[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN113000840A - 一种锆合金格架激光增材制造方法 - Google Patents

一种锆合金格架激光增材制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113000840A
CN113000840A CN201911325464.9A CN201911325464A CN113000840A CN 113000840 A CN113000840 A CN 113000840A CN 201911325464 A CN201911325464 A CN 201911325464A CN 113000840 A CN113000840 A CN 113000840A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zirconium alloy
laser
additive manufacturing
laser scanning
framework
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911325464.9A
Other languages
English (en)
Inventor
郝若彤
隋政
梁方知
刘文涛
乔伟
杜江平
何勇
董秋实
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China North Nuclear Fuel Co Ltd
Original Assignee
China North Nuclear Fuel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China North Nuclear Fuel Co Ltd filed Critical China North Nuclear Fuel Co Ltd
Priority to CN201911325464.9A priority Critical patent/CN113000840A/zh
Publication of CN113000840A publication Critical patent/CN113000840A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/248—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明属于核燃料元件制造技术领域，具体涉及一种锆合金格架激光增材制造方法。确定激光功率200W～300W、激光扫描速度900mm/s～1200mm/s、激光扫描间距0.05～0.15mm的参数范围；细化参数范围：激光功率200W～250W、激光扫描速度1000mm/s～1100mm/s、激光扫描间距0.08～0.12mm，锆合金粉末铺粉厚度0.03～0.05mm；进行格架的三维模型建立，格架具有许多镂空结构，当悬空部位长度大于2mm时，锆合金粉末无法支撑格架，故设计支撑结构；对模型添加支撑结构处理后进行切片剖分，剖分厚度和锆合金粉末铺粉厚度一致，最后使用确定好的参数进行锆合金格架的激光增材制造；对格架进行热处理。本发明解决了格架研发周期长、制造困难的问题。

Description

一种锆合金格架激光增材制造方法
技术领域
本发明属于核燃料元件制造技术领域，具体涉及一种锆合金格架激光增材制造方法。
背景技术
定位格架是燃料组件的重要组成部分，作为燃料组件中唯一与燃料棒接触的部件，其结构不仅需要保证燃料棒在堆芯中的定位，保证燃料组件的结构完整，还具有提升燃料组件热工性能等作用。但定位格架结构复杂，对制造工艺要求高,若使用常规制造手段，需要进行冲压、切割、焊接等若干复杂的工序才能完成格架的制造，采用激光增材制造技术可以实现快速、精密地制造满足性能要求的一体化定位格架，该发明属于核燃料元件制造领域，在相关领域均未见说明报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锆合金格架激光增材制造方法，解决燃料组件格架制造研发周期长、难度高的难题，明确增材制造技术在格架制造方面应用的可行性，实现激光增材制造技术在核燃料元件研发领域的应用。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种锆合金格架激光增材制造方法，
(1)结合锆合金粉末材料特性，开展增材制造过程温度场与应力场数值模拟与分析，确定了激光功率200W～300W、激光扫描速度900mm/s～1200mm/s、激光扫描间距0.05～0.15mm的参数范围；
(2)通过正交试验开展锆合金粉末的增材制造工艺研究，细化参数范围：激光功率200W～250W、激光扫描速度1000mm/s～1100mm/s、激光扫描间距0.08～0.12mm，锆合金粉末铺粉厚度0.03～0.05mm；
(3)进行格架的三维模型建立，格架具有许多镂空结构，当悬空部位长度大于2mm时，锆合金粉末无法支撑格架，故设计支撑结构；
(4)对模型添加支撑结构处理后进行切片剖分，剖分厚度和锆合金粉末铺粉厚度一致，最后使用步骤(2)确定好的参数进行锆合金格架的激光增材制造；
(5)对格架进行热处理。
所述的步骤(3)，支撑结构的激光成型工艺参数为：激光功率为100W、激光扫描间距为0.11mm、激光扫描速度为1300mm/s。
所述的步骤(5)，热处理方案为：520℃入水急冷的固溶热处理。
本发明所取得的有益效果为：
通过使用激光增材制造技术制备锆合金格架，确定了锆合金格架的激光增材制造的工艺参数，建立了消除残余应力、改善锆合金格架力学性能的热处理工艺，最终制备出了符合技术指标要求的锆合金格架，解决了格架研发周期长、制造困难的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明所述锆合金格架激光增材制造方法如下：
(1)结合锆合金粉末材料特性，开展增材制造过程温度场与应力场数值模拟与分析、确定了激光功率在200W～300W、激光扫描速度900mm/s～1200mm/s、激光扫描间距0.05～0.15mm的参数范围。
(2)通过正交试验开展锆合金粉末的增材制造工艺研究，细化参数范围：激光功率在200W～250W、激光扫描速度1000mm/s～1100mm/s、激光扫描间距0.08～0.12mm，锆合金粉末铺粉厚度为0.03～0.05mm。
(3)使用三维建模软件进行格架的三维模型建立，由于格架具有许多镂空结构，当悬空部位长度大于2mm时，锆合金粉末无法支撑格架，易导致成型失败，故对格架设计了支撑结构，支撑结构的激光成型工艺参数为：激光功率为100W、激光扫描间距为0.11mm、激光扫描速度为1300mm/s。
(4)对模型添加支撑结构处理后进行切片剖分，剖分厚度和锆合金粉末铺粉厚度一致，最后使用步骤2确定好的锆合金粉末的增材制造工艺参数进行锆合金格架的激光增材制造。
(5)由于激光成型后格架存在较大的应力，影响格架的力学性能，因此对格架进行了热处理工艺研究，确定了520℃入水急冷的固溶热处理的工艺方案。
实施例
成型工艺试验显示，最佳格架激光增材成型工艺参数为：激光扫描速度1050mm/s、扫描间距0.10mm、激光功率230W，铺粉厚度0.04mm；
通过分析各参数对激光成型格架的影响规律，确定支撑部分激光增材成型工艺参数为：激光功率为100W、激光扫描间距为0.11mm、激光扫描速度为1300mm/s；
通过激光增材成型技术可以实现格架的制备，该过程包括三维实体建模、支撑建立、剖分处理、激光成型工序；
确定激光增材成型后格架的后处理为固溶热处理，可消除内应力，改善格架性能，并便于后续线切割。

Claims (3)

1.一种锆合金格架激光增材制造方法，其特征在于：
(1)结合锆合金粉末材料特性，开展增材制造过程温度场与应力场数值模拟与分析，确定了激光功率200W～300W、激光扫描速度900mm/s～1200mm/s、激光扫描间距0.05～0.15mm的参数范围；
(2)通过正交试验开展锆合金粉末的增材制造工艺研究，细化参数范围：激光功率200W～250W、激光扫描速度1000mm/s～1100mm/s、激光扫描间距0.08～0.12mm，锆合金粉末铺粉厚度0.03～0.05mm；
(3)进行格架的三维模型建立，格架具有许多镂空结构，当悬空部位长度大于2mm时，锆合金粉末无法支撑格架，故设计支撑结构；
(4)对模型添加支撑结构处理后进行切片剖分，剖分厚度和锆合金粉末铺粉厚度一致，最后使用步骤(2)确定好的参数进行锆合金格架的激光增材制造；
(5)对格架进行热处理。
2.根据权利要求1所述的锆合金格架激光增材制造方法，其特征在于：所述的步骤(3)，支撑结构的激光成型工艺参数为：激光功率为100W、激光扫描间距为0.11mm、激光扫描速度为1300mm/s。
3.根据权利要求1所述的锆合金格架激光增材制造方法，其特征在于：所述的步骤(5)，热处理方案为：520℃入水急冷的固溶热处理。
CN201911325464.9A 2019-12-20 2019-12-20 一种锆合金格架激光增材制造方法 Pending CN113000840A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911325464.9A CN113000840A (zh) 2019-12-20 2019-12-20 一种锆合金格架激光增材制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911325464.9A CN113000840A (zh) 2019-12-20 2019-12-20 一种锆合金格架激光增材制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113000840A true CN113000840A (zh) 2021-06-22

Family

ID=76382027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911325464.9A Pending CN113000840A (zh) 2019-12-20 2019-12-20 一种锆合金格架激光增材制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113000840A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104109826A (zh) * 2014-07-25 2014-10-22 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 MgYNdZr合金的热处理方法
CN105118535A (zh) * 2015-07-03 2015-12-02 中科华核电技术研究院有限公司 核燃料组件修复检测控制系统
CN105225714A (zh) * 2015-07-03 2016-01-06 中科华核电技术研究院有限公司 核燃料组件修复监控系统
US20160228255A1 (en) * 2007-08-27 2016-08-11 Connor E Samuelson Systems and methods for providing prosthetic components
CN106003735A (zh) * 2016-07-25 2016-10-12 成都为帆斯通科技有限公司 一种3d打印设备冷却装置
CN106623927A (zh) * 2016-12-13 2017-05-10 中核北方核燃料元件有限公司 核电燃料组件管座激光增材成型制造方法
CN107980163A (zh) * 2017-09-20 2018-05-01 岭澳核电有限公司 定位格架及燃料组件
US10214833B1 (en) * 2016-07-22 2019-02-26 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Additive manufacturing of crystalline materials

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160228255A1 (en) * 2007-08-27 2016-08-11 Connor E Samuelson Systems and methods for providing prosthetic components
CN104109826A (zh) * 2014-07-25 2014-10-22 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 MgYNdZr合金的热处理方法
CN105118535A (zh) * 2015-07-03 2015-12-02 中科华核电技术研究院有限公司 核燃料组件修复检测控制系统
CN105225714A (zh) * 2015-07-03 2016-01-06 中科华核电技术研究院有限公司 核燃料组件修复监控系统
US10214833B1 (en) * 2016-07-22 2019-02-26 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Additive manufacturing of crystalline materials
CN106003735A (zh) * 2016-07-25 2016-10-12 成都为帆斯通科技有限公司 一种3d打印设备冷却装置
CN106623927A (zh) * 2016-12-13 2017-05-10 中核北方核燃料元件有限公司 核电燃料组件管座激光增材成型制造方法
CN107980163A (zh) * 2017-09-20 2018-05-01 岭澳核电有限公司 定位格架及燃料组件

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
伍浩松等: "3D核电打印现状及前景", 《中国核工业》 *
史玉升等: "《激光选区烧结3D打印技术（上、下册）》", 31 March 2019, 华中科技大学出版社 *
谢水生等: "《简明铝合金加工手册》", 31 December 2016, 冶金工业出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105628511B (zh) 一种高温合金蠕变寿命预测方法
CN103699744B (zh) 一种基于有限元法的风电主控柜体热管理分析及优化方法
CN102430642A (zh) 带高翻边孔的高温合金钣金件的级进模成型工艺
RU2013144743A (ru) Способ выполнения композита с керамической матрицей
CN104785778A (zh) 一种高温合金零件的激光增材制造工艺
CN102169518A (zh) 精铸涡轮叶片模具型腔精确定型方法
CN108399280B (zh) 一种预测激光选区熔化成型件变形的有限元仿真方法
CN105170978A (zh) 连接界面具有梯度渐变结构的同质包套热等静压成形方法
CN105138772A (zh) 变截面构件电子束焊的有限元模拟方法
CN106557638A (zh) 焊接混合双向过渡单元网格模型的建立方法
CN107855522A (zh) 一种多孔微槽道结构的激光增材制造方法
CN106623927A (zh) 核电燃料组件管座激光增材成型制造方法
CN107138726A (zh) 一种具有点阵冷却结构的导向叶片制备方法
CN105290327A (zh) 一种控制大型复杂整铸机匣蜡模变形的方法
Chen et al. Status and progress of selective laser melting forming technology
CN113000840A (zh) 一种锆合金格架激光增材制造方法
CN112828308A (zh) 一种锆合金格架激光增材制造方法
CN102808395A (zh) 特高拱坝悬臂高度的个性化控制方法
CN105956326B (zh) 基于响应面模型的轧辊冷却系统工艺参数优化方法
CN104550755A (zh) 石墨型-陶瓷芯钛合金精密铸造方法
CN104759592A (zh) 制造大型薄壁框架类铸件用砂芯制备方法
CN105631073B (zh) 一种优化制造复合材料波纹梁的方法
Wei et al. Effects of process parameters on dimensional precision and tensile strength of wax patterns for investment casting by selective laser sintering
CN113000839A (zh) 一种6061铝合金3d打印试验堆燃料元件关键零部件的方法
CN114757123A (zh) 一种用于板形核燃料堆芯的跨维度流固耦合分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210622