О неслышимых звуках

В ультразвуковом паяльнике (рис. 38) стержень 1, которым осуществляется пайка, вместе с обогревателем 2 приварен к магнитострикционному вибратору 4. Вибратор помещается внутри катушки 5 из изолированной проволоки, по которой проходит переменный ток высокой частоты. Высокочастотные колебания магнитострикционного стержня передаются рабочей части паяльника, а через нее — припою. Эти-то ультразвуковые колебания и разрушают пленку окисла. Специальные «крылья» 3 предназначены для охлаждения нерабочей части паяльника, которая в результате магнитострикционных колебаний сильно нагревается.

Пайку небольших предметов из алюминия можно производить с помощью ультразвукового паяльника без подогрева. Большие предметы приходится подогревать, так как в результате высокой теплопроводности алюминия они быстро остывают и с помощью паяльника их прогреть трудно. Если поверхностная пленка непрочна, как это бывает, например, у железа, то пайку можно производить без предварительной зачистки. Ржавые железные предметы припаиваются таким способом вполне надежно.

Отрывая с помощью ультразвука пленку окисла, можно осуществить лужение алюминиевых листов или различных деталей.

С. Я. Соколов одним из первых занялся изучением действия мощных ультразвуковых колебаний на затвердевающий расплав. Как оказалось, под действием ультразвука кристаллическая структура слитка делается чрезвычайно однородной, состоящей из очень мелких кристалликов. На рис. 39 изображены микрофотографии шлифа кадмия: слева — затвердевшего в обычных условиях и справа — тогда, когда кристаллизация шла при облучении ультразвуком. Фотография наглядно показывает, что при озвучивании образуется гораздо более мелкокристаллическая и однородная структура.

Рис. 39. Шлиф кадмия под микроскопом

Очень важно также, что при озвучивании время кристаллизации значительно сокращается, в некоторых случаях на 35 процентов.

Ультразвуковое долото

Дробящее действие мощных ультразвуковых колебаний было использовано для устройства своеобразного «ультразвукового долота». В этом приборе к концу магнитострикционного вибратора, снабженного металлическим конусом, присоединен наконечник из специального сплава. Подавая к наконечнику суспензию очень твердого вещества, например карбида бора, можно пробивать отверстия нужной формы и обрабатывать поверхность даже керамических изделий, с трудом поддающихся обработке другими способами. Ультразвуковое долото уже вышло из стен физических лабораторий и с успехом применяется на производстве. Особенно большие услуги оказывает ультразвук при обработке очень твердых материалов, таких как драгоценные камни и некоторые минералы. Сделав соответствующий вибрирующий наконечник, можно приготовлять формы для штампов, отличающиеся высоким качеством обработки поверхности.

Вдоль тонкой проволоки ультразвуковые колебания распространяются, следуя ее направлению, даже если проволока согнута. Это свойство колебаний позволяет использовать ультразвуковое долото для проделывания отверстий с причудливо изогнутой осью. До сих пор этого нельзя было достигнуть никаким инструментом.

На рис. 40 изображена специальная ультразвуковая бормашина, которая является ценным помощником в руках зубного врача. С помощью такой бормашины, так называемого «кавитрона», врач может быстро сделать в зубе очень тоненький канал, ограниченный только той частью вещества зуба, которую необходимо удалить. При ультразвуковой обработке зуба значительно уменьшаются те неприятные ощущения, с которыми часто связано пломбирование зубов.

Рис. 40. Ультразвуковая бормашина:

а — общий вид; б — инструмент, заменяющий бор; в — наконечники разной формы

Если заменить сверло тонким лезвием, то с помощью ультразвука можно резать стекло, керамику и другие твердые материалы. Ультразвук позволяет проделывать отверстия практически любого профиля, что невозможно сделать при помощи обычного сверла. Скорость, с которой сверлится стекло или керамика, очень высока — около 2 сантиметров в минуту при диаметре отверстия приблизительно 5 миллиметров. Конечно, эти цифры могут значительно колебаться в зависимости от амплитуды и частоты колебаний ультразвука.

Если заменить наконечник ультразвукового долота плоской пластинкой, то его можно использовать для шлифовки поверхности стекол, после которой для окончания обработки остается только отполировать стекло. Так как при ультразвуковой долбежке, резании и шлифовке непосредственное воздействие на обрабатываемое вещество оказывают очень мелко измельченные частицы твердого минерала, или, как говорят, абразива, то обработанная поверхность поражает своей чистотой. Неровности ее составляют всего около сотой доли миллиметра.