معدات إذابة المعادن بالموجات فوق الصوتية

نظرة عامة على الجهاز:

تُستخدم معدات إذابة المعادن فوق الصوتية بشكل رئيسي لإزالة الشوائب والفقاعات وتنعيم الحبيبات وتحسين جودة السبائك المصبوبة. وهي تقنية نظيفة وفعالة نسبيًا. تعد المسامية واحدة من العيوب الرئيسية في سبائك الألومنيوم المصبوبة لأنها قد تؤدي إلى تلف الخصائص الميكانيكية وقابلية الإحكام تحت الضغط للسبائك. تحدث المسامية في السبائك بسبب ترسب الغازات من المعدن المنصهر أثناء التصلب، أو بسبب عدم قدرة المعدن السائل على التعويض عن الانكماش الحجمي عبر المناطق بين البلورات. لذلك، تُعد إزالة الفقاعات بشكل فعال حلقة رئيسية لتحسين جودة السبائك.

معدات إذابة المعادن فوق الصوتية 20 كيلوهرتز (رأس الأداة السيراميكية)

معدات إذابة المعادن فوق الصوتية 15 كيلوهرتز (رأس الأداة من سبيكة التيتانيوم)

مبدأ العمل:

التأثير الحراري يمكن للعملية الحرارية بالموجات فوق الصوتية أن تُنتج شكلين من التأثيرات الحرارية. أحدهما التأثير الحراري الناتج عن الموجات المستمرة، والآخر هو التأثير الحراري اللحظي. ويؤدي الجمع بين هذين الشكلين إلى تكثيف الاحتكاك الداخلي، ما يؤدي إلى امتصاص جزء من الطاقة الصوتية وتحويلها إلى طاقة وسطية، مما يعزز ارتفاع درجة حرارة الوسط السائل ويغيّر لزوجته وسيولته.

تأثير التدفق الصوتي عندما تصل الموجة فوق الصوتية إلى شدة معينة، فإن تدفق النفاث الناتج عن تأثير التدفق الصوتي سيتحرك بشكل دوري في كامل سبيكة المعدن المنصهرة، مُشكِّلاً تياراً دورانياً. ويُعَدُّ التدفق الصوتي مزيجاً من التفاعلات بين التدفق الطبقي والتدفق المضطرب، ويمتاز بتأثير اهتزازي وتحريكي عنيف على المعدن المنصهر.

تأثير التكهف التجويف هو ظاهرة فيزيائية تُسببها الموجات فوق الصوتية، وهي السبب الرئيسي وراء قدرة هذه الموجات على تنعيم سبائك المعادن المنصهرة. وعند استخدام موجات فوق صوتية عالية الشدة لمعالجة السوائل، فإن الموجات الصوتية المنتشرة في الوسط السائل تُولِّد دورات بديلة من الضغط العالي (الانضغاط) والضغط المنخفض (الندرة). وخلال دورة الندرة، تُكوِّن الموجات فوق الصوتية عالية الشدة فقاعات فراغية حقيقية أو فراغات في السائل. وعندما تصل هذه الفقاعات إلى حجمٍ لا يمكنها عنده امتصاص المزيد من الطاقة، فإنها تنهار بشكل عنيف خلال دورة الانضغاط. وتُولِّد الفقاعات الصغيرة عند لحظة الانهيار ضغوطًا تصل إلى عشرات الآلاف من الضغوط الجوية، مما يُحدث تأثيرًا قويًّا على السائل المجاور، ويحقِّق بذلك تأثير الخلط.

توضيح لظاهرة التجويف

مزايا المعدات:

• إن عملية اللحام بسيطة وسهلة التعلم، مما يقلل بشكل كبير من كمية اللحام المستخدمة. وفي الوقت نفسه، تقل ساعات العمل الإنتاجية وترتفع كفاءة الإنتاج بشكل ملحوظ تحت نفس الظروف;
• إنها تحسن بشكل ملحوظ من توصيلية المنتج، وتقلل من مقاومة الدائرة، ويزيد من مساحة السطح المتصل، ويُطيل من عمر رأس أداة اللحام بالمغمس;
• لا يتطلب استخدام معالج أو عامل تنظيف مساعد، مما يقلل من التآكل ويمنع تلوث المياه والهواء. علاوة على ذلك، لا يسبب اتصالاً بارداً أو دائرة قصر;

توضح التجربة ما يلي:

مقارنة بين رؤوس الأدوات المصنوعة من مواد مختلفة

إن رأس الأداة المصنوعة من سبيكة التيتانيوم عالية القوة والمزودة بمعدات مواد مصهورة بالموجات فوق الصوتية، تتميز بمقاومة أكبر للتآكل ومقاومة أفضل للحرارة، ويمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 1300°مئوية. كما يكون تأثير التفاعل بين الجزيئات الدقيقة للصهر أكثر مباشرة ووضوحًا. علاوة على ذلك، يسهل تركيبها دون الحاجة إلى إجراء أي تغييرات على معدات الإنتاج أو تدفق العمليات الخاصة بالعميل.

رأس أداة خزفية

خلال عملية الصب بالموجات فوق الصوتية للمواد المعدنية المذابة، تتلامس قضيب الأداة مباشرة مع المعدن المنصهر ذي درجة الحرارة العالية، حيث تقوم بنقل الموجات فوق الصوتية وتحقيق المعالجة فوق الصوتية للمواد المعدنية المنصهرة. إن الجمع بين تآكل الانصهار ذي الحرارة العالية والضغط الحراري الناتج عن بيئة المعدن المنصهر سيؤديان إلى تلف قضبان الأدوات المصنوعة من مواد عادية بسرعة كبيرة. وتتميز المواد السيراميكية بمزايا مثل مقاومة عالية لتآكل الانصهار ومقاومة التآكل وغيرها، وقد تم استخدامها كخيار للمواد المستخدمة في رؤوس أدوات الموجات فوق الصوتية.

رأس الأداة من سبيكة التيتانيوم

معالجة ذوبان المعادن

إزالة الشوائب

من الصعب جداً على الشوائب الصغيرة في سائل الصلب أن تطفو، وتصبح عملية الطفو أسهل فقط عندما تتجمع هذه الشوائب معاً. باستخدام معدات الذوبان المعدني بالموجات فوق الصوتية لإدخال الموجات فوق الصوتية في المحلول، يمكن للموجة الثابتة فوق الصوتية أن تقسم الشوائب المسحوقية في المحلول وتجمعها بنجاح.

إزالة الغازات

عند إدخال الاهتزازات المرنة للموجات فوق الصوتية في المعدن المنصهر، يحدث تجويف. تتحرك الغازات المذابة في المعدن السائل نحو التجويف، مما يعزز تشكيل نواة فقاعة والنمو المستمر لها حتى تصل إلى الحجم الذي يمكن إخراجه من المعدن المنصهر.

تنعيم الحبيبات

يمكن لعلاج بالموجات فوق الصوتية أثناء عملية الصب المستمر لسبائك الألومنيوم-silicon أن يُحسّن من حبيبات الصب، مما يعزز قابلية التشوه البلاستيكي للسبائك لاستخدامها بشكل أفضل في مواد البناء ومحركات السيارات. تطبيق الموجات فوق الصوتية على سائل سبيكة الألومنيوم يمكن أن يمنع تشكّل الشوائب المؤكسدة ويحسّن تركيبها المجهرية.

تحسين جودة الصب

عند التأثير على القالب، يُحسّن من جودة سطح بلوم الصب. يمكن استخدامه في بلوكات مربعة صغيرة وكبيرة وبلومات صفائحية دون حدوث انزلاق سلبي أثناء الاهتزاز فوق الصوتي. بعد تطبيق الاهتزاز فوق الصوتي على القالب أثناء صب البلوكات المربعة الصغيرة والكبيرة، يُحصل على سطح ناعم للبلوم.

تجربة تنعيم الحبيبات:

الخطوة 1: تسخين وصهر كتلة الألومنيوم	الخطوة 2: المعالجة بالموجات فوق الصوتية
الخطوة 3: تأثير سبيكة الألومنيوم النهائية	الخطوة 4: نهاية رأس السيراميك نيتريد السيليكون

نتائج التجربة

• تحت المجهر الإلكتروني، توزيع أحجام الحبيبات في المصهور نسبيًا موحد، وتأثير التصفيح للمصهور واضح.
• حجم الحبيبات صغير، والسطح أملس وخالٍ من الشوائب، والنتيجة واضحة، ما يثبت أن معدات معالجة المعادن المنصهرة يمكن استخدامها في تنعيم الحبيبات.

موقع التجربة