التراسونیک (مافوق صوت یا فراصوت)
محدوده فرکانس شنوایی انسان 20 هرتز تا 20 هزار هرتز است و فرکانس‌های بالاتر از 20 هزار هرتز را التراسونیک (مافوق صوت یا فراصوت) می‌نامند. معمولا سامانه‌های التراسونیک بوسیله ارتعاش مکانیکی با فرکانس بالاتر از 20 هزار هرتز کار می‌کنند که در اکثر موارد، عامل تولید کننده این ارتعاش اعمال جریان متناوب الکتریکی بر روی کریستال پیزوالکتریک است. فناوری التراسونیک کاربردهای فراوانی دارد که تعدادی از آن عبارت‌اند از:
- همگنسازی التراسونیک (تجهیزات هموژنایزر)
- جوشکاری التراسونیک (برای پلاستیک‌ها، پارچه و منسوجات، فلزات و …)
- شستشوی التراسونیک (حمام التراسونیک)
- حسگرهای فاصله سنج
- سامانه‌های سونار
- تیغه‌ها و چاقوهای التراسونیک
- آزمون‌های غیرمخرب التراسونیک (UT)
همگنسازی التراسونیک
همگن کردن، فرایندی برای دستیابی به یکنواختی اندازه ذرات و توزیع مواد مختلف در داخل محلول است. همگنسازی شامل حوزه بسیار وسیعی از کاربردها و روش هاست. همگنسازی، ممکن است به معنای انجام یک یا چند فرایند همزمان از موارد زیر باشد: ترکیب کردن، مخلوط کردن، هم زدن، امولسیونسازی، پخش کردن، تکان دادن و غیره. یکی از روش‌هایی که به طور گسترده برای تخریب سلول و همگنسازی استفاده میشود، التراسونیک است. این روش با ایجاد امواج شدید فشاری در یک محیط مایع کار میکند. امواج فشاری باعث میشود که مایع دچار جریان شدید شده و تحت شرایط مناسب موجب تشکیل سریع میکرو حباب می‌گردد که رشد و یکی شدن این حبابها تا رسیدن به اندازه بیشینه و در نهایت ترکیدن آنها حرارت شدیدی ایجاد می‌نماید. به این پدیده کاویتاسیون گفته میشود. انفجار حبابها تولید موج ضربه‌ای با انرژی کافی برای شکستن پیوند کووالانسی میکند. نیروی برشی حاصل از انفجار حباب و همچنین جریانهای اغتشاشی ناشی از ارتعاش صوتی برای همگنسازی و تخریب سلول استفاده میشود. در این فرایند پاشش مایع با سرعتی تا حدود 420 کیلومتر در ساعت، فشاری معادل 200 بار و یا دمای بالای نقطهای 4500 درجه سانتیگراد اتفاق می‌افتد. از جمله کاربردهای دستگاه‌های همگنساز عبارت‌اند از:
- پراکنده نمودن ذرات نانومتری در سیالات (تولید سوسپانسیون‌های پایدار)
- تهیه مواد نانومتری از طریق روش‌های مرسوم شیمیایی
- امولسیون نمودن دو مایع غیر قابل امتزاج در یکدیگر مانند روغن و یا میکروذرات در آب
- شکستن سلول، باکتری، ویروس و بافت‌ها؛ به‌طور مثال: جهت استخراج سلول
- ﺗﺴﺮﯾﻊ واﮐﻨﺶﻫﺎي ﮐﺎﺗﺎﻟﯿﺰوري
- ﺳﺒﮏ ﮐﺮدن ﺗﺮﮐﯿﺒﺎت ﻧﻔﺘﯽ ﺳﻨﮕﯿﻦ
- ﮔﻮﮔﺮدزداﯾﯽ از ﺗﺮﮐﯿﺒﺎت ﻧﻔﺘﯽ ﻧﻈﯿﺮ ﮔﺎزوﯾﯿﻞ و ﻣﺎزوت
- رسوب زدایی
- ﺗﻮﻟﯿﺪ ﭘﻮﺷﺶﻫﺎي ﻧﺎﻧﻮﮐﺎﻣﭙﻮزﯾتی
- ﺗﻮﻟﯿﺪ ﭘﻮدرﻫﺎي ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮي ﻓﻠﺰي وآﻟﯿﺎژي
- ﺣﻞﮐﺮدن کاﻧﯽﻫﺎي ﻓﻠﺰي
- اﺳﺘﺨﺮاج ﻋﺼﺎره ﮔﯿﺎﻫﺎن
- تولید داروﻫﺎي ترکیبی
- گاز زدایی از مایعات و مذاب و…
جوشکاری التراسونیک
جوشکاری التراسونیک روشی متداول و فراگیر در کشورهای پیشرفته و صنعتی برای جوشکاری عمدتاً قطعات پلاستیکی (جوش پلاستیک) و بعضاً قطعات فلزی بوده و در دسته‌بندی روش‌های جوشکاری، زیرمجموعه روش جوشکاری با گرم کردن داخلی مکانیکی می‌باشد. در این روش، لرزش‌ها در دامنـــه ارتعاشی کم باعث ایجاد اصطکاک و گرما در فصل مشترک دو قطعه و ذوب مواد در محل انجام جوش میشود و با اعمال مقداری فشار دو قطعه به هم متصـــل می‌شوند. برای اینکه اتصال بخوبی انجام شود باید خصوصیات جذب ارتعاشات و رفتار ذوب دو ماده تقریبــــاً مشابه یکدیگر باشد. همچون سایر روش‌های جوشکاری مراحل پنجگانه جوشکاری در اینجا نیز وجود دارد:
- آماده‌سازی سطح: وجود آلودگی و لبه‌های اضافی باعث افت کیفیت جوشکاری خواهد شد.
- گرم کردن: از انرژی امواج فراصوت با فرکانس‌های بالا برای این منظور استفاده می‌گیرد.
- فشردن: وقتی دو قطعه کار به قدر کافی گرم شوند باید به یکدیگر فشرده شوند. این فشار با کمک سیستم پنوماتیک و هورن (شیپوره) دستگاه‌های جوشکاری تأمین میشود.
- آمیزش بین مولکولی: تماس دو قطعه کار گرم شده و در آستانه ذوب با یکدیگر و فشار وارده بر آنها فرصت را برای آمیزش مولکول‌های دو قطعه کار در یکدیگر فراهم می‌آورد.
- خنک کردن: انجماد و سرد شدن محل جوشکاری آخرین مرحله بوده که در این مرحله پلیمرهای نیمه کریستالی ساختار کریستالی خود را و پلیمرهای آمورف نیز ساختار خاص خود را در قبل از عملیات جوشکاری به دست خواهند آورد. در این مرحله تنشهای پسماند و اعوجاج در قطعه کار محتمل است.
در این روش مراحل ۲ و ۳ و ۴ تقریباً همزمان و در کسری از ثانیه صورت می‌گیرد و قطعه کار بلافاصله سرد میشود. از آنجا که جوشکاری التراسونیک بسیار سریع است (کمتر از ۱ ثانیه) و قابلیت اتوماسیون دارد به طور وسیع از آن در صنعت استفاده میشود. برای تضمین سلامت جوش طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است.