Generalități Privind Echipamentele de Sudură cu Ultrasunete

1.1. Ultrasunetele. Mărimi caracteristice.

Ultrasunetele reprezintă oscilaţii mecanice ale particulelor unui mediu elastic, fluid sau solid, având frecvenţa situată între 16 kHz (care reprezintă limita superioară a domeniului audibil) şi 100MHz. Oscilaţiile produse peste această frecvenţă se numesc hipersunete, dar acestea se atenuează complet după străbaterea câtorva milimetri prin aer.

Datorită frecvenţei lor ridicate, ultrasunetele manifestă unele particularităţi specifice:

- transportă energii mult mai mari decât sunetele;

- absorbţia şi difuzia ultrasunetelor este mai pronunţată în comparaţie cu sunetele raportate la acelaşi mediu;

- transmisia ultrasunetelor creşte cu densitatea materialului;

- acceleraţia particulelor este mare, aproximativ 105g;

- pot fi amplificate, focalizate şi dirijate în direcţia dorită;

- apariţia fenomenului de cavitaţie – fenomen ce constă în ruperea unui lichid în anumite zone şi refacerea imediată a acestuia sub acţiunea unor tensiuni superficiale ridicate ce apar ca urmare a destinderilor şi comprimărilor succesive ale mediului determinate de propagarea undei. Datorită presiunilor ridicate din interiorul cavităţilor, acestea se distrug provocând şocuri hidraulice foarte puternice.

Ultrasunetele se pot obţine în acelaşi mod ca şi sunetele, prin vibraţia suprafeţei unei surse în contact cu mediul de propagare. Prin această suprafaţă se transmite mediului o parte din energia sursei care o face să vibreze, suprafaţa devenind astfel un radiator acustic, care acţionează asupra mediului. [1.]

Practic energia este transmisă particulelor mediului, care vor oscila în jurul poziţiei de echilibru, iar după trecerea undei, mişcarea de oscilaţie se amortizează. Dacă direcţia de oscilaţie a particulelor se suprapune cu direcţia de propagare a undei, acestea se numesc longitudinale; dacă direcţia de oscilaţie a particulelor este perpendiculară pe direcţia de propagare a undei, acestea sunt numite transversale. În aplicaţiile tehnologice intervin unde longitudinale, pentru care se pot scrie relaţiile:

, unde reprezintă deplasarea particulei în mişcarea oscilatorie efectuată în jurul poziţiei de repaus, iar p vu vp este presiunea locală determinată de mişcarea oscilatorie a particulei cu viteza vp d /dt

Densitatea volumică w a energiei, în J/m3, transportată într-un mediu cu densitatea de către o undă cu amplitudine m şi pulsaţie f (unde f este frecvenţa oscilaţiei) este:

Viteza de propagare a undei vu , în m/s, într-un mediu solid este:

, în care Y este modulul de elasticitate (modulul lui Young).

Intensitatea acustică I, în W/m2, se defineşte prin relaţia:

, unde Rm vu este rezistenţa acustică specifică mediului de propagare.