تشریح عملکرد هورن آلتراسونیک

همانطور که قبلاً اشاره شد، هورن قسمتی از یک تجهیز آلتراسونیک است که روی ترانسدیوسر مونتاژ می شود و وظیفه انتقال ارتعاش از ترانسدیوسر به منطقه انجام عملیات جوشکاری، دوخت، همگن سازی و ..... را بر عهده دارد و می تواند ضمن انتقال ارتعاش دامنه نوسان موج را نیز تقویت نماید. همچنین می توان بین ترانسدیوسر و هورنی که مسئول انجام عملیات است یک قطعه با هندسه هورن استفاده کرد که یک مرحله دامنه ارتعاش تقویت شود و بعد دامنه ارتعاش مجدداً توسط هورن تقویت شود که به این قطعه واسط اصطلاحاً بوستر گفته می شود. 

هورن می تواند اشکال مختلفی داشته باشد که هر هندسه انتخابی می تواند به شکل متفاوتی دامنه موج را تقویت نماید.

طراحی هورن فرایند ساده ای نیست. زیرا هورن باید طوری طراحی شود که زمانیکه روی ترانسدیسور مونتاژ می شود، فرکانس رزونانس کل مجموعه با فرکانس رزونانس ترانسدیوسر به تنهایی یکی باشد و از طرفی تنظیم دامنه مورد نیاز با توجه به کاربرد مد نظر ، در انتهای هورن نیز نکات خاص خود را دارد .

در ویدئوی زیر نحوه تقویت دامنه نوسان توسط هورن نمایش داده شده است.

مشخصات ترانسدیوسر و هورن:

طول ترانسدیوسر: 78.5 میلی متر

قطر: 38 میلی متر

جنس پیزوالکتریک: PZT8

جنس جرم جلویی و هورن: آلومینیوم آلیاژی

جنس جرم پشتی: فولاد آلیاژی

فرکانس کاری: 25 کیلوهرتز

طول هورن : 97 میلی متر

نوع هورن : پله ای متقارن

قطر ابتدا: 38 میلی متر

قطر انتها : 20 میلی متر

آنالیز مودال ترانسدیوسر آلتراسونیک 25 کیلوهرتز

مشخصات ترانسدیوسر:

طول کلی : 78.5 میلی متر

قطر: 38 میلی متر

جنس پیزوالکتریک: PZT8

جنس جرم جلویی: آلومینیوم آلیاژی

جنس جرم پشتی: فولاد آلیاژی

فرکانس کاری: 25 کیلوهرتز

آنالیز مودال ترانسدیوسر آلتراسونیک در نرم افزار آباکوس

در پست با عنوان مراحل طراحی و ساخت  ترانسدیوسر آلتراسونیک اشاره شد که پس از طراحی یک ترانسدیوسر و قبل از ورود به مرحله ساخت، باید ترانسدیوسر در یک نرم افزار المان محدود آنالیز مودال و آنالیز هارمونیک شود. در این قسمت نتایج آنالیز مودال یک ترانسدیوسر در نرم افزار آباکوس نشان داده شده است. یک ترانسدیوسر می تواند فرکانس های رزونانس مختلفی داشته باشد و در هر یک از این فرکانس ها با mode shape و یا به صورت ساده با شکل های مختلفی نوسان نماید. هدف از طراحی یک ترانسدیوسر این است که فرکانس طراحی یا کاری مد نظر که بعد از ساخت ترانسدیوسر  قرار است توسط ژنراتور به ترانسدیوسر اعمال شود یکی از فرکانس های رزونانس ترانسدیوسر باشد و ترانسدیوسر در این فرکانس در مد ارتعاشی طولی نوسان نماید. یعنی نحوه نوسان و تغییر شکل ترانسدیوسر در این فرکانس به صورت طولی باشد. در ویدیوی زیر نتایج آنالیز مودال یک ترانسدیوسر با جرم جلویی (front mass) از جنس آلیاژ تیتانیوم و جرم عقبی (back mass) از جنس فولاد و پیزوالکتریک از جنس P8 که برای فرکانس کاری 20 کیلوهرتز طراحی شده نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود ترانسدیوسر در فرکانس نزدیک به 20 کیلوهرتز دارای مد ارتعاشی طولی است که نشاندهنده درستی طراحی ترانسدیوسراز نظر ابعاد و مشخصات قسمت های مختلف آن است.