超声在介质传播过程中的吸收与介质的性质有关。超声焊接能量的传递受液体、气体和固体状态的影响不同维度。
研究介质在不同状态下的超声吸收,不仅可以了解介质中超声焊接设备的能量输出传播情况,还可以进一步提高超声焊接能量的利用率。
声吸收在液体介质中
●介质内摩擦&粘性
液体介质中的声吸收主要是由介质的内摩擦或粘性引起的。内摩擦引起的吸收系数与超声波频率的平方成正比,与液体本身的密度成反比。
●介质导热性
此外,声吸收还与超声传播的介质导热有关。由于热传导效应,声波的压缩和稀疏部分之间的热交换导致超声能量减少。吸收系数受介质导热的影响,与液体密度成反比,与声波频率的平方成正比。
●液态变化
当声波通过液体时,液体依次发生的状态是不平衡的,状态的变化是不可逆的,从而造成额外的能量损失。此外,分子声吸收暂时不考虑,因为它的幅度很小。
灵科超声焊接设备在焊接装载液体的塑料容器时,不仅要考虑上述影响因素,还要调整超声焊接过程中相应的细节,提高功率输出,满足其能量需求。
声吸收在气体介质中
●内部分子过程
气体介质中声吸收的总吸收系数与液体计算公式完全相同。多原子气体中测得的吸收系数总是大于按经典理论计算的值。声吸收值增加的原因也是分子内部过程,即分子声吸收存在。
●影响可忽略
与液体和固体中超声波能量的高效传导相比,气体中分子声吸收几乎可以忽略不计。合理的焊接方法和加工方法可以有效减少超声波能量损失,提高灵科超声波焊接设备的效率。
声吸收在固体介质中
●固体实际结构
在固体介质中,声吸收在很大程度上取决于固体的实际结构。在均匀的介质中,声音的吸收基本上是由内部摩擦和热传导决定的,影响较小。
然而,当超声波在多晶体固体介质中传播时,声吸收主要由晶体的大小和声波波长的关系决定,因为这些多晶体由许多分离的小晶体组成。
●高频&低频
高频
当声波波长小于晶粒大小时,每颗晶粒中的声音都会被吸收,吸收系数与频率的平方成正比。
如果波长和晶粒的大小相同,那么声音就会在每个晶体之间发生散射,声吸收主要由漫散射决定。
当声波长大于晶粒大小时,一方面声波被比波长小的质点散射,另一方面,热传导导致的吸收比例大大增加。
低频
能量瑞利散射的声波对声吸收有很大影响,声吸收与频率的4次方成正比。
●超声波焊接
在一些固体材料中,如果声强度足够高,材料的温度会因为声吸收而大大升高,这种热效应在超声波焊接中具有实际意义。