Failure Analysis of Valve Stems and Their Laser Cladding Repair

GUO Yijun; LEI Zicheng; GUAN Yongkang; ZHANG Shujun; LI Jie; LI Shiliang

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2024.04.06

Failure analysis and repair | Views : 0 下载量: 13 CSCD: 0

PDF
Export
Share
Collection
Album

Failure Analysis of Valve Stems and Their Laser Cladding Repair
Vol. 54, Issue 4, Pages: 43-49(2024)
Received：20 October 2023，

Revised：2024-02-01，

Published：25 April 2024
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.04.06
稿件说明：

移动端阅览

郭毅军，雷自成，关永康，等.阀杆失效分析及其表面激光熔覆修复［J］.电焊机，2024，54（4）：43-49. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.04.06.

GUO Yijun, LEI Zicheng, GUAN Yongkang, et al.Failure Analysis of Valve Stems and Their Laser Cladding Repair[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(4): 43-49. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2024.04.06.

摘要

针对桑树坪二号井煤矿瓦斯抽放系统三偏心蝶阀阀杆和排水系统闸阀阀杆的失效问题进行系统分析，确定主要失效原因是H

S、CO

、SO

等介质的均匀腐蚀。为了提高阀杆的耐蚀性能，提出了其表面激光熔覆Inconel 625合金（粉末和丝材）的修复方案。对激光熔覆层进行系统的显微组织观察、化学成分测试、显微硬度测试和电化学测试，评估其可靠性。结果表明：Inconel 625丝材和粉末熔覆层组织分布类似，熔覆层组织结构均为树枝晶，与基体结合良好，未见裂纹和气孔缺陷；熔覆层中枝晶间区域Cr含量高于枝晶内区域，枝晶间均存在富Nb析出相；熔覆层整体元素分布较均匀，在界面处Ni、Cr、Fe、Mo、Nb等主要元素与母材之间呈现过渡分布；Inconel 625熔覆层的硬度略高于母材，且自腐蚀电位高于母材，熔覆层自腐蚀电流密度

corr

（8.62×10

-7

A/cm

）低于母材（8.23×10

-6

A/cm

），经等效电路拟合后得到Inconel 625熔覆层电荷转移电阻为9.9×10

Ω·cm

，远高于母材的2.6×10

Ω·cm

，表明熔覆层的耐蚀性优于基体。上述修复后的阀杆结构在煤矿中服役6个月未发生腐蚀失效，仍正常运行，而未处理的阀杆结构服役1个月就发生腐蚀失效，说明Inconel 625熔覆层对阀杆材料有较好的保护作用。

Abstract

The failure analysis of the three-eccentric butterfly valve stem serviced in a Sang Shuping No.2 Mine gas extraction system and the drain gate valve stem was systematically investigated and the main failure mechanical was homogeneous corrosion in H

medium. In order to improve the corrosion resistance of these stems

laser cladding with Inconel 625 alloy was proposed. Microstructure observation

chemical composition

microhardness and electrochemical tests were performed to evaluate the cladding layers. The results show that the Inconel 625 wire cladding layer and powder cladding layer are consisted of dendrite structures. The cladding layers are free from cracks and pores

showing good bonding with the base metal. The contents of Cr element are higher in the interdendrite regions than that in the dendrite regions. Particles which are rich in Nb are precipitated in the interdendritic regions. The cladding layers show quite uniform element distribution on the whole

where Ni

Nb elements present transitional distribution at the interface. The corrosion potential of the Inconel 625 cladding layer is higher than that of the base metal. The corrosion current density of the cladding layer

corr

(8.62×10

-7

A/cm

) below that of the base metal (8.23×10

-6

A/cm

). The charge transfer resistance of Inconel 625 cladding layer obtained by the equivalent circuit fitting is R

9.9×10

Ω·cm

far higher than that of the base metal (R

2.6×10

Ω·cm

). It is concluded that the corrosion resistance of the cladding layer is better than that of the base metal. The repaired valve stems have been in service for 2 months in the coal mine without fa

ilure and still operates normally

while the new valve stems failed after only 1 month of service. It is proved that the Inconel 625 laser cladding layer has well protected the substrate.

关键词

Keywords

references

潘康 . 控制蝶阀调节特性的研究［D］. 浙江：浙江大学， 2008 .

PAN K . The study on flux control characteristic of control butterfly valve ［D］. Zhejiang ： Zhejiang University ， 2008 .

谢金宏 . 双偏心蝶阀开裂失效分析［J］. 金属热处理， 2019 ， 44 （ S1 ）： 60 - 63 .

XIE J H . Failure analysis of the valve plate and valve body ［J］. Heat Treatment of Metals ， 2019 ， 44 （ S1 ）： 60 - 63 .

张建斌 . 大口径楔式闸阀结构设计与优化［J］. 中国设备工程， 2017 （ 02 ）： 120 - 122 .

ZHANG J B . Structural design and optimization of large diameter wedge gate valve ［J］. China Plant Engineering ， 2017 （ 02 ）： 120 - 122 .

薛红权，雷磊，项光洪，等 . 楔式闸阀内部气固两相流动及冲蚀磨损研究［J］. 机械工程与自动化， 2022 （ 06 ）： 82 - 83+86 .

XUE H Q ， LEI L ， XIANG G H ， et al . Research on Gas-Solid Two-Phase Flow and Erosion Wear in Wedge Gate Valve ［J］. Mechanical Engineering & Automation ， 2022 （ 06 ）： 82 - 83+86 .

张孙力 . 大口径楔式闸阀流动特性分析与使用建议［J］. 阀门， 2023 （ 4 ）： 453 - 457 .

ZHANG S L . Flow Characteristic Analysis and Application Suggestion of Large Diameter Wedge Gate Valve ［J］. Valve Magazine ， 2023 （ 4 ）： 453 - 457 .

薄纪康 . 高压节流阀的冲蚀磨损机理及其激光熔覆再制造［J］. 中国机械工程， 2015 ， 26 （ 02 ）： 255 - 259 .

BO J K . Erosion Wear Mechanism and Laser Cladding Remanufacturing of High-pressure Throttle Valves ［J］. China Mechanical Engineering ， 2015 ， 26 （ 02 ）： 255 - 259 .

王进才，霍晓阳，李雷，等 . Inconel 625及其去Mo和Alloy 686粉末激光熔凝性能研究［J］. 特种铸造及有色合金， 2022 ， 42 （ 10 ）： 1256 - 1262 .

WANG J C ， HUO X Y ， LI L ， et al . Laser Melting Solidification Properties of Inconel625， Mo-free Inconel625 and Alloy686 powders ［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys ， 2022 ， 42 （ 10 ）： 1256 - 1262 .

褚清坤，余春风，邓朝阳，等 . TiC含量对激光选区熔化Inconel 625合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响［J］. 中国表面工程， 2021 ， 34 （ 01 ）： 76 - 84 .

CHU Q K ， YU C F ， DENG C Y ， et al . Effect of TiC on Microstructure and Wear Properties of Inconel 625 Alloy Fabricated via Selective Laser Melting Technology ［J］. China Surface Engineering ， 2021 ， 34 （ 01 ）： 76 - 84 .

李毅，于彦东，林凯 . 选区激光熔化Inconel 625合金的热处理工艺及其性能研究［J］. 热加工工艺， 2020 ， 49 （ 06 ）： 124 - 127 .

LI Y ， YU Y D ， LIN K . Study on Heat Treatment Process and Properties of Selective Laser Melting Inconel 625 Alloy ［J］. Hot Working Technology ， 2020 ， 49 （ 06 ）： 124 - 127 .

胡文伟 . 选区激光熔化成形Inconel 625合金高温失塑行为研究［D］. 江西：南昌航空大学， 2022 .

HU W W . High temperature plastic failure behavior of Inconel 625 alloy formed by selective laser melting ［D］. Jiangxi ： Nanchang Hangkong University ， 2022 .

徐翔宇，曹阳，王辉，等 . 激光熔覆修复叶片的过渡区力学性能试验研究［J］. 现代制造工程， 2021 （ 09 ）： 118 - 123 .

XU X Y ， CAO Y ， WANG H ， et al . Experimental research on mechanical properties of the blade transition zone by laser cladding repair process ［J］. Modern Manufacturing Engineering ， 2021 （ 09 ）： 118 - 123 .

刘明霞，李昭，畅庚榕，等 . 激光重熔对高速激光熔覆Ni625合金涂层组织和耐蚀性的影响［J］. 材料热处理学报， 2022 ， 43 （ 08 ）： 153 - 160 .

LIU M X ， LI Z ， CHANG G R ， et al . Effect of laser remelting on microstructure and corrosion resistance of Ni625 alloy coating fabricated by high speed laser cladding ［J］. Transactions of Materials and Heat Treatment ， 2022 ， 43 （ 08 ）： 153 - 160 .

徐富家，杨义成，雷振，等 . 激光同轴送粉增材制造粉末束流关键特征表征与分析［J］. 焊接学报， 2022 ， 43 （ 08 ）： 68-72+117 - 118 .

XU F J ， YANG Y C ， LEI Z ， et al . Characterization and analysis of key characteristics of powder stream in laser coaxial powder feeding additive manufacturing ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2022 ， 43 （ 08 ）： 68-72+117 - 118 .

李凯斌，李东，刘东宇，等 . 光纤激光送丝熔覆修复工艺研究［J］. 中国激光， 2014 ， 41 （ 11 ）： 82 - 87 .

LI K B ， LI D ， LIU D Y ， et al . Research of Fiber Laser Cladding Repairing Process with Wire Feeding ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2014 ， 41 （ 11 ）： 82 - 87 .

编辑部网址： http：//www.71dhj.com http://www.71dhj.com