книги из ГПНТБ / Волосатов, В. А. Ультразвуковая обработка

Ширина окна с (рис. 24) должна приниматься с уче­ том размещения обмотки и в зависимости от мощности Р установки. Значение с практически принимают рав­ ным:

При квадратном, наиболее часто применяемом на практике, сечении пакета ширина Н пластины подсчитывается по формуле:

Тогда ширина каждого стержня составитз

И—с

а — —g— с м -

Величина накладки b может составлять! b = (1 н-1,2) а см.

Длина окна пластины определяется по формуле;

50

Произведя указанные расчеты, можно с достаточной для практики точностью определить длину пластины:

l=2b+h.

Пример. Определить размеры двухстержневого магнитострикционного преобразователя из пермендюра марки К49Ф2 на ра­ бочую мощность 400 ет при резонансной частоте /=22 кгц.

1. По ф-ле (I) определяем площадь сечения пакета:

Н100 + 400 « 25,5 мм.

Округляя полученное значение Н, принимаем сечение пакета равным 25 x 25 мм.

4. Ширина каждого стержня будет составлять:

25-10

а= g— = ' >° м м -

5.Размер накладки принимаем равным:

51

В целях удешевления стоимости изготовления пре­ образователей необходимо стремиться к унификации их размеров и применению пластин минимального числа типоразмеров. Это тем более возможно, что станки для размерной обработки работают в определенном (до­ вольно узком) диапазоне частот. Унифицированные размеры сечения магнитострикционных преобразовате­ лей различной мощности приведены в табл. 8; в табл. 9

в зависимости от мощности установки, при рабочей ча­ стоте f==22 кгц.

Приведенные данные позволяют с достаточной для практики точностью произвести расчет основных пара­ метров магнитострикционных преобразователей.

Необходимо отметить, что размеры сечения пакетов преобразователей не должны быть больше половины длины волны, то есть А/2. Иначе из-за наличия попереч­ ных колебаний пакета не удается добиться его эффек­ тивной работы.

Число витков обмотки двухстержневого пакета маг­ нитострикционного преобразователя определяется из выражения:

1/=4,44 - я - / - 5 - 5 - 1(Г 8 ,

где f — частота, гц;

п—число витков на двух стержнях; S — сечение одного стержня, см2;

Б2

В— индукция (гаусс), равная для пермендюра 900—1200, для никеля 400—500;

V — напряжение возбуждения, в.

Ток подмагничивания определяется по формуле:

L. мм

f=22.«ru

0.2 0.5 2.0 1,5 Р.кдт

Рис. 25. График зависимости длины пла­

Изготовление преобразователей. Пластины магнитострикционных преобразователей изготовляют обычно из проката, поставляемого в рулонах определенной шири­ ны. Если ширина изготовляемой пластины преобразова­ теля меньше ширины исходного материала, то последний разрезают на ленты нужной ширины (вдоль проката). Эта операция выполняется на роликовых ножницах уни­ версального типа. В случае отсутствия таковых разрез­ ка рулонного материала может выполняться на горизон­ тально-фрезерных станках с применением набора режу­ щих роликов. Затем из нарезанных лент (по ширине

53

материалов целесообразно применять экономичную без­ отходную штамповку пластин; схема такого штампа при­ ведена на рис. 26. Чтобы заусенцы на штампованных пластинах были направлены в одну сторону, применять для этой операции следует штампы последовательного

Рис. 26. Безотходная штамповка пластин преобразователей.

а — раскрой ленты; б — схема штампа.

действия. Направление проката — вдоль длинной сто­ роны пластины (рис. 26,а). В штампе лента подается между направляющими планками до временного упора.

этом лента доводится до постоянного упора 1. В это же время пробивается окно в очередной пластине. Ступен­ чатое расположение пуансонов штампа позволяет не­ сколько снизить усилие штамповки и, в основном, пред­

кета в сборе. Припуск по длине пластины обычно со­ ставляет 0,5—0,8 мм. Удаление заусенцев на штампован­ ных пластинах производят прокаткой между валками.

54

Затем пластины тщательно обезжиривают кипячени­ ем в дистиллированной воде в течение 4—5 мин. На литр воды берут 10 г едкого натрия, 25 г кальциниро­

не на небольшом расстоянии друг от друга, что обеспе­ чивает свободную циркуляцию раствора. Хорошо обез­ жиривать пластины в ультразвуковых промывочных ван­ нах небольшой мощности (0,1—0,4 кет), используя бен­ зин Б-70 или другие эффективные растворители.

Дальнейшие операции с обезжиренными пластинами (до отжига) необходимо выполнять, не допуская их за­ грязнения. Поэтому оператор должен работать в рези­ новых медицинских перчатках.

Высушенные пластины подвергают отжигу. Техноло­ гия отжига пластин различна для разных материалов. Пластины из никеля отжигают в муфельных печах с до­

этом на пластинах получается хорошая оксидная пленка толщиной около 2 мкм. Отпускпластин производят при вторичном их нагреве до 400° С.

Отожженные пластины из никеля собирают затем в пакеты нужного сечения и скрепляют с накладками. Последние изготовляют из стали любой марки; толщи­ на их 8—10 мм; ширина и длина соответствуют раз­ мерам пакета. Накладки должны иметь по два отвер­

их предварительно собирают в пакеты и скрепляют на­ кладками, болтами и гайками. При сборке пакета каж­ дую пластину обсыпают сухим тальком. Отжиг произво­ дят в вакуумной или водородной печи.

Партию пакетов загружают в холодную печь и от­ качивают воздух до вакуума Ю - 3 мм ртутного столба. Затем плавно поднимают температуру в печи до 850° С и выдерживают ее в течение 8—10 часов, в зависимости от размеров пакетов. Охлаждение до 400° С ведут со

55

мая оставленный при штамповке припуск по длине пла­ стин. В целях предотвращения деформации тонких пла­ стин шлифование производят вдоль их ребра и вместе с накладками. Затем шлифованный торец пакета обез­ жиривают бензином Б-70 и облуживают припоем, что предотвращает раскомплектование пакета после снятия накладок.

Рис. 27. Пакет пластин с накладками.

Избежать раскомплектования пакета пластин после шлифования торца можно и другим способом. Пакет стягивают струбциной (за ребра пластин) со стороны шлифованного торца. (При этом ширина струбцины должна соответствовать толщине пакета.) Затем не­ сколько ослабляют болты крепления накладок и сдви­ гают последние таким образом, чтобы освободить от на­ кладок часть пакета у нешлифованного торца. После этого пакет зажимают в тиски у свободного торца и сни­ мают окончательно накладки и струбцину. Обматывают стержни пакета лакотканью или изоляционной лентой, уложив предварительно на ребра пакета прокладки из текстолита или гетинакса.

В таком виде пакет проверяют по акустическим и электрическим параметрам. Для этбго его обматывают проводом марки БПВЛ нужного сечения сплошной на­ вивкой. При этом текстолитовые прокладки предотвра­ щают изоляцию провода от повреждения об острые реб­ ра пакета. Обмотку выполняют таким образом, чтобы

1 Технология термической обработки магнитострикционных пре­ образователей разработана ВНИИ ТВЧ им. проф. Вологдина (Ле­ нинград).

56

оба конца провода были выведены к одному торцу па­ кета.

При испытаниях магнитострикционных преобразова­ телей необходимо обеспечивать их охлаждение водой". Эффект магнитострикции во многом зависит от эффек­ тивности охлаждения, так как при повышении темпе­ ратуры преобразователя относительное удлинение маг­ нитострикционных материалов резко снижается. При температуре, достигающей точки Кюри (см. табл. 7), магнитострикционные свойства преобразователя исче­ зают.

Оптимальное количество воды, охлаждающей магнитострикционный преобразователь, колеблется от 0,5 (при мощности преобразователя 0,2 кет) до 1,5—2 л\мин (при

Измерение резонансной частоты преобразователя яв­ ляется обязательным условием. Для этого его подклю­ чают к частотомеру 43-7 и ультразвуковому генератору соответствующей мощности. При достижении максималь­ ной интенсивности кавитации воды, в которую погру­ жают преобразователь при испытании, фиксируют его резонансную частоту; показание записывают. Правиль­ но изготовленные^ преобразователи имеют небольшое от­ клонение фактической частоты от расчетной (примерно 3—4%), не отражающееся на работе колебательной си­ стемы в целом.

С помощью ультразвукового кавитометра замеряют, акустическую мощность преобразователя, которая у ка­ чественно изготовленных пакетов составляет обычно 6—10 вт/см2. Одновременно по шлейфовому осциллогра­

обычно не делают. Его целесообразнее производить по­ сле сборки колебательной системы и согласования всех ее элементов. Однако в случае необходимости его мож­ но производить, применяя оптическую систему микро­

57

УБВ-4 с индуктивным датчиком. На них можно измерять механические колебания с амплитудой от долей до со­ тен микрометров в диапазоне частот от 8 до 40 кгц с высокой стабильностью Ч

После проведения необходимых испытаний магнитострикционного преобразователя его маркируют, записы­ вают все показания и снимают обмотку. Затем его вновь собирают с накладками, которые предварительно укора­ чивают по длине на 3—4 мм, а на одном их торце сни­ мают фаски (рис. 27,6). При сборке фаски накладок должны быть расположены у облуженного торца пакета. В таком виде преобразователь подготовлен к сборке с концентратором или фланцем (см. ниже, стр. 73).

Ферритовые преобразователи. Магнитострикционным эффектом обладают также ферриты. Изготовленные из ферритов магнитострикционные преобразователи отли­ чаются от никелевых и пермендюровых значительно меньшим расходом электрической энергии, отсутствием необходимости подмагничивания постоянным током, бо­ лее высоким, чем у никелевых преобразователей, маг­ нитострикционным эффектом и малым температурным коэффициентом. Кроме того, ферритовые преобразова­ тели обладают довольно высокой механической прочно­ стью. Весьма важно, что они могут работать при тем­ пературах до 300—450° С; это позволяет отказаться от принудительного водяного охлаждения; последнее значи­ тельно упрощает конструкцию акустических головок и станков в целом.

За последние годы в Акустическом институте (АКИН) АН СССР под руководством канд. техн. наук И. П. Голяминой была разработана технология изготов­ ления преобразователей из феррита никеля для мало­ мощных ультразвуковых установок и проведено их все­ стороннее испытание. Испытания проводились на преоб­

На торце преобразователя амплитуда сохранялась устой­

58

размеры приведены на рис. 28. Он состоит из двух скле­ енных половин, составленных из сердечников С-23, имеющих резонансную частоту 23 кгц. В перемычки стержней вклеиваются постоянные магниты, изготовлен­

рис. 29). Три болта, ввернутые в обойму, своими заточ­

способа просты по конструкции, но не обеспечивают точ­ ности положения системы в работе. С этой точки зренил лучшим является крепление с помощью четвертьволно­

59