6超声波加工技术

8 5 第六章 超声波加工技术 6 .1 超声波的特性 声波是人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16~16000Hz。当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，高于16000Hz则称为超声波。 超声波是声波的一部分，因此超声波和声波一样，可以在气体、液体和固体介质中传播，它遵循声波传播的基本规律，但由于超声波频率高、波长短、能量大，所以传播时方向性强，反射、折射、共振及损耗等现象更显著。在不同介质中，超声波传播的速度c亦不同(例如c空气=331m／s，c水=1430m／s：c铁=5850m／s)，它与波长λ和频率f之间的关系可用下式表示 c=λ f （6.1） 式中 c--超声波在介质中的传播速度（m／s）；λ --波长（m）；f--频率（Hz）。 超声波主要具有下列性质： 1. 超声波能传递很强的能量。超声波的作用主要是对其传播方向上的障碍物施加压力(声压)。因此，有时可用这个压力的大小来表示超声波的强度，传播的波动能量越强，则压力也越大。 振动能量的强弱，用能量密度来衡量。能量密度就是通过垂直于波的传播方向的单位面积上的能量，用符号J来表示，单位为W／cm2 2)(21AcJ （6.2） 式中ρ——弹性介质的密度（kg/m3）; c——弹性介质中的波速（m/s）; A——振动的振幅（mm）； ω——圆频率，ω=2πf（rad/s）。 由于超声波的频率 f 很高，其能量密度可达100W／cm2以上。在液体或固体中传播超声波时，由于介质密度ρ和振动频率都比空气中传播声波时高许多倍，因此同一振幅时，液体、固体中的超声波强度、功率、能量密度要比空气中的声波高千万倍。 2. 超声波的空化作用。当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域，由于液体基本上不可压缩，由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象。由于这一过程时间极短，液体空腔闭合压力可达几十个大气压，并产生巨大的液压冲击。这一交变的脉冲压力作用在邻近的零件表面上会使其破坏，引起固体物质分散、破碎及各种物理化学作用效应。 3. 超声波的反射、透射和折射。超声波通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生波的反射和折射现象。能量反射的大小，决定于两种介质的波阻抗(密度与波速的乘积ρc称为波阻抗)，介质的波阻抗相差愈大，超声波通过界面时能量的反射率愈高。当超声波从液体或固体传入到空气或者相反从空气传入液体或固体的情况下，反射率 86 图 6.1 弹性杆内各质点振动情况 都接近100％，此外空气有...