一種大口徑異形管件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬管件制造技術領域，特別涉及一種采用增材制造的方法制造大口徑形狀復雜的金屬異形管件的方法。本發(fā)明方法包括以下步驟：首先利用計算機三維造型軟件進行管件的實體造型，設計時要考慮足夠的后續(xù)加工余量；然后采用激光熔化沉積(LMD)或激光凈型制造(LENS)等適合金屬材料的增材制造方法(或稱3D打印)，將管件三維計算機模型制作成管坯；然后采用機加工或磨削等常規(guī)手段將所述管坯進行適當?shù)木庸?。該異形管件的制造方法相較于傳統(tǒng)的鑄造、鍛造、機械加工的工藝方法，不僅管體的金屬組織和機械性能更加均勻穩(wěn)定，而且大大降低了機加工難度，加快了制造進度，并可節(jié)省大量原材料。
【專利說明】
一種大口徑異形管件的制造方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于金屬管件制造技術領域，特別涉及一種采用增材制造的方法制造大口 徑形狀復雜的金屬異形管件的方法。
【背景技術】
[0002] 核電、軍工、航天等行業(yè)需求大量性能要求高、材質加工難、形狀復雜的異形管件 類產品，制造難度極大，而往往訂貨批量小。這使得此類異形管件的制造成本高、交貨期也 較長。
[0003] 以第三代核電技術AP1000所用的主管道為例，其材質為ASME SA376-TP316LN，結 構尺寸大，外徑為Φ 965mm，內徑Φ 785mm，名義壁厚82.55mm，并且管壁外部帶有兩個接管嘴 (接管嘴高度為387mm，接管嘴的外直徑為616mm)，它們在軸向上間隔一定距離且在周向上 呈45°角。該管件目前采用"鑄造+鍛造+機加工"工藝，由于TP316LN材料鍛造溫度區(qū)間窄，溫 降快，變形抗力大，加之鍛件形狀復雜，所以制造難度大。由于材料收得率最高僅30 %左右， 一般僅10~16%，所以后續(xù)機加工周期很長，通?？梢赃_到4個月以上，嚴重制約交貨進度。
[0004] 又如核電站穩(wěn)壓器波動管，其材質一般為ASTM SA-376TP316LN或RCC-M X2CrNiM〇18.12控氮奧氏體不銹鋼。以秦山二期核電站為例，其穩(wěn)壓器波動管的尺寸為Φ 355.6X35.7mm，共分為5段，總長度達19.1m，且具有形狀極為復雜的三維彎曲狀。傳統(tǒng)的穩(wěn) 壓器波動管的制造方法為鍛制成實心鍛棒后加工成管坯，然后彎制成型。這種制造方法使 得材料的收得率低(僅約20% )，且加工周期較長，能耗高。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種成材率尚，制造效率尚，綜合制造成本低且廣品性能好 的大口徑異形管件的制造方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種大口徑異形管件的制造方法，包括如下步驟：
[0008] (1)利用計算機三維造型軟件進行大口徑異形管件的實體造型；
[0009] (2)采用適合金屬材料的增材制造方法，將管件三維計算機模型制作成管坯；
[0010] (3)采用機械方法將所述管坯進行精加工，得到大口徑異形管件產品。
[0011]所述大口徑異形管件包括彎頭、彎管、三通、四通及帶有支管嘴的管件，或者在長 度方向上壁厚、直徑不均勻的管件，或者這些形狀部件的組合。
[0012] 所述大口徑異形管件的材質包括鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎂及鎂合金、銅及 銅合金、鎳及鎳合金。
[0013] 所述步驟(1)中，進行計算機三維造型時，根據(jù)所選用的增材制造方法本身的制造 精度和管件產品要求的表面粗糙度，預留的管件加工余量為1~5mm。
[0014] 所述步驟(2)中，根據(jù)金屬材料的特性和管件的產品性能要求選擇增材制造方法， 所述增材制造方法包括激光熔化沉積LMD或激光凈型制造 LENS。
[0015] 所述步驟(3)中，采用機加工或磨削工藝手段將所述管坯進行精加工，以獲得最終 的產品尺寸及外觀粗糙度。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0017] 1、材料的收得率顯著提高，可以達到90%以上，節(jié)約了大量的材料；
[0018] 2、制造周期明顯縮短：由于增材制造具有近終成型的特點，相比于傳統(tǒng)工藝，其后 續(xù)加工量微乎其微；
[0019] 3、管件的各部位金屬組織和機械性能更加均勻穩(wěn)定，質量更易得到保證。
[0020] 4、本發(fā)明可以方便的生產形狀復雜的異型管件，包括彎頭、彎管、三通、四通及帶 有支管嘴的管件，或者在長度方向上壁厚、直徑不均勻的管件，抑或這些形狀特點的組合的 管件。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明大口徑異形管件的制造方法的流程框圖；
[0022]圖2為實施例1AP1000核電站主管道熱段管外形示意圖；
[0023]圖3為實施例2核電站穩(wěn)壓器波動管外形示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發(fā)明進行進一步說明。
[0025] 本發(fā)明提供了一種大口徑異形管件的制造方法，包括如下步驟：
[0026] (1)利用計算機三維造型軟件進行大口徑異形管件的實體造型，設計時要考慮足 夠的后續(xù)加工余量；
[0027] (2)采用激光熔化沉積(LMD)或激光凈型制造 (LENS)等適合金屬材料的增材制造 方法(或稱3D打?。?，將管件三維計算機模型制作成管坯；
[0028] (3)采用機加工或磨削等常規(guī)手段將所述管坯進行適當?shù)木庸?，得到大口徑?形管件產品。
[0029] 所述大口徑異形管件包括彎頭、彎管、三通、四通及帶有支管嘴的管件，或者在長 度方向上壁厚、直徑不均勻的管件，或者這些形狀部件的組合。
[0030] 所述大口徑異形管件的材質包括鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎂及鎂合金、銅及 銅合金、鎳及鎳合金等，但不限于上述金屬。
[0031] 所述步驟（1)中，進行計算機三維造型時，預留的管件加工余量為1~5mm不等，根 據(jù)所選用的增材制造方法本身的制造精度和管件產品要求的表面粗糙度來確定。
[0032] 所述步驟(2)中，適合金屬材料的增材制造方法包括激光熔化沉積(LMD)或激光凈 型制造 (LENS)等，但不限于上述方法，選用何種制造方法應該根據(jù)金屬材料的特性和管件 的產品性能要求來確定。
[0033] 所述步驟(3)中，采用機加工或磨削等常規(guī)手段將所述管坯進行適當?shù)木庸?，?獲得最終的廣品尺寸及外觀粗糖度。
[0034] 除非另有定義，否則這里使用的所有術語(包括技術術語和科技術語)具有與本發(fā) 明所屬領域的普通技術人員所通常理解的意思相同的意思。將進一步理解，除非這里明確 定義，否則術語例如在通用的字典中定義的術語應該被解釋為具有與相關領域的上下文中 它們的意思相同的意思，而不是理想地或者過于正式地解釋它們的意思。
[0035] 還應該注意到的是，附圖中的工藝流程僅為本發(fā)明主要的工藝步驟，省略了一些 常規(guī)的輔助工藝步驟，本領域的技術人員根據(jù)實際情況可對本工藝步驟進行細微的調整或 補充。
[0036] 實施例1
[0037]如圖2所示，利用本發(fā)明生產AP1000核電站主管道，其工藝包括以下步驟：
[0038] (1)利用計算機三維設計軟件對AP1000核電站主管道熱段管件進行實體造型；
[0039] (2)利用激光熔化沉積(LMD)增材制造(或稱3D打?。┓绞?，將管件三維計算機模型 制作成管還；
[0040] (3)采用機加工或磨削等常規(guī)手段將所述管坯進行適當?shù)木庸ぃ玫酱罂趶疆?形管件產品。
[0041 ]最后進彳丁廣品性能檢測，廣品的力學性能指標見表1。
[0042] 表1產品力學性能
[0043] 1234567 買施例2
2 如圖3所示，利用本發(fā)明生產核電站穩(wěn)壓器波動管，其工藝包括以下步驟： 3 (1)利用計算機三維設計軟件對波動管進行實體造型； 4
[0047] (2)利用激光凈型制造(LENS)增材制造(或稱3D打?。┓绞剑瑢⒐芗S計算機模 型制作成管坯； 5 (3)采用機加工或磨削等常規(guī)手段將所述管坯進行適當?shù)木庸ぃ玫酱罂趶疆?形管件產品。 6 最后進彳丁廣品性能檢測，廣品的力學性能指標見表2。 7 表2產品力學性能
[0051]
[0052] 本發(fā)明上述實施例的詳細說明及附圖，目的是通過文字和圖示來進行解釋，而不 在于限定權利要求的保護范圍。在本申請說明書所述【具體實施方式】上的各種變化，對于本 領域普通技術人員來說是顯而易見，并處于權利要求及其等同技術的保護范圍內，任何不 脫離本發(fā)明權利要求的變更、修改均屬于本發(fā)明保護的內容。
【主權項】
1. 一種大口徑異形管件的制造方法，其特征在于:該方法包括如下步驟： (1) 利用計算機三維造型軟件進行大口徑異形管件的實體造型； (2) 采用適合金屬材料的增材制造方法，將管件三維計算機模型制作成管坯； (3) 采用機械方法將所述管坯進行精加工，得到大口徑異形管件產品。2. 根據(jù)權利要求1所述的大口徑異形管件的制造方法，其特征在于:所述大口徑異形管 件包括彎頭、彎管、三通、四通及帶有支管嘴的管件，或者在長度方向上壁厚、直徑不均勻的 管件，或者這些形狀部件的組合。3. 根據(jù)權利要求1所述的大口徑異形管件的制造方法，其特征在于:所述大口徑異形管 件的材質包括鋼、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、鎂及鎂合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金。4. 根據(jù)權利要求1所述的大口徑異形管件的制造方法，其特征在于:所述步驟（1)中，進 行計算機三維造型時，根據(jù)所選用的增材制造方法本身的制造精度和管件產品要求的表面 粗糙度，預留的管件加工余量為1~5mm。5. 根據(jù)權利要求1所述的大口徑異形管件的制造方法，其特征在于:所述步驟(2)中，根 據(jù)金屬材料的特性和管件的產品性能要求選擇增材制造方法，所述增材制造方法包括激光 熔化沉積LMD或激光凈型制造 LENS。6. 根據(jù)權利要求1所述的大口徑異形管件的制造方法，其特征在于:所述步驟(3)中，采 用機加工或磨削工藝手段將所述管坯進行精加工，以獲得最終的產品尺寸及外觀粗糙度。
【文檔編號】B21C37/15GK105945086SQ201610231769
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】李殿杰, 王金飛, 胡日榮, 韓寶云
【申請人】中國鋼研科技集團有限公司, 新冶高科技集團有限公司