Titaanisulamist ultrahelisarvepulgad dispergeerijatele: sulam ja disain

Amplituudimuunduri varda roll

Ultraheli hajutaja muudab elektrienergia sagedusel 20 kHz või 25 kHz mehaaniliseks vibratsiooniks piesoelektrilise keraamika virnaga, kuid keraamiline virn annab vaid mõne mikromeetri liikumist. Amplituudi trafo varras -, mida nimetatakse erinevalt sarveks, sonotroodiks või variaatoriks -, on resonantsne metallkomponent, mis suurendab selle liikumise vahemikku 10–100 mikromeetrit, mis on vajalik vedelikus kavitatsiooni tekitamiseks. Selle geomeetria määrab võimendussuhte ja selle materjal määrab, kui kaua varras vahelduvat pinget vastu peab.

Kuna varras ise on poollainersonaator, määrab selle pikkus valitud sulamis töösagedusel heli kiirusega. Igasugune materjali muutus muudab mehaanilist pikkust, mistõttu materjali asendamine dispergeerijas ei ole kunagi otsustav-.

Miks eelistatakse titaanisulameid?

Kolm materjali omadust viitavad selle rakenduse jaoks titaanile ja need tugevdavad üksteist.

Spetsiifiline tugevus:titaanisulamid pakuvad kergesti saadaolevate konstruktsioonimetallide seas suurimat tugevust massiühiku kohta, mis hoiab vibreeriva massi madalana ja vähendab võimsust, mida virn peab andma.

Akustiline käitumine:helikiirus umbes 6100 m/s titaanis annab mugava pool-lainepikkuse (ligikaudu 150 mm sagedusel 20 kHz) ja kasuliku akustilise impedantsi umbes 27 MRayl, mis seostub tõhusalt vedelike ja suspensioonidega.

Akustiline väsimuskindlus:vahelduv pinge sarve sõlme{0}}vabades osades on täielikult ümber pööratud, nii et konstruktsioon võimaldab väsimustugevust, mitte tõmbetugevust. Titaanisulamid ületavad siin enamikku roostevabast terasest, samas on need vastupidavad kavitatsioonierosioonile ja happelistele või leeliselistele protsessivedelikele.

Praktiline jaotus on lihtne. Ti-6Al-4V, mida tarnitakse lõõmutatud vardana ASTM B348 järgi, kasutatakse suure amplituudiga varraste jaoks, kus domineerib väsimus. Kaubanduslikult puhas titaan valitakse siis, kui protsessivedelik on agressiivne, kuid amplituudid on mõõdukad, kuna legeerimata klassid peavad paljudele keemilistele vahenditele veidi paremini vastu ja neid on lihtsam töödelda.

Geomeetria, amplituudisuhe ja resonants

Sarve võimendussuhte määrab selle sisend- ja väljundotste vaheline pindala, mitte sulam. Astmeline sarv annab suurima teoreetilise kasu; kooniline või eksponentsiaalne profiil jaotab pinget pikemale pikkusele ja on materjali suhtes õrnem. Varraste elushoidmiseks mõeldud disainipraktika hõlmab järgmist:

Iga ülemineku võimenduse piiramine, kuna ühe astme suhe üle ligikaudu 3:1 kontsentreerib stressi ja lühendab väsimuse eluiga.

Kasutades iga läbimõõdu muutmise korral suuri raadiusi ning vältides teravaid õlgasid, keermeid kõrge -pingega tsoonides ja tööriistajälgede jäetud sisselõiget.

Hoides sõlme tasapinda, kus virn varda kinni hoiab, täpselt nihkesõlmes, nii et kinnitusjõud ei võitleks vibratsiooniga.

Pikkuse määramine nii, et varras resoneerib täpselt muunduri sagedusel; paar kümnendikku millimeetrit ja häälestamine toimub tavaliselt otsa trimmimise teel.

Kiirgava näo ja külgede poleerimine stressitekitajate vähendamiseks; pinnakaredus alla umbes 0,8 mikromeetri Ra on mõistlik eesmärk.

Soojusjuhtimine ja otsikute kulumine

Mehaaniline vibratsioon hajub soojusena ja titaani madal soojusjuhtivus tähendab, et soojus koondub otsa ja sõlme lähedusse, mitte ei levi mööda varda. Järgnevad kaks tagajärge. Esiteks on pidevas töös sageli vajalik sundõhk või jahutuskrae sõlme juures, kuna hot rod muudab nii oma resonantssagedust kui ka väsimuspiiri. Teiseks kulutab kavitatsioonierosioon kiirgaval pinnal lõpuks sulamist olenemata otsast, nii et paljud tootmishajutajad kasutavad vahetatavat otsikut, mis on kruvitud või keevitatud korduvkasutatava korpuse külge, või otsikut, mida perioodiliselt uuesti{3}}nahatatakse.

Protsessi dispergeerijate tüüpilised tööaknad on 20 kHz amplituudiga 10-50 mikromeetrit pideva voolu korral ja suuremad amplituudid lühikese partiitöö korral. Pikaajaline kavandatud amplituudist kõrgemal jooksmine on kiireim viis sarve purustamiseks, sest pinge skaalatakse antud geomeetria amplituudi ruuduga.

Levinud vead varraste valikul ja kasutamisel

Sulami valimine ainult tõmbetugevuse järgi. Väsimustugevuse ja sälkude tundlikkuse kontrollvarda eluiga ning mõlemad sõltuvad mikrostruktuurist ja pinnaviimistlusest, mitte ainult sertifikaadi minimaalsest tõmbeväärtusest.

Sulami klasside vahetamine ilma pikkust{0}}uuesti häälestamata. Helikiiruse erinevused nihutavad resonantsi ja võivad muundurit üle koormata.

Kinnituskeerme üle pingutamine, mis tekitab staatilise tõmbe eelkoormuse, mis suurendab otse vahelduvat pinget.

Keemiliselt vastupidava, kuid{0}}piiratud väsimise astmega töötamine suure amplituudiga söövitavas keskkonnas; rünnak algab siis pigem väsimuspraost kui pinnalt.

Vedeliku taseme ja sukeldussügavuse ignoreerimine. Kavitatsiooni intensiivsus ja peegelduv võimsus muutuvad keelekümblusel ning kehv sobivus ilmneb pigem kuumuse kui kasuliku hajumisena.

KKK

K: Milline titaani klass on ultraheli dispergeerimissarve jaoks standardne?
Lõõmutatud Ti-6Al-4V latt standardile ASTM B348 on tavaline valik suure amplituudiga töödel, samas kui kaubanduslikult puhtaid marke kasutatakse seal, kus keemiline vastupidavus on olulisem kui väsimusmarginaal. Hinne tuleb kinnitada vardajoonise vastu, sest resonantsi pikkus on nende vahel veidi erinev.

K: Miks peab sarv olema poole lainepikkuse pikkune?
Poollainepulgal on mõlemas otsas nihke antisõlm ja keskel on sõlm, kuhu saab selle vibratsiooni summutamata kinnitada. Pikkus tuleneb otse heli kiirusest ja sagedusest, seega ei saa seda suvaliselt lühendada.

K: Mis põhjustab titaansarve sõlmes pragunemist?
Tavalised põhjused on klammerdumine valel tasapinnal, teravad õlad diameetri muutusel või keere, mis asub suures{0}}pingetsoonis. Sõlm on nihke miinimum, kuid mitte pinge miinimum, seega peab klambririba olema sile ja kontaktrõhk mõõdukas.

K: Kuidas tuleks varda partiide vahel puhastada?
Piisab pehmest leeliselisest või neutraalsest pesuvahendist koos pehme padjaga, millele järgneb veega loputamine ja kuivatamine. Vältida tuleks tugevaid happeid, klooritud puhastusvahendeid ja terasvilla, sest need karestavad pinda või jätavad raudreostuse, mis hakkab auku tegema.

K: Kas kulunud otsikut saab parandada?
Kiirgava näo poole veidi ümber-jätmine on tavapraktika, kuid iga lõige nihutab resonantsi, seega tuleb varras uuesti-häälestada ja uuesti{2}}kontrollida pragude suhtes. Sügavad kavitatsioonikraatrid või varreni ulatuvad praod tähendavad pigem asendamist kui parandamist.

K: Kas varda materjal mõjutab dispersiooni kvaliteeti?
Kaudselt jah. Amplituudi stabiilsus, vastupidavus kuumenemisele ja otsa geomeetria määravad kavitatsioonivälja, nii et varras, mis töötab oma väsimuspiiris stabiilse sagedusega, tekitab korduvama osakeste suuruse jaotuse kui kuumal või väljalülitatud resonantsil töötav varras.