Simonetti ไม่ได้ชื่นชมศิลปะของการสร้างก้อนน้ำแข็งให้กลายเป็นนก เขาชื่นชมความโปร่งใสของหงส์

Simonetti ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมการบินและอวกาศแห่งมหาวิทยาลัย Cincinnati เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านคลื่นเสียง แต่ช่วงหลังๆ นี้เขาเพิ่งเป็นเด็กฝึกงานด้านน้ำแข็ง และเมื่อพูดถึงคลื่นเสียง ยิ่งน้ำแข็งใสมากเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น

Simonetti เพิ่งเผยแพร่วิธีการใหม่ที่ใช้อัลตราซาวนด์เพื่อตรวจสอบชิ้นส่วนที่ผลิตขึ้นเพิ่มเติม: เขาจุ่มชิ้นส่วนลงในน้ำและแช่แข็งไว้ในถังน้ำแข็ง น้ำแข็งทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการคัปปลิ้ง โดยปล่อยให้คลื่นอัลตราโซนิกเข้ามาและสะท้อนข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นของชิ้นส่วน

เพื่ออธิบายกลุ่มของอัลตราซาวนด์และน้ำแข็งนี้ Simonetti ได้บัญญัติศัพท์คำว่า cryoultrasonics Cryoultrasonics สามารถมีอิทธิพลอย่างมากต่ออุตสาหกรรม ทำให้มั่นใจได้ว่าผู้ผลิตสารเติมแต่งจะสร้างชิ้นส่วนที่เชื่อถือได้

ผลงานดังกล่าวปรากฏในเดือนนี้ในNDT& E Internationalซึ่งเป็นหนึ่งในวารสารชั้นนำด้านการทดสอบและประเมินผลแบบไม่ทำลาย

Simonetti ใช้ cryoultrasonics เพื่อตรวจสอบชิ้นส่วนที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย เช่น ชิ้นส่วนโลหะในเครื่องยนต์ไอพ่นหรือโรงไฟฟ้า เนื่องจากชีวิตของผู้คนตกอยู่ในความเสี่ยง วิศวกรจึงต้องสามารถตรวจพบข้อบกพร่องใดๆ ที่อาจเกิดขึ้นในส่วนเหล่านี้ก่อนที่จะนำไปใช้ในทางปฏิบัติ

ในการผลิตแบบหักลบแบบดั้งเดิม การทดสอบอัลตราซาวนด์ทำงานได้ดี ผู้ผลิตเริ่มต้นด้วยบล็อกวัสดุที่เป็นของแข็ง ซึ่งวิศวกรสามารถทดสอบหาข้อบกพร่องโดยส่งคลื่นอัลตราโซนิกผ่านเข้าไป

แต่เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การผลิตแบบเพิ่มเนื้อ ท้าทายแนวทางนี้ ผู้ผลิตสารเติมแต่งสร้างส่วนที่ต้องการไม่ใช่โดยการลบออกจากบล็อก แต่โดยการเพิ่มเลเยอร์บนเลเยอร์ คลื่นอุลตร้าโซนิคจะสะท้อนมุมและส่วนโค้งของชิ้นส่วนใหม่เหล่านี้ แทนที่จะเป็นรอยแตกหรือข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้น

"เสียงต้องการสื่อเชื่อมต่อเพื่อเผยแพร่จากตัวแปลงสัญญาณแหล่งที่มาเป็นปริมาตรของชิ้นส่วน" Simonetti กล่าว "เมื่อความเปรียบต่างในคุณสมบัติทางกลระหว่างตัวกลางคัปปลิ้งและชิ้นส่วนมีขนาดใหญ่ พลังงานจะเข้ามาน้อยมาก และมันก็ไม่ทำงาน"

หลายคนได้ทดสอบน้ำเป็นตัวกลางในการมีเพศสัมพันธ์ พวกเขาแช่ส่วนนั้นในน้ำและส่งคลื่นอัลตราซาวนด์ผ่านเข้าไป อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกลของน้ำนั้นแตกต่างจากโลหะมาก พลังงานอุลตร้าโซนิคน้อยมากที่สามารถไปถึงชิ้นส่วนได้

ดังนั้น Simonetti ก็กลายเป็นน้ำแข็ง

"ที่อาศัยอยู่ในซินซินนาติ คุณมักจะเอาน้ำแข็งออกจากทางขับเสมอ ฉันอยากรู้ว่าน้ำแข็งมีคุณสมบัติอย่างไร" ซิโมเนตติกล่าว

"เราลองใช้เทคนิคแบบเดิมๆ ทั้งหมดแล้วก็ไม่เป็นผล เมื่อถึงจุดนั้น เรามองหามาตรการที่สิ้นหวัง และฉันก็คิดว่า "ทำไมเราไม่ลองล่ะ""

Simonetti แช่แข็งชิ้นส่วนโลหะในกระบอกสูบน้ำแข็งแล้วส่งคลื่นอัลตราโซนิกผ่านเข้าไป เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำแข็งนั้นคล้ายกับของชิ้นส่วนโลหะมาก คลื่นจึงผ่านเข้าไปในน้ำแข็งและโลหะที่ห่อหุ้มได้ง่าย และหยิบจับข้อบกพร่องใดๆ ในส่วนนั้น เมื่อเขาทำเสร็จแล้ว น้ำแข็งก็ละลายทันที

อย่างน้อยนั่นคือความคิด

“ความพยายามครั้งแรกเป็นหายนะ” Simonetti กล่าว

เพื่อให้น้ำแข็งทำหน้าที่เป็นสื่อจับคู่ที่มีประสิทธิภาพ จะต้องมีความใส - หากมีรอยแตกหรือฟองอากาศ คลื่นอัลตราซาวนด์จะสะท้อนข้อบกพร่องในน้ำแข็งมากกว่าข้อบกพร่องในส่วน

แต่น้ำแข็งไม่ใส มีเมฆมากและแตกหัก ส่งคลื่นอัลตราซาวนด์ผ่านและคลื่นกระดอนใน 15 ทิศทาง มันเลวร้ายยิ่งกว่าสำหรับก้อนน้ำแข็งที่ใหญ่กว่า เช่นเดียวกับที่จำเป็นสำหรับการหุ้มชิ้นส่วนโลหะเหล่านี้

Simonetti จำเป็นต้องหาวิธีที่จะแช่แข็งน้ำแข็งรอบๆ ส่วนนั้นโดยที่น้ำแข็งใสเอาไว้ นั่นหมายถึงการได้เครื่องพิเศษที่แช่แข็งน้ำแข็งโดยไม่ทำให้เกิดฟองหรือรอยแตก

“แน่นอน เราต้องสร้างสิ่งนี้ขึ้นมา” เขากล่าว

Simonetti ทำเครื่องทำน้ำแข็งแบบกำหนดเองนี้ด้วยมือ โดยผสมผสานของที่ซื้อใน Amazon เช่น ถาดอบ แผ่นเหล็ก และแกนหมุน มันเหมือนกับชุดครัววิทยาศาสตร์ แต่ใช้งานได้ งานนั้นคือจัดการกับอุปสรรคทั้งสองที่ป้องกันการก่อตัวเป็นน้ำแข็งใส: รอยแตกและฟองอากาศ

รอยแตกเกิดขึ้นเนื่องจากน้ำขยายตัวเมื่อแข็งตัว น้ำกลายเป็นน้ำแข็งจากภายนอก ก่อตัวเป็นเปลือกน้ำแข็งแข็งที่มีแกนของเหลว เมื่อแกนกลางแข็งตัว มันมีแนวโน้มที่จะขยายตัวต้านเปลือก ซึ่งทำให้เกิดการสะสมของแรงภายในที่นำไปสู่การแตกร้าว

เพื่อป้องกันการแตกร้าวนี้ Simonetti ได้ทำกระบอกที่มีฐานโลหะและด้านพลาสติก Simonetti วางชิ้นส่วนโลหะที่เขากำลังตรวจสอบภายในกระบอกสูบแล้วเติมด้วยน้ำ จากนั้นเขาก็ทำให้ฐานโลหะเย็นลง ซึ่งทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็งจากล่างขึ้นบน ในที่สุด น้ำจะแข็งตัวรอบๆ ส่วนที่เป็นโลหะและขยายไปถึงส่วนบนที่เปิดอยู่ของกระบอกสูบ แทนที่จะเป็นด้านข้าง

ฟองอากาศมีเล่ห์เหลี่ยมเล็กน้อย อากาศที่ละลายน้ำมีอยู่ในน้ำ เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง มันจะขับอากาศส่วนเกินออกไป อากาศส่วนเกินนี้จะสะสมอยู่ที่ด้านหน้าช่องเยือกแข็ง หรือบริเวณที่น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง เพื่อสร้างฟองอากาศ

"เพื่อป้องกันปรากฏการณ์นี้ คุณต้องลดความเข้มข้นของอากาศที่ด้านบนของช่องแช่แข็ง ในการทำเช่นนั้น เรากวนน้ำเพื่อให้ไหลคงที่" Simonetti กล่าว

เพื่อสร้างการไหลคงที่นี้ Simonetti ใช้แกนหมุน โดยการรักษาให้น้ำเคลื่อนที่ อากาศส่วนเกินจะไม่สะสมและฟองอากาศจะไม่ก่อตัว

ผลที่ได้คือชิ้นส่วนโลหะที่ห่อหุ้มด้วยก้อนน้ำแข็งใสราวคริสตัล เทียบได้กับประติมากรรมน้ำแข็งใสที่สุด Simonetti สามารถส่งคลื่นอัลตราโซนิกผ่านบล็อกนี้โดยไม่มีสิ่งกีดขวางเพื่อวัดความปลอดภัยของชิ้นส่วนโลหะ เมื่อเขาทำเสร็จแล้ว เขาเพียงแค่วางส่วนนั้นไว้ใต้น้ำและน้ำแข็งจะละลายทันที

Simonetti ยอมรับว่าน้ำแข็งเป็นเพียงก้าวเดียวเท่านั้นในการตรวจสอบชิ้นส่วนความปลอดภัยที่สำคัญเหล่านี้ น้ำแข็งเป็นตัวกลางในการคัปปลิ้งที่ดีเพราะมีคุณสมบัติคล้ายกับโลหะ แต่ก็ยังไม่แน่ชัด

“ในอุดมคติแล้ว ถ้าสื่อคัปปลิ้งทำจากวัสดุเดียวกันกับชิ้นส่วน มันจะสมบูรณ์แบบ” ซิโมเนตติกล่าว "แต่นั่นใช้ไม่ได้กับบางอย่างเช่นไททาเนียมเหลว ในการทดลอง คุณไม่สามารถถอดออกได้"

ตอนนี้ Simonetti กำลังทดลองกับอนุภาคนาโนเพื่อสร้างน้ำแข็งที่ใกล้เคียงกับคุณสมบัติของชิ้นส่วนโลหะมากขึ้น แนวคิดคือการตรึงสารแขวนลอยของอนุภาคนาโนลงในน้ำเพื่อทำให้น้ำแข็งมีความหนาแน่นมากขึ้น หนักขึ้น และแข็งแรงขึ้นด้วยกลไก

Simonetti รับสายจากหลายอุตสาหกรรม รวมถึงบริษัทวิศวกรรม ผู้ผลิตรถยนต์ และการทหาร เขาคิดว่าสิ่งพิมพ์นี้ช่วยสร้างความชอบธรรมในแนวทาง cryoultrasonic ของเขา เช่นเดียวกับการจำกัดความสงสัย เขาเองก็สงสัยในแนวทางนี้ในตอนแรกเช่นกัน

"มันใหม่ทั้งหมด เมื่อใดก็ตามที่คุณมีบางสิ่งที่แปลกใหม่ มีความคลางแคลงใจมากมายจากชุมชนวิชาการ" เขากล่าว "เมื่อคุณแช่แข็งน้ำ มันดูแย่มาก คุณคิดว่า "นี่จะไม่ได้ผล""

Simonetti ดึงก้อนน้ำแข็งที่ทำเสร็จแล้วออกจากช่องแช่แข็งเพื่อตรวจสอบ น้ำแข็งปกคลุมส่วนโลหะอย่างสมบูรณ์ ขณะที่ซิโมเมตตียกน้ำแข็งขึ้น เขาก็มองเห็นได้ทันที มันชัดเจนราวกับรูปปั้นน้ำแข็งของหงส์และก็น่าประทับใจไม่แพ้กัน