功率超声在液态金属成形方面作用及应用

超声波在有色冶金中的应用研究新进展摘要：介绍了超声波的概念和作用机理。

论述了超声波在冶金领域中的主要应用：在合理利用超声波的条件下，均有利于脱气、去夹杂、细化晶粒和强化浸出过程等的进行。

展望了超声波的应用前景。

关键词：超声波；有色冶金；应用；前景引言：目前我国冶金工业正处于由提高产量转向提高质量、全社会节能降耗的良好契机，超声波更具有良好的研发前景和实用价值，因此本文对超声波在有色冶金领域中的应用研究作如下介绍。

一、超声波的概述人们通常把频率比20kHz大的声波称作为超声波，它的频率是超出了人耳能感受到的最大范围的。

因此，超声波是人们听不见的。

超声波是一种压缩纵波，它在固、夜、气体以及固熔体等作为介质时均能有效传播，它的穿透性很强。

此类固有的特点让其在液体介质中传播时传递出了十分强大的能量，可以在界面上发生强烈冲击与空化的作用。

而且同声波一样会出现反射、干涉、叠加与共振等现象。

在条件相同的振幅下，超声波的强度与普通波比较要大许多，这个关键因素使得超声波可以在众多领域里有着广泛应用。

并且超声波有波长短，频率高，能量大，对介质质点能够产生明显的声压作用等特征。

现阶段已经被医学、化工业、食品、电子工业、工业探伤、海洋探测以及电镀行业（用于表面清洗）等方面广泛应用。

与此同时，这半个世纪以来，很多的冶金人员也长时间致力在超声波的基础研究与应用研究工作。

甚至，最近几年伴随着新材料的成功开发，让人们成功研制出了大功率的超声波换能器，打破了传统换能器功率小、能量利用率低的限制，致使超声波有可能在冶金方面也实用，并且前后获得了一些研究成果，一些在工业上有了应用。

二、超声波在有色冶金中的应用（一）超声波在火法冶金中的应用Onaev等对声振动在铅鼓风炉上的应用进行了工业规模的试验。

从研究结果可得，使用6赫兹、140分呗的声波，能让铅锭的熔炼率与铅锭的回收率提高了5.84%；冰铜的熔炼率与铅锭的回收率提高了8.97%；渣的熔炼率与铅锭的回收率提高了6.55%；冰铜的熔炼率与铅锭的回收率提高5.65%，炉渣的温度从1073摄氏度提高到了1090摄氏度，排出的废气中一氧化碳的浓度从原来的24.2%降为了20.2%，其中二氧化碳的含量却从原来的17.2%增加到了21.4%；熔炼过程的热平衡测试结果表明，声振动加强了焦碳的燃烧，热损失减少了，能让每吨炉料的热量增加11.3%。

目录一、摘要 (2)二、超声波金属点焊接原理及特点 (2)1.超声波金属焊接的优点 (2)2.超声波金属焊接的不足 (3)3.影响超声波金属焊接质量的主要因素 (3)三、国内外研究现状 (4)1.研究现状国内 (4)2.国外研究现状 (5)四、制约国内超声波金属焊接技术发展的几个关键因素 (7)五、超声波金属焊接技术今后发展方向 (7)六、参考文献 (8)摘要:介绍了超声波焊接技术的基本原理、目前的发展状况，对目前国内外金属超声波焊接设备进行了简要介绍，对国内相关领域的发展进行了总结，分析了目前制约金属超声波焊接技术的关键因素和解决的对策，并对超声波技术的发展趋势进行了展望。

关键词:超声波焊接；发展状况；发展趋势The basic principles of ultrasonic welding technique and the present research status were presented, the metalultrasonic welding apparatus at home and abroad were briefly introduced, and the domestic developments in the relevant metalultrasonic welding areas were summarized. Moreover, the key factors that currently affect metal ultrasonic welding and thesolutions to these issues were analyzed, the development tendency of ultrasonic metal welding techniques was pointed out atthe end.Key words:ultrasonic welding; development status; development tendency超声波金属焊接还在电子工业、电器制造、新材料的制备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术方面都有很广泛的应用，量比电流焊接少得多，超声波邦定作为超声波金属焊接的一种小功率应用，常用于晶体管或集成电路引线的焊接。

90科学技术Science and technology金属材料超声表面强化技术的研究与应用进展徐 莉（酒钢集团榆中钢铁有限责任公司，甘肃 兰州 730104）摘 要：当前我国经济和科技都在不断进步，工业也随之发展。

工业品的质量会受到工业品材料的影响。

当前在我国金属材料的用量较大，用途也较为广泛，很多相关科学家都在不断研究和探索关于增强金属强度和性能的方法。

本文针对金属材料超声表面强化技术的研究和应用进行进行深入分析和探索，供读者参考。

关键词：金属材料；超声表面强化技术；研究；应用中图分类号：TG668 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）11-0090-2 收稿日期：2020-06作者简介：徐莉，女，生于1989年，汉族，甘肃武威人，本科，助理工程师，研究方向：金属材料及热处理。

1 超声冲击处理技术众所周知，超声处理技术是我国目前应用较为广泛的技术，大功率的超声是这一技术中最关键的驱动能量。

超声处理技术能够有效进行电能与机械能之间的转化。

磁致伸缩转换能器和压电陶瓷是超声冲击处理技术能够顺利工作的关键因素，机械能会转化为变幅聚能，然后对焊件的表面造成冲击，使材料表面形成塑性形变，从而极大降低焊接操作过程中产生的残余应力，还能够有效提高抗疲劳性[1]。

超声冲击处理技术又称为超声表面强化技术。

超声冲击处理技术是由20世纪70年代前苏联的科学家发明的，1990年法国开始对超声冲击技术进行研究，美国于1995年开始了在桥梁结构上应用超声冲击处理进行研究，我国也是从20世纪90年代开始探索和研究冲击处理技术，冲击处理与焊接接头疲劳强度之间的关系是我国的主要研究领域。

经过我国相关科学家研究发现，工件的接头如果经过超声冲击后，那么其抗疲劳性就会大幅度提高[2]。

而且，这一研究成果目前已经在焊接行业当中广泛应用。

用超声冲击技术对焊接接头进行处理后，不仅能够提高焊接接头的抗疲劳性，还能够在很大程度上降低焊接以后工件上残留的应力。

第39卷第2期粉末冶金技术Vol. 39, No. 2 2021 年 4 月Powder Metallurgy Technology April 2021超声波对金属相与陶瓷相间润湿角的影响郭富城1,2)，宋金鹏1,2)✉，高姣姣1,2)，吕　明1,2)1) 太原理工大学机械与运载工程学院，太原 030024 2) 太原理工大学精密加工山西省重点实验室，太原 030024✉通信作者,E-mail:********************.cn摘要金属相与陶瓷相间的润湿性对陶瓷刀具的性能起着重要作用，为了改善固−液界面结构，提高陶瓷材料的综合性能，研究了烧结过程中超声作用产生的能量对金属相与陶瓷相间润湿角的影响。

根据粉末液相烧结理论，构建了固‒液双球冠润湿模型。

依据润湿模型和最小能量原理，建立了润湿角与表面能、超声能、几何参数之间的关系。

研究表明：在超声波作用下，固‒液、液‒气间的表面能增大，有利于液相烧结的进行，有助于减小润湿角；部分声能转化为热能，影响润湿角的变化；当超声波频率和振幅增大时，有利于润湿角的减小，提高金属相与陶瓷相间的润湿性。

关键词 超声波；金属相；陶瓷相；最小能量原理；表面能；润湿角分类号 TG711；TB559；TB333Influence of ultrasonic wave on wetting angle between metal phaseand ceramic phaseGUO Fu-cheng1,2), SONG Jin-peng1,2)✉, GAO Jiao-jiao1,2), Lü Ming1,2)1) College of Mechanical and Vehicle Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China2) Precision Processing Key Laboratory of Shanxi Province, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China✉Correspondingauthor,E-mail:********************.cnABSTRACT The wettability between the metal phase and the ceramic phase plays an important role in the properties of the ceramic cutting tools. To improve the solid−liquid interface structure and enhance the comprehensive properties of the ceramic materials, the influence of the energy generated by ultrasonic during sintering on the wetting angle between the metal phase and the ceramic phase was studied. According to the theory of powder liquid phase sintering, the wetting model of the solid−liquid double spherical crown was established. Based on the wetting model and the minimal energy principle, the relationship among the wetting angle, surface energy, ultrasonic energy, and geometric parameters was established. The result shows that, the surface energy between the solid and liquid phases and between the liquid and gas phases increases by the ultrasonic wave, which is conducive to the progress of the liquid phase sintering and reduces the wetting angle; the part of acoustic energy is converted into the heat energy, which affects the wetting angle; when the ultrasonic frequency and amplitude increase, it is also beneficial to reduce the wetting angle and improve the wettability between the metal phase and the ceramic phase.KEY WORDS ultrasound; metal phase; ceramic phase; minimal energy principle; surface energy; wetting angle收稿日期：2019−11−25基金项目：国家自然科学基金资助项目（51875388）DOI：10.19591/11-1974/tf.2019110014；金属与陶瓷材料间润湿性的好坏对陶瓷刀具的性能起着关键作用[1]。