Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

В настоящее время сконструированы аппараты, в которых ультразвуковая очистка производится конвейерным способом. В этих аппаратах обрабатываемые детали первоначально очищаются обычными способами — жидкими и парообразными растворителями, и лишь окончательная очистка производится с помощью ультразвука. Однако ультразвуковая чистка стоит относительно дорого, и ею надо пользоваться, только если требуется исключительно высокая степень чистоты, или же тогда, когда другие способы очистки почему-либо непригодны.

Недавно ультразвуковые колебания использовали для удаления окалины с поверхности металлических предметов, а также ржавчины с различных деталей, изготовленных из железа. Удалять окалину труднее, чем ржавчину. Для очистки от ржавчины обрабатываемая деталь погружается в воду, а вибрирующий магнитострикционный излучатель приводится в непосредственный контакт с нею. Под действием интенсивных колебаний ржавчина быстро измельчается и удаляется с очищаемой поверхности.

Замечательным при этом является то, что, как показали наблюдения, после подобной обработки ультразвуком железные предметы приобретают стойкость по отношению к процессу ржавления. Они могут находиться длительное время во влажном воздухе или воде и даже воде, содержащей растворенные соли. При этом на поверхности их не возникнет ржавчина. Технологи говорят, что железо под действием ультразвука пассивируется.

Причина пассивирования пока не ясна, однако многочисленные опыты не дают возможности сомневаться в том, что в некоторых случаях такое явление существует.

Дробящее действие ультразвука может быть применено также и для изготовления специальных паяльников, имеющих важное значение в промышленности.

Использование алюминия и его сплавов связано с тем неудобством, что к алюминиевым деталям нельзя ничего припаять обычным способом. Сколько бы мы ни старались зачистить место для спая механически или же при помощи химических очистителей, все же олово, которым производят пайку, не сцепляется с поверхностью металла, и спай оказывается непрочным. Объясняется это тем, что алюминий очень быстро окисляется и образующаяся тонкая пленка окисла препятствует проникновению олова к поверхности металла. Правда, алюминиевые предметы можно припаивать с помощью специальных припоев, но пользоваться ими более сложно, чем обычным оловом.

Пайку алюминиевых предметов можно осуществить обычным способом, если в момент пайки подвергнуть спай действию мощных ультразвуковых колебаний. Ультразвуковые колебания отрывают пленку окисла от поверхности, и олово прочно сцепляется с алюминием. Для разрушения пленки удобно пользоваться колебаниями, частота которых близка к частоте слышимых звуков.

В ультразвуковом паяльнике (рис. 38) стержень 1 , которым осуществляется пайка, вместе с обогревателем 2 приварен к магнитострикционному вибратору 4 . Вибратор помещается внутри катушки 5 из изолированной проволоки, по которой проходит переменный ток высокой частоты. Высокочастотные колебания магнитострикционного стержня передаются рабочей части паяльника, а через нее — припою. Эти-то ультразвуковые колебания и разрушают пленку окисла. Специальные «крылья» 3 предназначены для охлаждения нерабочей части паяльника, которая в результате магнитострикционных колебаний сильно нагревается.

Пайку небольших предметов из алюминия можно производить с помощью ультразвукового паяльника без подогрева. Большие предметы приходится подогревать, так как в результате высокой теплопроводности алюминия они быстро остывают и с помощью паяльника их прогреть трудно. Если поверхностная пленка непрочна, как это бывает, например, у железа, то пайку можно производить без предварительной зачистки. Ржавые железные предметы припаиваются таким способом вполне надежно.

Отрывая с помощью ультразвука пленку окисла, можно осуществить лужение алюминиевых листов или различных деталей.

С. Я. Соколов одним из первых занялся изучением действия мощных ультразвуковых колебаний на затвердевающий расплав. Как оказалось, под действием ультразвука кристаллическая структура слитка делается чрезвычайно однородной, состоящей из очень мелких кристалликов. На рис. 39 изображены микрофотографии шлифа кадмия: слева — затвердевшего в обычных условиях и справа — тогда, когда кристаллизация шла при облучении ультразвуком. Фотография наглядно показывает, что при озвучивании образуется гораздо более мелкокристаллическая и однородная структура.

Очень важно также, что при озвучивании время кристаллизации значительно сокращается, в некоторых случаях на 35 процентов.

Дробящее действие мощных ультразвуковых колебаний было использовано для устройства своеобразного «ультразвукового долота». В этом приборе к концу магнитострикционного вибратора, снабженного металлическим конусом, присоединен наконечник из специального сплава. Подавая к наконечнику суспензию очень твердого вещества, например карбида бора, можно пробивать отверстия нужной формы и обрабатывать поверхность даже керамических изделий, с трудом поддающихся обработке другими способами. Ультразвуковое долото уже вышло из стен физических лабораторий и с успехом применяется на производстве. Особенно большие услуги оказывает ультразвук при обработке очень твердых материалов, таких как драгоценные камни и некоторые минералы. Сделав соответствующий вибрирующий наконечник, можно приготовлять формы для штампов, отличающиеся высоким качеством обработки поверхности.

Вдоль тонкой проволоки ультразвуковые колебания распространяются, следуя ее направлению, даже если проволока согнута. Это свойство колебаний позволяет использовать ультразвуковое долото для проделывания отверстий с причудливо изогнутой осью. До сих пор этого нельзя было достигнуть никаким инструментом.

На рис. 40 изображена специальная ультразвуковая бормашина, которая является ценным помощником в руках зубного врача. С помощью такой бормашины, так называемого «кавитрона», врач может быстро сделать в зубе очень тоненький канал, ограниченный только той частью вещества зуба, которую необходимо удалить. При ультразвуковой обработке зуба значительно уменьшаются те неприятные ощущения, с которыми часто связано пломбирование зубов.