堆焊层厚度测量方法
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采用超声波测量堆焊层厚度主要有界面波测厚 法和厚度测量法 2 种 。界面波测厚法是利用界面反 射回波在堆焊层中的传播时间来确定堆焊层厚度的 方法 。厚度测量法是利用被测基材加堆焊层的整体 厚度 ,折算出堆焊层的厚度 。界面波测厚法需要相 同堆焊层材料的对比试块 ,且只适用于从堆焊层一 侧进行测量 ,检测单位及使用单位很难做到 。运用 测厚仪计算加氢反应器不锈钢堆焊层厚度的方法具
参考文献 : [ 1 ] GB 11344 —89 , 接触式超声波脉冲回波法测厚[ S] . [ 2 ] 许遵言 , 张 检. 不锈钢堆焊层厚度的测量 [ J ] . 无 损探伤 ,
2002 , (2) :11213. [ 3 ] 超声波探伤编写组. 超声波探伤 [ M ] . 北京 :电力工业出版社 ,
厚经验 ,提出了一种简便的厚度测量方法 ,以供同行 借鉴 。
1 堆焊层测厚方法概况
在奥氏体不锈钢堆焊层凝固过程中 ,没有奥氏 体向铁素体的相变 ,在室温下仍保留着锈态奥氏体 晶粒 。此奥氏体晶粒粗大 ,超声波衰减严重 。堆焊 层金属在冷却时 ,母材方向散热条件好 ,且奥氏体晶 粒生长取向基本垂直于母材表面 ,这就给超声波测 厚带来了很大的困难 。
的厚度之和 ,δ1 为基材实际厚度 ,δ2 为堆焊层的实
际厚度 ,mm ; v1 为基层材料的实际声速 , v2 为堆焊
层材料的实际声速 ,m/ s 。
2. 2 公式推导
超声波测厚仪具有按厚度校准功能 ,即具有显
示平均声速的功能 。因此 ,运用超声波测厚仪可以
测出超声波在加氢反应器壁中的平均声速 v平均 ,并
Method Used in Ultrasonic Welding Layer Thickness Measurement f or Sta inless Steel Reactor Hydrotreating ZHANG Tao , ZHOU Hong2lan , SUN Dan
( Special Test Equip ment Branch of t he Instit ute of Do ngying , Do ngying 257091 , China)
3 实际检测
2008 年 11 月 ,山东海科化工集团有限公司有 1
台加氢反应器到期进行全面检验 。其设计压力为 3. 55 M Pa ,设计温度为 405 ℃, 筒体 、封头材质为 2. 25Cr1Mo + 309 + 347 ,筒体设计厚度为 (70 + 1 + 5) mm ,封头设计厚度为 (50 + 1 + 5) mm 。运用厚 度测量法分别计算出了加氢反应器不锈钢堆焊层和 基层的厚度 。
表 1 不同声速下的仪器显示厚度值
输入声速 v/ mm ·s - 1
仪器显示厚度值 δ/ mm
v ∶δ/ s - 1
6 300 000
11. 09
0. 000 001 760
6 200 000
10. 90
0. 000 001 758
6 000 000
10. 55
0. 000 001 758
5 900 000
1980 . [ 4 ] 云庆华. 锅炉压力容器无损探伤技术[ M ] . 天津 :天津科学技术
出版社 ,1985. [ 5 ] 姜来军 ,李文刚. 不锈钢传感器材料与热处理探讨[ C ]/ / 称重
科技暨第五届称重技术研讨会论文集 ,2005. (许编)
选用按厚度校准功能的 MX23 型的超波测厚 仪 ,耦合剂选用机油 。检验中 ,以厚度来校准测厚 仪 ,运用测厚仪从加氢反应器的外壁进行测量 ,并利 用式 (2) 计算出超声波在加氢反应器不锈钢堆焊层 实际声速度 v2 ,根据以上数据及式 (1) 可以计算出 加氢反应器不锈钢堆焊层的计算厚度δ2 ,见表 2 。
为了提高其内壁对氢及硫化氢的高温耐腐蚀能 力 ,一般在 2. 25Cr21Mo 基体上堆焊奥氏体不锈钢 堆焊层 。由于基材厚度的增大和产品几何形状的多 样化 ,很难用卡尺 、千分尺等测量工具准确测得堆焊 层的厚度 ,而奥氏体不锈钢对声能吸收和散射衰减 较大 ,在没有相应标准和具体方法的前提下 ,如何 检测堆焊层的厚度已经是特种设备检验工作者的当 务之急 。本文基于对加氢反应器不锈钢堆焊层的测
表 2 堆焊层实际平均声速 、堆焊层计算厚度值
堆焊层实际 测厚仪显示 堆焊层 堆焊层 部位 平均声速 平均总厚度 计算厚度值 设计厚度值δ2计算 ∶δ2设计
v2/ m ·s - 1 δ/ mm δ2计算/ mm δ2设计/ mm
/%
筒体 3 470. 5 封头 2 372. 0
80. 2 64. 8
5. 99 5. 95
6. 00 6. 00
0. 16 0. 80
由表 2 可以看出 ,运用测厚仪计算加氢反应器 不锈钢堆焊层厚度的方法简单且容易掌握 ,检测结 果误小于 1 %。
4 结语
采用厚度测量法检测加氢反应器不锈钢堆焊层 厚度的方法简单且容易掌握 , 检测结果误差小于 1 % ,对工件的要求不高 ,只要上下两表面平行 ,基材 表面粗糙度 Ra < 6. 3μm 即可 。即使堆焊层表面焊 后不做任何处理 ,也能测出堆焊层厚度 ,只是误差较 大而已 ,对工件的厚度无限制 。该方法不仅适用于 检验单位的定期检验 ,也适用于使用单位的在线检 测 ,适用性强 ,且不需要特殊的对比试块 ,也不需要 其他特殊仪器 ,极大减少了检验成本 ,具有广阔的市 场空间和应用价值 。
根据试验结果可以得出 ,在室温条件下 ,声速在 2 000 ～ 6 300 m/ s ,测厚仪仪器显示值δ与超声波
声速 v 的比值是个固定值 。此结果与超声波仪器测 厚原理相同 ,由此可根据超声波声速公式 (δ= vt) 推
出以下公式 :
δ2 = v2 (δ- δ1 ) / v1
(1)
式中 ,δ为实测显示总体厚度 ,即基材厚度与堆焊层
Abstract : A t hermal wall hydro genatio n reactor of stainless steel cladding layer t hickness meas2
urement characteristics was int roduced , and measurement data were analyzed. A simple way of stainless steel hydrogenatio n reactor measuring t he t hickness of surfacing was discussed.
第 39 卷 第 1 期 石 油 化 工 设 备 Vol1 39 No1 1 2010 年 1 月 PETRO2C H EMICAL EQU IPM EN T J an. 2010 文章编号 : 100027466 (2010) 0120071202
Key words : hydrogenatio n reactor ; ult raso nic t hickness gauge ; t hickness ; clad layer
热壁加氢反应器是炼油 、化工行业关键设备 ,通 常在高温 、高压 、临氢条件下工作 ,使用条件比较苛 刻 。热壁加氢反应器的主要材质为 2. 25Cr21Mo ,具 有厚度较大的特点 ,内壁一般带有单层或两层奥氏 体不锈钢带极堆焊 (347 盖面 + 309 过渡层) ,设计压 力一般 8～20 M Pa ,设计温度为370～410 ℃,工作 介质主要是 H2 、油 、H2 S 等 。目前 ,国内已经开始 大量使用 2. 25Cr21Mo 加钒和 3Cr21Mo214V2Ti2B 等材料制造热壁加氢反应器 ,其设计温度可以达到 450 ℃。
由以上原理可以推出公式 :Leabharlann Baidu
δ/ v平均 =δ1 / v1 +δ2 / v2
(2)
根据式 (2) 可以计算出超声波在加氢反应器不
锈钢堆焊层实际声速度 v2 ,而已知钢中的声速 v1 和
基层厚度δ1 (假设加氢反应器基层基本不腐蚀) ,从
而可根据式 (1) 计算出加氢反应器不锈钢堆焊层的
实际厚度δ2 。
有简单易行 、检测结果误差小的显著特点 ,不仅适用 于制造中的产品检验 ,也适用于在用设备的全面检 验 (可从设备外壁进行测量计算) 。
2 厚度测量法
2. 1 原理
脉冲反射式测厚仪是通过测量超声波在工件
上 、下底面之间往返一次传播的时间来求得工件的 厚度 。在室温条件下 ,用同一测厚仪在某一固定厚 度的试块上 ,通过改变不同超声波声速所得到的 1 组数据见表 1 。
收稿日期 : 2009208218 作者简介 : 张 涛 (19832) ,男 ,山东东营人 ,工程师 ,学士 ,主要从事压力容器新材料研发 、检测及无损检测新技术研究 。
·72 ·
石 油 化 工 设 备 2010 年 第 39 卷
10. 38
0. 000 001 759
5 500 000
9. 67
0. 000 001 758
5 000 000
8. 80
0. 000 001 760
4 000 000
7. 04
0. 000 001 760
3 000 000
5. 28
0. 000 001 760
2 000 000
3. 52
0. 000 001 760
加氢反应器不锈钢堆焊层超声波测厚方法
张 涛 , 周红兰 , 孙 丹
(山东省特种设备检验研究院 东营分院 , 山东 东营 257091)
摘要 : 介绍了热壁加氢反应器不锈钢堆焊层厚度测量的特点 ,并对其测量数据进行了分析 ,探讨了 一种测量加氢反应器不锈钢堆焊层厚度的简单方法 。 关键词 : 加氢反应器 ; 超声波测厚仪 ; 厚度 ; 堆焊层 中图分类号 : TQ 050. 4 ; T G 115. 28 文献标志码 : B
参考文献 : [ 1 ] GB 11344 —89 , 接触式超声波脉冲回波法测厚[ S] . [ 2 ] 许遵言 , 张 检. 不锈钢堆焊层厚度的测量 [ J ] . 无 损探伤 ,
2002 , (2) :11213. [ 3 ] 超声波探伤编写组. 超声波探伤 [ M ] . 北京 :电力工业出版社 ,
厚经验 ,提出了一种简便的厚度测量方法 ,以供同行 借鉴 。
1 堆焊层测厚方法概况
在奥氏体不锈钢堆焊层凝固过程中 ,没有奥氏 体向铁素体的相变 ,在室温下仍保留着锈态奥氏体 晶粒 。此奥氏体晶粒粗大 ,超声波衰减严重 。堆焊 层金属在冷却时 ,母材方向散热条件好 ,且奥氏体晶 粒生长取向基本垂直于母材表面 ,这就给超声波测 厚带来了很大的困难 。
的厚度之和 ,δ1 为基材实际厚度 ,δ2 为堆焊层的实
际厚度 ,mm ; v1 为基层材料的实际声速 , v2 为堆焊
层材料的实际声速 ,m/ s 。
2. 2 公式推导
超声波测厚仪具有按厚度校准功能 ,即具有显
示平均声速的功能 。因此 ,运用超声波测厚仪可以
测出超声波在加氢反应器壁中的平均声速 v平均 ,并
Method Used in Ultrasonic Welding Layer Thickness Measurement f or Sta inless Steel Reactor Hydrotreating ZHANG Tao , ZHOU Hong2lan , SUN Dan
( Special Test Equip ment Branch of t he Instit ute of Do ngying , Do ngying 257091 , China)
3 实际检测
2008 年 11 月 ,山东海科化工集团有限公司有 1
台加氢反应器到期进行全面检验 。其设计压力为 3. 55 M Pa ,设计温度为 405 ℃, 筒体 、封头材质为 2. 25Cr1Mo + 309 + 347 ,筒体设计厚度为 (70 + 1 + 5) mm ,封头设计厚度为 (50 + 1 + 5) mm 。运用厚 度测量法分别计算出了加氢反应器不锈钢堆焊层和 基层的厚度 。
表 1 不同声速下的仪器显示厚度值
输入声速 v/ mm ·s - 1
仪器显示厚度值 δ/ mm
v ∶δ/ s - 1
6 300 000
11. 09
0. 000 001 760
6 200 000
10. 90
0. 000 001 758
6 000 000
10. 55
0. 000 001 758
5 900 000
1980 . [ 4 ] 云庆华. 锅炉压力容器无损探伤技术[ M ] . 天津 :天津科学技术
出版社 ,1985. [ 5 ] 姜来军 ,李文刚. 不锈钢传感器材料与热处理探讨[ C ]/ / 称重
科技暨第五届称重技术研讨会论文集 ,2005. (许编)
选用按厚度校准功能的 MX23 型的超波测厚 仪 ,耦合剂选用机油 。检验中 ,以厚度来校准测厚 仪 ,运用测厚仪从加氢反应器的外壁进行测量 ,并利 用式 (2) 计算出超声波在加氢反应器不锈钢堆焊层 实际声速度 v2 ,根据以上数据及式 (1) 可以计算出 加氢反应器不锈钢堆焊层的计算厚度δ2 ,见表 2 。
为了提高其内壁对氢及硫化氢的高温耐腐蚀能 力 ,一般在 2. 25Cr21Mo 基体上堆焊奥氏体不锈钢 堆焊层 。由于基材厚度的增大和产品几何形状的多 样化 ,很难用卡尺 、千分尺等测量工具准确测得堆焊 层的厚度 ,而奥氏体不锈钢对声能吸收和散射衰减 较大 ,在没有相应标准和具体方法的前提下 ,如何 检测堆焊层的厚度已经是特种设备检验工作者的当 务之急 。本文基于对加氢反应器不锈钢堆焊层的测
表 2 堆焊层实际平均声速 、堆焊层计算厚度值
堆焊层实际 测厚仪显示 堆焊层 堆焊层 部位 平均声速 平均总厚度 计算厚度值 设计厚度值δ2计算 ∶δ2设计
v2/ m ·s - 1 δ/ mm δ2计算/ mm δ2设计/ mm
/%
筒体 3 470. 5 封头 2 372. 0
80. 2 64. 8
5. 99 5. 95
6. 00 6. 00
0. 16 0. 80
由表 2 可以看出 ,运用测厚仪计算加氢反应器 不锈钢堆焊层厚度的方法简单且容易掌握 ,检测结 果误小于 1 %。
4 结语
采用厚度测量法检测加氢反应器不锈钢堆焊层 厚度的方法简单且容易掌握 , 检测结果误差小于 1 % ,对工件的要求不高 ,只要上下两表面平行 ,基材 表面粗糙度 Ra < 6. 3μm 即可 。即使堆焊层表面焊 后不做任何处理 ,也能测出堆焊层厚度 ,只是误差较 大而已 ,对工件的厚度无限制 。该方法不仅适用于 检验单位的定期检验 ,也适用于使用单位的在线检 测 ,适用性强 ,且不需要特殊的对比试块 ,也不需要 其他特殊仪器 ,极大减少了检验成本 ,具有广阔的市 场空间和应用价值 。
根据试验结果可以得出 ,在室温条件下 ,声速在 2 000 ～ 6 300 m/ s ,测厚仪仪器显示值δ与超声波
声速 v 的比值是个固定值 。此结果与超声波仪器测 厚原理相同 ,由此可根据超声波声速公式 (δ= vt) 推
出以下公式 :
δ2 = v2 (δ- δ1 ) / v1
(1)
式中 ,δ为实测显示总体厚度 ,即基材厚度与堆焊层
Abstract : A t hermal wall hydro genatio n reactor of stainless steel cladding layer t hickness meas2
urement characteristics was int roduced , and measurement data were analyzed. A simple way of stainless steel hydrogenatio n reactor measuring t he t hickness of surfacing was discussed.
第 39 卷 第 1 期 石 油 化 工 设 备 Vol1 39 No1 1 2010 年 1 月 PETRO2C H EMICAL EQU IPM EN T J an. 2010 文章编号 : 100027466 (2010) 0120071202
Key words : hydrogenatio n reactor ; ult raso nic t hickness gauge ; t hickness ; clad layer
热壁加氢反应器是炼油 、化工行业关键设备 ,通 常在高温 、高压 、临氢条件下工作 ,使用条件比较苛 刻 。热壁加氢反应器的主要材质为 2. 25Cr21Mo ,具 有厚度较大的特点 ,内壁一般带有单层或两层奥氏 体不锈钢带极堆焊 (347 盖面 + 309 过渡层) ,设计压 力一般 8～20 M Pa ,设计温度为370～410 ℃,工作 介质主要是 H2 、油 、H2 S 等 。目前 ,国内已经开始 大量使用 2. 25Cr21Mo 加钒和 3Cr21Mo214V2Ti2B 等材料制造热壁加氢反应器 ,其设计温度可以达到 450 ℃。
由以上原理可以推出公式 :Leabharlann Baidu
δ/ v平均 =δ1 / v1 +δ2 / v2
(2)
根据式 (2) 可以计算出超声波在加氢反应器不
锈钢堆焊层实际声速度 v2 ,而已知钢中的声速 v1 和
基层厚度δ1 (假设加氢反应器基层基本不腐蚀) ,从
而可根据式 (1) 计算出加氢反应器不锈钢堆焊层的
实际厚度δ2 。
有简单易行 、检测结果误差小的显著特点 ,不仅适用 于制造中的产品检验 ,也适用于在用设备的全面检 验 (可从设备外壁进行测量计算) 。
2 厚度测量法
2. 1 原理
脉冲反射式测厚仪是通过测量超声波在工件
上 、下底面之间往返一次传播的时间来求得工件的 厚度 。在室温条件下 ,用同一测厚仪在某一固定厚 度的试块上 ,通过改变不同超声波声速所得到的 1 组数据见表 1 。
收稿日期 : 2009208218 作者简介 : 张 涛 (19832) ,男 ,山东东营人 ,工程师 ,学士 ,主要从事压力容器新材料研发 、检测及无损检测新技术研究 。
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石 油 化 工 设 备 2010 年 第 39 卷
10. 38
0. 000 001 759
5 500 000
9. 67
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0. 000 001 760
加氢反应器不锈钢堆焊层超声波测厚方法
张 涛 , 周红兰 , 孙 丹
(山东省特种设备检验研究院 东营分院 , 山东 东营 257091)
摘要 : 介绍了热壁加氢反应器不锈钢堆焊层厚度测量的特点 ,并对其测量数据进行了分析 ,探讨了 一种测量加氢反应器不锈钢堆焊层厚度的简单方法 。 关键词 : 加氢反应器 ; 超声波测厚仪 ; 厚度 ; 堆焊层 中图分类号 : TQ 050. 4 ; T G 115. 28 文献标志码 : B