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Cavitation Erosion of Ultrasonic Probes |
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Ultrasonic probes 는 초음파의 파장 (wavelength) 의 1/2 길이의 tool 로서 converter 에 의해 생성되는 vibration 의
진폭 (amplitute) 을 증가시키는 mechnical transformer 의 기능을 한다. high grade titanium alloy Ti-6Al-4V 재질로 제작된
probe 는 인장력 (tensile strength) 이 뛰어나고 초음파 파장에서 acoustic properties 가 탁월하며, 강한 내부식성, 독성이
없으며, cavitation erosion 이 강한 저항성을 가지는 특성이 있다.
converter 에 의해 생성된 종파적 진동은 probe 에 의해 진폭이 증폭되어 팽창 수축이 반복되는 진동파로서 용액에 전달된다.
양압에 의해 생성된 수많은 미세 마이크로 버블 (cavities) 은 음압에서 bubble 의 격렬한 파괴가 일어난다.
bubble 이 순간적으로 파괴될 때 수백만개의 shock waves, micro streams, temperature 가 발생한다.
이런 현상을 cavitation 현상이라 하는 데 비록 수마이크로초 동안 일어나고 각 bubble 에서 발생되는 에너지의 양도 작지만
liquid 전체에서 발생되는 에너지의 전체양은 매우 크며 이 충격에 의해 견딜 수 있는 solid material 은 없다.
liquid 내의 cavitation 정도는 liquid 의 표면장력 (surface tension) 에 영향을 받는데 liquid 의 표면장력이 크면 클수록
더 강한 cavitation 이 일어나게 된다. 일반적으로 물이 media 로서 많이 사용되지만 ultrasonic probe 는 유기용매보다
물에서 5배나 더 빨리 부식이 일어나게 된다.
ultrasonic probe 는 그 끝의 표면이 닳아짐과 비례하여 성능이 떨어지게 된다. 연마지 (abrasive paper) 등을 이용하여
Probe tip 을 polishing 하게되면 성능은 다시 회복되어진다. 그러나 이 작업은 매우 조심스럽게 이루어져야 한다.
Ultrasonic probe 는 기타와 같이 정교하게 음향적으로 조율된 tool 로서 probe tip 을 polishing 을 너무 많이 하여 길이가
짧아지게 되면 probe 의 resonant frequency 가 변하게 되어 ultrasonic generator (power supply) 에 overload 가 되거나
초음파를 발생시키지 못하게 된다.
이런 이유로 Probe 끝을 polishing 하는 작업은 한번만 조심스럽게 하여야 한다.
비록 probe 끝을 resurfacing 하는 것은 성능을 회복시키기는 하지만 resurfaced probe 는 new probe 의 성능에 비해
효율이 떨어지게 된다.
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