检测零件的冷冻方法吴世俊

检测零件的冷冻方法

弗朗西斯科·西蒙内蒂在评论一只天鹅的冰雕时说：“他们是怎么做到的？” 但Simonetti并不赞赏将一块冰块塑造成鸟的繁重工作。他很欣赏天鹅晶莹剔透的透明度。

Simonetti是辛辛那提大学的航空航天工程教授，他是声波方面的专家，但最近他还是冰上学徒当谈到声波时，冰越清楚越好。

Simonetti最近发表了一种新方法，该方法使用超声波检查添加剂制造的部件：他将部件浸入水中并将其冻结在一个冰柱内。冰充当耦合介质，让超声波进入并反射部件的潜在缺陷。

加州大学教授弗朗西斯科·西蒙内蒂最近发表了一种新的方法，将添加剂制造的零件冻结在水中。冰充当耦合介质，让超声波进入并反射部件的潜在缺陷。照片/ Corrie Stookey / CEAS营销

为了描述这种超声和冰的分组，Simonetti创造了术语cryoultrasonics。Cryoultrasonics可以对工业产生巨大影响，确保添加剂制造商构建可靠的零件。

这项 工作 本月出现在NDT＆E International，这是无损检测和评估领域的领先期刊之一。新方法推进了UC的战略方向创新议程平台， Next Lives Here。

问题表面

Simonetti使用冷冻电子技术检测安全关键部件，如喷气发动机或发电厂的金属部件。由于人们的生命受到威胁，工程师需要能够在实践中使用之前发现这些部件中的任何潜在缺陷。

在传统的减法制造中，超声波测试工作得很好。制造商从坚固的材料块开始，工程师可以通过发送超声波来测试缺陷。

但是增材制造等新技术对这种方法提出了挑战。添加剂制造商不是通过从块中减去而是通过在层上添加层来构建所需的部分。超声波从这些新部件的角度和曲线上反弹，而不是潜在的裂缝或缺陷。

“声音需要耦合介质从源换能器传播到部件的体积中，”Simonetti说。“当耦合介质和零件之间的机械性能对比很大时，很少能量进入，而且不起作用。”

许多人已经将水作为耦合介质进行了测试。他们将部件浸入水中，并通过它发送超声波。然而，水的机械性能与金属非常不同。很少的超声波能量甚至可以使它成为零件。

所以Simonetti转向冰。

“住在辛辛那提，你总是从车道上取下冰块。我很好奇地看到冰的属性是什么，“Simonetti说。

“我们尝试了所有传统技术，没有任何方法可行。那时，我们寻找绝望的措施，我只是想，'我们为什么不试试？'“

冰，冰，也许？

Simonetti将金属部件冻结在一个冰柱中，然后通过它发送超声波。由于冰的物理特性与金属部件的物理特性非常相似，因此波浪很容易穿过冰块并包裹金属，并拾取零件中的任何缺陷。当他完成后，冰就会融化。

至少这是个主意。

“第一次尝试是灾难性的，”西蒙内蒂说。

要使冰充当有效的耦合介质，它必须是晶莹剔透的 - 如果存在任何裂缝或气泡，超声波将反射出冰中的缺陷而不是零件中的缺陷。

但冰并不是很清楚。它是阴天和破碎的。通过它发送超声波，波在15个方向反弹。对于更大的冰块来说，情况更糟，就像那些需要包裹这些金属零件的冰块一样。

Simonetti需要找到一种方法来冻结部件周围的冰，同时保持冰透明。这意味着需要一台特殊的机器来冻结冰而不会产生气泡或裂缝。

“当然，我们必须建立这个东西，”他说。

科学厨房套装

Simonetti手工制作这款定制制冰机，结合在亚马逊上购买的东西，如烤盘，烤架和锭子。它就像一套科学厨房，但它确实起到了作用。这项工作是解决阻止形成晶莹剔透的冰的两个障碍：裂缝和气泡。

裂缝形成，因为水在凝固时膨胀。水从外面结冰，形成带有液芯的坚固冰壳。当核心凝固时，它倾向于膨胀抵抗壳体，这导致内力的累积导致开裂。

为了防止这种破裂，Simonetti制造了一个带有金属底座和塑料侧面的圆柱体。Simonetti将他正在检查的金属部件放入气缸内并用水填充。然后他冷却金属底座，导致水从底部到顶部冻结。水最终在金属部件周围凝固并膨胀到圆筒的开口顶部，而不是侧面。

泡沫有点棘手。溶解的空气存在于水中。当水结冰时，它会排出多余的空气。这种多余的空气积聚在冷冻前沿，或者水转向冰的地方，形成气泡。

“为了防止这种现象，你需要简单地减少冷冻前端顶部的空气浓度。为此，我们将水搅拌至恒定流量，“Simonetti说。

为了创造这种恒定的流量，Simonetti使用了一个主轴。通过保持水运动，多余的空气不会积聚，气泡也不会形成。

结果是一块金属部分被一块晶莹剔透的冰块所包围，甚至可以与最清晰的冰雕相媲美。Simonetti可以通过该块无阻碍地发送超声波，以测量金属部件的安全性。当他完成后，他只需将部件放在水下，冰就会融化。

两种，或同一种

Simonetti承认冰在检查这些关键安全部件方面只向前迈出了一步。冰是一种很好的耦合介质，因为它具有与金属相似的性质，但它仍然不精确。

“理想情况下，如果耦合介质由与零件相同的材料制成，那将是完美的，”Simonetti说。“但这对液态钛这样的东西来说并不实用。在实验上，你无法删除它。“

Simonetti现在正在尝试使用纳米粒子来制造更接近金属部件特性的冰。这个想法是将纳米粒子的悬浮液冻结到水中，使冰更致密，更重，机械强度更高。

Simonetti接到许多行业的电话，包括工程公司，汽车制造商和军方。他认为该出版物有助于在他的低温超音速方法中建立合法性，并限制怀疑主义。他一开始也对这种做法表示怀疑。

“这是全新的。每当你有一些如此新颖的东西时，学术界就会有很多怀疑论者，“他说。“当你冻结水时，它看起来很可怕。你认为，“这不会起作用。”

Simonetti将完成的冰块从冰箱中取出来进行检查。冰完全包住了金属部分。当Simonetti举起冰块时，他可以看到它。它像天鹅的冰雕一样清晰，不知何故，同样令人印象深刻。

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