Получение ультразвуковых колебаний для пайки
Для получения ультразвуковых колебаний существуют различные способы. Приборы, которые служат для искусственного получения ультразвуков, называются ультразвуковыми излучателями. В технике обычно применяются излучатели двух типов: магнитострикционный и электрострикциоиный (пьезоэлектрический).
Первый тип дает излучения с частотами от 5000 до 150 000 Гц, а второй от 100 000 Гц и выше. Явление магнитострикции заключается в том, что некоторые материалы могут изменять свои размеры под действием магнитного поля. Так, например, длина никелевой трубки уменьшается, если ее поместить в сильное магнитное поле.
При изменении величины магнитного поля с определенной частотой с такой же частотой меняются размеры тела, находящегося в этом поле. Меняя магнитное поле с частотой слышимых звуков (примерно от 20 до 16 000 Гц), можно заставить тело колебаться с частотой слышимых звуков, и, следовательно, излучать слышимые звуки. Если же поле меняется с частотой более 20 000 Гц (примерно), то можно получить ультразвуковые излучения.
При электрострикционном способе ультразвуковые колебания получаются вследствие изменения электрического поля. Лучшими материалами для магнитострикционных излучателей являются никель, нержавеющая сталь, железоплатиновый сплав (46% железа, 54% платины), кобальтовые сплавы и т. д.
Для электрострикционных излучателей используется чаще всего кварц и иногда – фосфат аммония. Следует отметить, что кварцевые излучатели в отличие от магнитострикционных требуют больших напряжений при малых токах. В мощных электрострикционных излучателях напряжение достигает тысяч и даже десятков тысяч вольт. В практике паяния металлов применяются преимущественно магнитострикционные излучатели ультразвуковых колебаний.
Магнитострикционный излучатель состоит из стержней (сплошных или полых) с обмоткой, по которой проходит электрический ток необходимой частоты. Часто для уменьшения потерь тело стержня набирается из отдельных пластин, изолированных друг от друга (аналогично обычным трансформаторам). При включении высокочастотного генератора в обмотке магнитостриктора возникает переменное магнитное поле, что и приводит к образованию ультразвуковых колебаний.
Величина магнитострикции не зависит от направления поля, поэтому для получения магнитострикционного эффекта недостаточно простого изменения направления поля, а требуется также изменение его мощности. Для получения переменного по величине потока излучатель подмагничивается постоянным током, проходящим через дополнительную обмотку. Результирующий магнитный поток пульсирует от максимального значения суммарного поля, когда токи в обеих обмотках направлены в одну сторону, до минимального, когда поля имеют противоположное направление.
Максимальная амплитуда колебаний излучателя получается при равенстве частоты пульсации магнитного потока и его собственных колебаний.