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研究人員提出超聲波金屬探傷新方法 將3D打印部件凍結在冰塊里
發布:kittyll   時間:2019/5/6 14:18:04   閱讀:1024 
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近年來,采用3D打印的金屬部件已經越來越多,它們被廣泛地用于航空等領域。但即便是一個細微的缺陷,都有可能導致災難性的后果。為此,在安裝3D打印技術部件之前,必須對其進行全面的結構缺陷檢驗。有趣的是,最佳的檢測方案竟然是——將其凍結在冰塊里。

據悉,通常這些部件是通過沉積或融化連續的金屬粉末堆層制成的,因此固體材料的檢查只能在部件制造完成后才能進行。
 

圖片來源:Corrie Stookey / CEAS Marketing,via New Atlas

作為對比,傳統工藝是將一個較大的固體金屬塊加工成較小的零部件,因此能夠相對輕松地對其展開超聲波檢查,以防止其中有裂縫或其它不規則的瑕疵。

遺憾的是,若嘗試對3D打印金屬部件進行超聲波檢查,那些聲波可能被其表面的曲線以一定的角度反彈開,結果導致內部的缺陷被掩蓋。

經研究發現,若將3D打印金屬部件浸入與其密度相似的材料中,超聲波就可以無阻礙地穿越表面,而僅反射出其中的缺陷。

辛辛那提大學航空航天工程教授Francesco Simonetti發現,冰塊可以作為一種耦合介質(coupling medium)。在實驗室中,他成功地借助網購的現成鉆臺進行了測試。

首先,他們將3D打印金屬物體凍結在冰塊中,然后通過超聲波穿過該“圓筒”去探查金屬部件的“內傷”。不過需要指出的是,冰塊不能包含任何不規則的裂縫或氣泡,其本身必須是晶瑩剔透的。
 

在試驗中發現,裂縫通?;嵩謁寫尤萜魍獠肯蚰詼辰崾輩?。由于核心部分會反向凍結和膨脹,導致圍繞液芯的冰殼出現碎裂縫隙。

為防止這種情況的發生,Simonetti先將3D打印部件置入空的圓筒,用水進行填充。然后在圓筒底部使用金屬板,從底部向上對水進行冷卻。

結果就是,水從底部開始凍結(而不是側面),膨脹到容器的開放和非約束的頂部。這樣很好的消除了內部的壓力,因此沒有形成裂縫。

此外為了防止氣泡的形成,需要在冷卻的過程中對水進行機械攪拌,使得水中溶解的空氣不會沿著“冷凍的前沿方向”形成氣泡(這是剛形成的冰與仍然液態的水相遇的區域)。

需要指出的是,盡管這樣產生的超清冰作為耦合介質的效果已經很不錯,但還不夠完美。為此,Simonetti計劃嘗試在水中添加納米顆粒懸浮液,從而產生重量和強度更高、更接近于金屬密度的冰。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《NDT&E International》期刊上。原標題為:《Experimental methods for ultrasonic testing of complex-shaped parts encased in ice》

來源:Science科學
 
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