本發(fā)明屬于核電燃料元件制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種壓水堆核電燃料組件管座的激光增材成型制造方法。

背景技術(shù)：

管座是壓水堆核電燃料組件的重要部件之一，傳統(tǒng)工藝有2種，一采用軋制塊體坯料，直接進(jìn)行機(jī)械加工制備，二采用精密鑄造的方法進(jìn)行分體成型，然后再進(jìn)行加工，兩種加工方法的工序繁雜，難度較大。同時(shí)傳統(tǒng)加工工藝還存在原材料利用率低，工藝開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。

采用激光增材成型技術(shù)進(jìn)行管座的制備，可以解決傳統(tǒng)加工工藝工序復(fù)雜和材料收率低的問(wèn)題，在制備過(guò)程中實(shí)現(xiàn)管座一體成型，簡(jiǎn)化了制備工藝，保證了零件的完整性，提高了制備效率，而且其原材料利用率可達(dá)99％以上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其通過(guò)激光增材制造方法，快速制備壓水堆核電燃料組件管座，實(shí)現(xiàn)管座的一體成型。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，該方法包括如下步驟：

步驟1)將管座圖紙進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成三維實(shí)體模型；

步驟2)對(duì)步驟1)所得模型的懸空位置進(jìn)行加支撐處理；

步驟3)將步驟2)所得模型按照一定的厚度進(jìn)行分層切片；設(shè)計(jì)每層切片內(nèi)零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數(shù)；

步驟4)將步驟3)所得參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中，進(jìn)行基材調(diào)平、洗氣操作，開(kāi)始制備零件，按照步驟3)的參數(shù)在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進(jìn)行激光燒結(jié)；

步驟5)在步驟4)制備零件完成后，對(duì)零件進(jìn)行熱處理，去除零件內(nèi)部應(yīng)力；

步驟6)采用線切割進(jìn)行零件與基材分離。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟3)中，分層厚度為0.04mm～0.06mm。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟3)中，激光功率為220W～260W、激光掃描速度900mm/s～1100mm/s及激光掃描間距0.11mm～0.15mm。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟4)中，采用的球形粉末為304L不銹鋼球形粉末，粒度20～60μm。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟4)中，基材采用304L不銹鋼。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟4)中，洗氣操作是將成型室內(nèi)氧含量調(diào)至1000ppm以下。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟4)中，基材調(diào)平是指，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對(duì)平行。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟5)中，熱處理保溫溫度為1050℃～1200℃，升溫速率≤10℃/min，保護(hù)氣氛為氬氣。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟2)中，懸空位置是指管座自下而上逐層成型過(guò)程中，部分位置在前一層截面與后一層截面之間不相重合尺寸大于2mm的區(qū)域。

如上所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其所述步驟1)中，三維模型設(shè)計(jì)采用軟件為Pro/E、UG、或Solidwork。

本發(fā)明的效果在于：本發(fā)明通過(guò)激光增材制造方法，快速制備壓水堆核電燃料組件管座，實(shí)現(xiàn)管座的一體成型。本發(fā)明制得的管座，其制造周期為≤120h，其抗拉強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝制備管座高30％以上，材料利用率大于99.0％。

附圖說(shuō)明

圖1為激光增材成型制造的管座實(shí)物照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1

本發(fā)明所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其包括如下步驟：

步驟1)將管座圖紙進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成三維實(shí)體模型；三維模型設(shè)計(jì)采用軟件為Pro/E。

步驟2)對(duì)步驟1)所得模型的懸空位置進(jìn)行45°實(shí)體支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過(guò)程中，部分位置在前一層截面與后一層截面之間不相重合尺寸大于2mm的區(qū)域。

步驟3)將步驟2)所得模型按照一定的厚度進(jìn)行分層切片；設(shè)計(jì)每層切片內(nèi)零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數(shù)；其中，分層厚度為0.05mm，激光功率為255W、激光掃描速度960mm/s及激光掃描間距0.11mm。

步驟4)將步驟3)所得參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中；

首先進(jìn)行基材調(diào)平，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對(duì)平行，直至鋪粉刮刀與基材之間間隙為≤0.05mm，然后進(jìn)行洗氣操作，采用氬氣對(duì)成型室內(nèi)進(jìn)行洗氣，當(dāng)成型室內(nèi)氧含量為≤1000ppm時(shí)，開(kāi)啟設(shè)備進(jìn)行零件制備；按照步驟3)的參數(shù)在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進(jìn)行激光燒結(jié)；基材采用304L不銹鋼、球形粉末采用304L不銹鋼球形粉末，粒度40～50μm。

步驟5)在步驟4)制備零件完成后，對(duì)零件進(jìn)行熱處理，去除零件內(nèi)部應(yīng)力；以10℃/min的升溫速率升溫至1100℃，保溫1h，然后關(guān)閉加熱隨爐冷卻，爐內(nèi)保護(hù)氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進(jìn)行零件與基材分離。

測(cè)試通過(guò)上述工藝方法制備的管座，如圖1所示，其制造周期為108h，尺寸精度滿足管座使用要求，其抗拉強(qiáng)度為676MPa，材料利用率為99.1％。

實(shí)施例2

本發(fā)明所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其包括如下步驟：

步驟1)將管座圖紙進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成三維實(shí)體模型；三維模型設(shè)計(jì)采用軟件為UG。

步驟2)對(duì)步驟1)所得模型的懸空位置進(jìn)行加支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過(guò)程中，部分位置在前一層截面與后一層截面之間不相重合尺寸大于2mm的區(qū)域。

步驟3)將步驟2)所得模型按照一定的厚度進(jìn)行分層切片；設(shè)計(jì)每層切片內(nèi)零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數(shù)；分層厚度為0.04mmmm，激光功率為220W、激光掃描速度900mm/s及激光掃描間距0.11mm。

步驟4)將步驟3)所得參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中，進(jìn)行基材調(diào)平、洗氣操作；開(kāi)始制備零件，按照步驟3)的參數(shù)在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進(jìn)行激光燒結(jié)；

基材調(diào)平是指，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對(duì)平行。

洗氣操作是將成型室內(nèi)氧含量調(diào)至1000ppm以下。

基材采用304L不銹鋼、球形粉末采用304L不銹鋼球形粉末，粒度20～30μm。

步驟5)在步驟4)制備零件完成后，對(duì)零件進(jìn)行熱處理，去除零件內(nèi)部應(yīng)力；熱處理保溫溫度為1050℃，升溫速率≤10℃/min，保溫2h，保護(hù)氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進(jìn)行零件與基材分離。

實(shí)施例3

本發(fā)明所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其包括如下步驟：

步驟1)將管座圖紙進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成三維實(shí)體模型；三維模型設(shè)計(jì)采用軟件為Solidwork。

步驟2)對(duì)步驟1)所得模型的懸空位置進(jìn)行加支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過(guò)程中，部分位置在前一層截面與后一層截面之間不相重合尺寸大于2mm的區(qū)域。

步驟3)將步驟2)所得模型按照一定的厚度進(jìn)行分層切片；設(shè)計(jì)每層切片內(nèi)零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數(shù)；分層厚度為0.06mm，激光功率為260W、激光掃描速度1100mm/s及激光掃描間距0.15mm。

步驟4)將步驟3)所得參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中，進(jìn)行基材調(diào)平、洗氣操作；開(kāi)始制備零件，按照步驟3)的參數(shù)在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進(jìn)行激光燒結(jié)；

基材調(diào)平是指，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對(duì)平行。

洗氣操作是將成型室內(nèi)氧含量調(diào)至1000ppm以下。

基材采用304L不銹鋼、球形粉末采用304L不銹鋼球形粉末，粒度50～60μm。

步驟5)在步驟4)制備零件完成后，對(duì)零件進(jìn)行熱處理，去除零件內(nèi)部應(yīng)力；熱處理保溫溫度為1200℃，升溫速率≤10℃/min，保溫0.5h，保護(hù)氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進(jìn)行零件與基材分離。

實(shí)施例4

本發(fā)明所述的一種核電燃料組件管座激光增材成型制造方法，其包括如下步驟：

步驟1)將管座圖紙進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成三維實(shí)體模型；三維模型設(shè)計(jì)采用軟件為Pro/E。

步驟2)對(duì)步驟1)所得模型的懸空位置進(jìn)行45°實(shí)體支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過(guò)程中，部分位置在前一層截面與后一層截面之間不相重合尺寸大于2mm的區(qū)域。

步驟3)將步驟2)所得模型按照一定的厚度進(jìn)行分層切片；設(shè)計(jì)每層切片內(nèi)零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數(shù)；其中，分層厚度為0.05mm，激光功率為250W、激光掃描速度1000mm/s及激光掃描間距0.12mm。

步驟4)將步驟3)所得參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中；

首先進(jìn)行基材調(diào)平，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對(duì)平行，直至鋪粉刮刀與基材之間間隙為≤0.05mm，然后進(jìn)行洗氣操作，采用氬氣對(duì)成型室內(nèi)進(jìn)行洗氣，當(dāng)成型室內(nèi)氧含量為≤1000ppm時(shí)，開(kāi)啟設(shè)備進(jìn)行零件制備；基材采用304L不銹鋼、球形粉末采用304L不銹鋼球形粉末，粒度20～60μm。

步驟5)在步驟4)制備零件完成后，對(duì)零件進(jìn)行熱處理，去除零件內(nèi)部應(yīng)力；以8℃/min的升溫速率升溫至1200℃，保溫1h，然后關(guān)閉加熱隨爐冷卻，爐內(nèi)保護(hù)氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進(jìn)行零件與基材分離。

測(cè)試通過(guò)上述工藝方法制備的管座，尺寸精度滿足管座使用要求，材料利用率為99％。

上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，上述實(shí)施方式僅為本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。