تغييرات سرعت امواج فراصوتي طولي در حضور يك گراديان درجه حرارت؛ بخش دوم: آزمايش هاي تجربي و تحليل عدم قطعيت

Variation of Longitudinal Ultrasonic Wave Velocity in the Presence of a Thermal Gradient; Part 2: Experimental Study and Uncertainty Analysis

بازرسي قطعات امري ضروري در صنايع مختلف است. روش‌هاي گوناگوني بدين منظور مورد استفاده قرار مي‌گيرد. يكي از پركاربردترين اين روش‌ها آزمون فراصوتي است. آزمون فراصوتي كاربردهاي متعددي نظير شناسايي و ارزيابي عيوب، اندازه‌گيري برخي خواص مكانيكي و متالورژيكي مواد و دماسنجي دارد. در بخش اول اين مقاله، معادلات تئوري و تحليل اجزا محدود چگونگي تغيير سرعت امواج فراصوتي در حضور گراديان درجه حرارت ارائه شد. در اين بخش به بررسي اثر گراديان درجه حرارت بر سرعت امواج فراصوتي طولي به صورت تجربي پرداخته مي‌شود. براي انجام آزمايش‌هاي تجربي دستگاهي خاص طراحي و ساخته شده است. اين دستگاه شرايط توزيع دماي مناسب و شرايط ارسال و دريافت امواج فراصوتي حجمي طولي را به صورت همزمان ايجاد مي‌كند. 12 آزمايش براي بررسي اثر طول اوليه قطعه و دماهاي بيشينه و كمينه در قطعه انجام شده است. نتايج حاصل از آزمايش‌ها با نتايج تئوري مقايسه شدند و تطابق بسيار خوبي ميان نتايج تئوري و تجربي مشاهده شد. تحليل عدم‌قطعيت اندازهگيري سرعت امواج فراصوتي طولي در حضور گراديان درجه حرارت، صورت گرفت و منابع خطا در اندازه‌گيري سرعت امواج فراصوتي شناسايي شدند. مقدار عدم قطعيت اندازه‌گيري سرعت برابر 4.5 m/s بدست آمد.

It is essential to inspect manufactured and inservice machines and components in industry. Many different are currently in use for this purpose. Ultrasonic testing is one of the most important nondestructive testing methods. Ultrasonic testing has different applications such as defect detection, assessment of mechanical and metallurgical properties of materials and temperature measurement. In the first part of this paper, theoretical equations and finite element analysis of variation of longitudinal ultrasonic wave velocity in the presence of a thermal gradient were studied. In the second part, the effect of a thermal gradient on the longitudinal ultrasonic waves is investigated by experiments. A specific test rig is designed and fabricated for this purpose. It can provide the desired temperatures and transmit and receive ultrasonic bulk waves simultaneously. Twelve different tests were carried out to study the effects of the work piece length and maximum and minimum temperatures. The experimental results are compared with the theory under similar conditions and very good agreement is observed. Uncertainty analysis is incorporated for determining the uncertainty in measuring the ultrasonic wave velocity in the presence of a thermal gradient and identifying the sources of error. The measurements were found to be quite accurate with an uncertainty of 4.5 m/s.