессах эти явления и эффекты будут решающими, в других - сопутствующими, интенсифицирующими осуществляемую и без УЗК операцию.

Генерирование тепла в результате потерь энергии при передаче УЗК в ряде случаев является положительным фактором и реализуется, например, при ультразвуковой сварке.

Кавитационные явления - основа всех технологических процессов УЗО, проводимых в жидких средах (очистка, диспергирование и др.) [2, 19, 58].

Акустические потоки в ультразвуковом поле также интенсифицируют проведение технологических процессов в.жидкостях за счет образования характерных микропотоков [2, 19, 58].

Химические эффекты при УЗО ускоряют проведение химических реакций, например при оксидировании и подобных процессах.

Механические эффекты связаны с возникновением больших знакопеременных напряжений в твердых телах и приводят к усталостным явлениям. Они, в частности, активизируют ультразвуковую сварку, обработку давлением и др. [2].

Диффузионные явления в результате распространения ультразвуковой энергии способствуют интенсивному перемешиванию жидкостей [2].

Вакуумный эффект снижает температуру кипения жидкости и интенсифицирует удаление влаги: ускоряется сушка порошкообразных и пористых материалов.

Капиллярные эффекты возникают под воздействием ультразвуковой энергии; они улучшают процессы в жидкостях и расплавах (ультразвуковые пайка, лужение и др.) [2, 58].

Классификация процессов. Все процессы, проводимые с воздействием УЗК, можно классифицировать по технологическим особенностям (рис. 7.3) на следующие группы.

1. Ультразвуковая абразивная обработка (УЗАО). Эту группу процессов (наиболее многочисленную) можно разделить на операции, выполняемые свободными (незакрепленными) абразивными зернами (в основном обработка твердых хрупких материалов) и УЗАО абразивно-алмазными инструментами (кругами и брусками). При осуществлении операций, выполняемых свободными абразивными зернами, определяющим является воздействие УЗК, за исключением ЭХ У30 твердых сплавов, где превалирует ЭХО. Во второй группе операций УЗАО - абразивно-алмазными инструментами - УЗК оказывают интенсифицирующее воздействие; здесь абразивная обработка - основной фактор осуществления операций, поэтому эта группа операций относится к УЗКО.

2. Ультразвуковая комбинированная обработка (УЗКО). Процессы, относящиеся к ней, делят на группы

v операций обработки давлением (УЗОД), ультразвуковой механической обработки резанием (УЗМО) и электрохимической ультразвуковой обработки (ЭХУЗО). Для них характерно интенсифицирующее (дополнительное) воздействие УЗК; основой их являются соответственно об-

работка давлением, резанием, ЭХО.

3. Ультразвуковая интенсификация металлургических процессов. Характеризуется навигационными эффектами и акустическими потоками (рис. 7.4). УЗК способствуют