Ультразвук в науке и технике. УЗ сварка. УЗ очистка. Применение акустических волн для увеличения нефтедобычи

УЗ

соприкосновения
f - частота колебаний от 10 до 100 кГц
ξ - амплитуда колебаний
Txsinωt - переменная сила со стороны сонотрода ω=2πf
Нормальные σz и тангенциальные τх напряжения

текучести

S- площадь отпечатка наконечника

Чтобы обеспечить однородное напряженное состояние в зоне сварки, необходимо выполнение условия a≥3δ, где a – радиус наконечника, δ – толщина детали

связанные с сухим трением скольжения: происходит схватывание соприкасающихся вершин естественных микронеровностей соединяемых поверхностей и затем типичное для сухого трения разрушение вблизи узла схватывания.

Tx≤ µN

Вершины соприкасающихся микронеровностей деформируются в отсутствии скольжения, и процессы, характерные для сухого трения скольжения, не имеют места. Под действием напряжений σz и τx происходит лишь пластическое растекание вершин контактирующих микронеровностей, сближение соединяемых поверхностей и затем диффузионное «сращивание» зерен металла обеих деталей.

входят резонансный магнитострикционный (или пьезоэлектрический) преобразователь и УЗ концентратор со сварочным наконечником. Длина опоры в сварочных установках с изгибными и крутильными колебаниями выбирается близкой к нечетному числу λ/4 , где λ – длина волны выбранной моды изгибных (крутильных) колебаний в материале опоры.

колебаний наконечника, t - время сварки

Мощность УЗ сварки

Алюминиевый проводник диаметром 25 мкм с пленкой алюминия толщиной 1 мкм, нанесенной на кремниевую подложку: N=0,3-0,4 Н, ξ=2-5 мкм, f = 60 кГц, t=0,1-0,2 c, затрачиваемая электрическая мощность W=20-50 Вт.

Сварка медной фольги толщиной 0,2 мм в режиме f=20 кГц, N=900 Н, ξ=7 мкм осуществляется за время 0,3-0,5 с при затрачиваемой мощности W=1,2 кВт

Медные листы толщиной 1 мм соединяются при N=4400 Н, ξ=13-15 мкм, f=20 кГц за время 1,2-1,3 с при W=4 кВт

колебаний наконечника, t - время сварки

Мощность УЗ сварки

Алюминиевый проводник диаметром 25 мкм с пленкой алюминия толщиной 1 мкм, нанесенной на кремниевую подложку: N=0,3-0,4 Н, ξ=2-5 мкм, f = 60 кГц, t=0,1-0,2 c, затрачиваемая электрическая мощность W=20-50 Вт.

Сварка медной фольги толщиной 0,2 мм в режиме f=20 кГц, N=900 Н, ξ=7 мкм осуществляется за время 0,3-0,5 с при затрачиваемой мощности W=1,2 кВт

Медные листы толщиной 1 мм соединяются при N=4400 Н, ξ=13-15 мкм, f=20 кГц за время 1,2-1,3 с при W=4 кВт

(или деталей), колеблется с УЗ частотой f=20-100 кГц. Направление колебаний обычно совпадает с направлением действия силы N и перпендикулярно поверхности соприкосновения листов.

t ~0,1 - 5-10 с
N ~ 10-100 Н
ξ ~ 25-70 мкм

Обычно прочность соединений составляет 50-70% прочности соединяемого материала. Толщины соединяемых материалов 1мкм- 1мм.

Хорошо свариваются: органическое стекло, полистирол, полиамиды, полиэтилентерефталат 10-40 мкм, полиэтилен 0,3-10 мм, ткани из полиамидов (капрон), лавсан 0,2-0,3 мм

раствор вводятся УЗ колебания

излучения
звукокапиллярный эффект.

На краях пленки загрязнения пульсирующие пузырьки, совершая интенсивные колебания, преодолевают силы сцепления пленки с поверхностью, проникают под пленку и отслаивают ее. Захлопывающиеся кавитационные пузырьки создают микроударное воздействие на поверхность

Способствуют проникновению моющего раствора в микропоры

очистки: 0,5-10 Вт/см2

Достоинства УЗ очистки
- Повышенная скорость очистки в воде и в растворителе
- Низкие затраты
- Меньшее требуемое пространство
- Возможность применения для очистки опасных веществ
- Высокий уровень безопасности
- Отсутствие загрязнения окружающей среды
- Высокие качественные результаты

предназначены для решения следующих задач:
- повышение продуктивности эксплуатационных и нагнетательных скважин, в которых применение традиционных методов оказалось технически невозможным и малоэффективным
- увеличение нефтегазоотдачи из обводненных малопродуктивных пластов

Пульсации скорости и давления с масштабом порядка радиуса пор могут вызвать односторонне направленные течения, со скоростями, значительно превышающими скорости фильтрации

- под действием упругих колебаний интенсивностью от 8 до 100 кВт/м2 и частотой от 20 Гц до 4,5 МГц показали, что сдвиговая вязкость после воздействия снижается на 20-30%,