研究人员提出超声波金属探伤新方法 将3D打印部件冻结在冰块里
来源:    发布时间: 2019-05-12 19:49   20 次浏览   大小:  16px  14px  12px
研究人员提出超声波金属探伤新方法 将3D打印部件冻结在冰块里

  近年来,采用 3D 打印的金属部件已经越来越多,它们被广泛地用于航空等领域。但即便是一个细微的缺陷,都有可能导致灾难性的后果。为此,在安装 3D 打印技术部件之前,必须对其进行全面的结构缺陷检验。有趣的是,最佳的检测方案,竟然是将其冻结在冰块里。据悉,通常这些部件是通过沉积或融化连续的金属粉末堆层制成的,因此固体材料的检查只能在部件制造完成后才能进行。

  作为对比,传统工艺是将一个较大的固体金属块加工成较小的零部件,因此能够相对轻松地对其展开超声波检查,以防止其中有裂缝或其它不规则的瑕疵。

  遗憾的是,若尝试对 3D 打印金属部件进行超声波检查,那些声波可能被其表面的曲线以一定的角度反弹开,结果导致内部的缺陷被掩盖。

  好消息是,若将 3D 打印金属部件浸入与其密度相似的材料中,超声波就可以无阻碍地穿越表面,而仅反射出其中的缺陷。

  辛辛那提大学航空航天工程教授 Francesco Simonetti 发现,冰块可以作为一种耦合介质(coupling medium)。在实验室中,其成功地借助通过亚马逊网购的现成钻台进行了测试。

  首先,他们将 3D 打印金属物体冻结在冰块中,然后通过超声波穿过该“圆筒”去探查金属部件的“内伤”。不过需要指出的是,冰块不能包含任何不规则的裂缝或气泡,其本身必须是晶莹剔透的。

  据悉,裂缝通常会在水从容器外部向内冻结时产生。由于核心部分会反向冻结和膨胀,导致围绕液芯的冰壳出现碎裂缝隙。

  为防止这种情况的发生,Simonetti 先将 3D 打印部件置入空的圆筒,用水进行填充。然后在圆筒底部使用金属板,从底部向上地对水进行冷却。

  结果就是,水汽从底部开始冻结(而不是侧面),膨胀到容器的开放和非约束的顶部。消除了内部的压力,因此没有形成裂缝。

  此外为了防止气泡的形成,需要在冷却的过程中对水进行机械搅拌,使得水中溶解的空气不会沿着冷冻的前沿方向形成气泡(这是刚形成的冰与仍然液态的水相遇的区域)。

  需要指出的是,尽管由此产生的超清冰作为耦合介质的效果已经很不错,但还不够完美。为此,Simonetti 计划尝试在水中添加纳米颗粒悬浮液,从而产生重量和强度更高、更接近于金属密度的冰。

  有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《NDT&E International》期刊上。原标题为: