一种大型三通管件的增材制造方法技术

本方法涉及一种大型三通管件的增材制造方法，包括选材、搭建增材制造系统、调试增材制造系统、主体管安装、增材制造支管、增材制造支管、管件去应力热处理、机加工和无损检测验收成品的步骤；通过在主体母管上进行支管增材打印的形式，实现生产大型三通管件的目的，生产制得的三通管件无需塑性变形，通过电弧枪头按照预定轨迹逐层堆敷而制成的三通管件各部位的性能相当，整体均匀，一体性良好；相对于传统制造工艺，不需要复杂的锻压和热挤压设备和模具，热处理要求低，各厚度组织均匀，性能较好；在小批量特殊要求三通管件的生产中拥有巨大优势，生产周期短，可对腹部增材交汇处进行适当的厚度补强，可以避免普通三通管件肩、腹部薄弱的缺点。

Additive manufacturing method of large tee pipe

【技术实现步骤摘要】
一种大型三通管件的增材制造方法
本方法涉及增材制造
，具体涉及一种大型三通管件的增材制造方法。
技术介绍
三通管件是一种管道系统中常用的重要结构，广泛应用于电力、石油、化工等领域，目前大型金属三通管件的主要制造工艺有铸造、焊接、锻造和热挤压成形。焊接三通管件和铸造三通管件的制造工艺简单，成本较低，但焊接三通管件的一体性较差，焊接热影响区组织不均匀，性能难以保证，且焊接量大；铸造三通管件的晶粒较粗、且内部存在缩孔、夹杂等缺陷，质量一般，耐腐蚀性、力学性能等较差；锻造三通管件的虽然性能优良，在承受重大载荷或严苛环境中使用的三通管件一般由棒状坯料模锻后机加工制造而成，但该方法对材料得可锻性要求高，且材料利用率低，成本较高，而且三通管件的锻造大小将受到锻造厚度的约束，我国的锻造技术相对薄弱，重要三通管件仍需国外进口，其价格高昂，制造周期长，大大影响项目周期；热挤压成型工艺是一种可生产大型三通管件的方法，但该方法工序繁多，且要根据三通管件的尺寸，设计不同的挤压模具，成本极高，且对材料纯净度、内部质量要求极高，材料内部的夹杂物、气孔等都会影响到挤压成形质量，在多次挤压过程中，三通肩、腹部温度较高，呈流动状态，材料内部晶粒粗大，严重降低了材料的力学性能，受到国内挤压装备能力和材料质量水平的限制，热挤压三通管道的支管高度非常有限，一般只能在200mm范围内。方法内容本方法的目的在于克服现有技术之不足，提供一种大型三通管件的增材制造方法，通过在主体母管上进行支管增材打印的形式，实现生产大型三通管件的目的。为实现上述目的，本方法提供了如下的技术方案：一种大型三通管件的增材制造方法，包括以下步骤：步骤(1)、选材：根据目标三通管件的结构和材质要求，选定三通管件的主体母管，并对主体母管的外径、壁厚和圆度进行检查，排除不合格的主体母管，验收合格主体母管，根据目标三通管件的支管的使用要求和设计方案，选定支管原丝和辅剂，并对支管原丝和辅剂进行工艺性能的验收；步骤(2)、搭建增材制造系统：采用数字化电弧增材设备、机器人、电弧枪头、送丝机构、红外短波测温装置、冷却控制装置和打印平台搭建增材制造系统；步骤(3)、调试增材制造系统：根据目标三通管件的三维模型和制造工艺的参数数据，在计算机上对支管的增材轨迹进行解析，并通过PLC将解析的轨迹坐标数据转化为控制电弧枪头运动的机械控制程序，之后根据机械控制程序启动机器人带动电弧枪头运行，并对电弧枪头的运行轨迹进行调试，对打印平台上的旋转盘的旋转角度进行编程并对旋转盘的旋转角度进行设备调试，对红外短波测温装置的运行轨迹进行编程，并对其运行轨迹进行设备调试；步骤(4)、主体管安装：将主体母管放在打印平台上，并与旋转盘固定安装，将数字化电弧增材设备中的直流电源的正负极分别连接在电弧枪头和主体母管上，其中，电弧枪头连接电源正极，主体母管连接电源负极；步骤(5)、增材制造支管：先预热支管在主体母管上的交汇增材区，待预热完成后，启动数字化电弧增材设备，控制机器人带动电弧枪头按照预定轨迹进行运动，先对主体母管的一侧进行增材打印，增材打印的高度与主体母管的顶部相齐平后，再对主体母管的另一侧进行增材打印，主体母管两侧增材打印的高度均与主体母管的顶部齐平后，进行支管直管段的增材打印，电弧枪头相对于主体母管两侧进行增材打印的增材轨迹的形状为同心弧形，增材轨迹的弧长随着增材高度的增加而变长，主体母管两侧的增材轨迹最终在主体母管顶部所处的平面位置处相交成完整圆形，之后电弧枪头相对于主体母管进行增材打印的增材轨迹的形状为同心圆；在对主体母管的侧部进行增材打印的过程中，在同一打印层中电弧枪头的高度保持不变，控制旋转盘的往复旋转运动和旋转角度以使电弧枪头对主体母管的不同位置进行增材打印，电弧枪头完成一道增材打印后，控制电弧枪头向远离主体母管的方向或者靠近主体母管的方向偏移5-10mm后，进行同一层的下一道增材打印，同一层增材打印的偏移量累计达到支管的打印厚度后，停止电弧枪头的偏移，并控制电弧枪头向上运动一个偏移高度后，进行下一打印层的增材打印；在对支管的直管段进行增材打印的过程中，在同一打印层中电弧枪头的高度保持不变，控制旋转盘带动主体母管旋转一圈完成一道增材打印，随后控制电弧枪头向远离支管轴心的方向或者靠近支管轴心的方向偏移5-10mm后，进行同一层的下一道增材打印，同一层增材打印的偏移量累计达到支管的打印厚度后，停止电弧枪头的偏移，并控制电弧枪头向上运动一个偏移高度后，进行下一打印层的增材打印；步骤(6)、管件去应力热处理：对完成直管段增材打印后的三通管件坯进行热处理；步骤(7)、机加工：根据目标三通管件的结构尺寸，对热处理后的三通管件坯的内孔进行机加工处理，去除位于支管内腔中的主体母管的管壁部分，对支管的内外壁进行机加工；步骤(8)、无损检测验收成品：对完成机加工后的三通管件进行100％磁粉探伤检测(MT检测)和100％超声波检测(UT检测)，检测合格后验收成品。进一步的，所述主管母体的外径等于目标三通管件的外径，所述主体母管的圆度偏差小于或等于5mm，所述支管原丝的材质为低碳合金钢，所述支管原丝的丝径为2-6mm，在进行增材打印时，支管原丝在高能热源下作用下熔化形成熔池，熔池便会按照预定的轨迹熔敷在主体母管的外表面上，冷却结晶后形成支管的增材打印层，辅剂则会熔化形成覆盖熔池的渣池，使熔池与空气相隔离，起到保护熔池金属免受空气中氧、氮、氢等的侵害作用。进一步的，电弧枪头在所述主体母管侧部进行增材打印的起点为高于主体母管与支管相交线的最低处8-12mm，由于在增材打印过程中，支管原丝会形成熔池，熔池内的金属以液态的形式存在，熔池内的金属具有流淌性，因而熔池金属会在重力的作用下向下流动，故而将打印起点设在主体母管与支管相交线的最低处的上方8-12mm处，为熔池金属预留足够的流淌空间，以尽可能的实现减少制造误差的目的。进一步的，在步骤(4)中，先将主体母管固定安装在旋转盘上后，然后根据目标三通管件的三维模型数据，确定支管与主体母管相交线的最低点，之后在主体母管上且位于进行增材打印支管的最低点的下方安装承载底板，最后在将数字化电弧增材设备中的电源的正负极分别连接在电弧枪头和主体母管上，承载底板用于承载辅剂以及由辅剂产生的渣池块，被承载底板承载住的辅剂或渣池可以起到支撑熔池以便熔池结晶的作用，因为辅剂会与熔池接触，如若没有承载底板的支撑承载，掉落的辅剂会带落熔池金属，浪费资源，也不利于熔池金属结晶，也相应的会影响增材制造的精度。进一步的，在步骤(5)中，电弧枪头在对主体母管的表面进行增材打印的同时，计算机通过红外短波测温装置反馈的温度信号，控制并启动冷却控制装置，对主体母管中未进行增材打印的表面进行冷却降温。进一步的，步骤(5)中对主体母管上的交汇增材区进行预热，预热温度为60-250℃。进一步的，步骤(6)中热处理的温度小于或等于650℃。与现有技术相比，本方法的有益效果：不需要塑性变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型三通管件的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤(1)、选材：根据目标三通管件的结构和材质要求，选定三通管件的主体母管，并对主体母管的外径、壁厚和圆度进行检查，排除不合格的主体母管，验收合格主体母管，根据目标三通管件的支管的使用要求和设计方案，选定支管原丝和辅剂，并对支管原丝和辅剂进行工艺性能的验收；/n步骤(2)、搭建增材制造系统：采用数字化电弧增材设备、机器人、电弧枪头、送丝机构、红外短波测温装置、冷却控制装置和打印平台搭建增材制造系统；/n步骤(3)、调试增材制造系统：根据目标三通管件的三维模型和制造工艺的参数数据，在计算机上对支管的增材轨迹进行解析，并通过PLC将解析的轨迹坐标数据转化为控制电弧枪头运动的机械控制程序，之后根据机械控制程序启动机器人带动电弧枪头运行，并对电弧枪头的运行轨迹进行调试，对打印平台上的旋转盘的旋转角度进行编程并对旋转盘的旋转角度进行设备调试，对红外短波测温装置的运行轨迹进行编程，并对其运行轨迹进行设备调试；/n步骤(4)、主体管安装：将主体母管放在打印平台上，并与旋转盘固定安装，将数字化电弧增材设备中的直流电源的正负极分别连接在电弧枪头和主体母管上，其中，电弧枪头连接电源正极，主体母管连接电源负极；/n步骤(5)、增材制造支管：先预热支管在主体母管上的交汇增材区，待预热完成后，启动数字化电弧增材设备，控制机器人带动电弧枪头按照预定轨迹进行运动，先对主体母管的一侧进行增材打印，增材打印的高度与主体母管的顶部相齐平后，再对主体母管的另一侧进行增材打印，主体母管两侧增材打印的高度均与主体母管的顶部齐平后，进行支管直管段的增材打印，电弧枪头相对于主体母管两侧进行增材打印的增材轨迹的形状为同心弧形，增材轨迹的弧长随着增材高度的增加而变长，主体母管两侧的增材轨迹最终在主体母管顶部所处的平面位置处相交成完整圆形，之后电弧枪头相对于主体母管进行增材打印的增材轨迹的形状为同心圆；/n步骤(6)、管件去应力热处理：对完成直管段增材打印后的三通管件坯进行热处理；/n步骤(7)、机加工：根据目标三通管件的结构尺寸，对热处理后的三通管件坯的内孔进行机加工处理，去除位于支管内腔中的主体母管的管壁部分，对支管的内外壁进行机加工；/n步骤(8)、无损检测验收成品：对完成机加工后的三通管件进行100％MT和UT检测，检测合格后验收成品。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大型三通管件的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、选材：根据目标三通管件的结构和材质要求，选定三通管件的主体母管，并对主体母管的外径、壁厚和圆度进行检查，排除不合格的主体母管，验收合格主体母管，根据目标三通管件的支管的使用要求和设计方案，选定支管原丝和辅剂，并对支管原丝和辅剂进行工艺性能的验收；
步骤(2)、搭建增材制造系统：采用数字化电弧增材设备、机器人、电弧枪头、送丝机构、红外短波测温装置、冷却控制装置和打印平台搭建增材制造系统；
步骤(3)、调试增材制造系统：根据目标三通管件的三维模型和制造工艺的参数数据，在计算机上对支管的增材轨迹进行解析，并通过PLC将解析的轨迹坐标数据转化为控制电弧枪头运动的机械控制程序，之后根据机械控制程序启动机器人带动电弧枪头运行，并对电弧枪头的运行轨迹进行调试，对打印平台上的旋转盘的旋转角度进行编程并对旋转盘的旋转角度进行设备调试，对红外短波测温装置的运行轨迹进行编程，并对其运行轨迹进行设备调试；
步骤(4)、主体管安装：将主体母管放在打印平台上，并与旋转盘固定安装，将数字化电弧增材设备中的直流电源的正负极分别连接在电弧枪头和主体母管上，其中，电弧枪头连接电源正极，主体母管连接电源负极；
步骤(5)、增材制造支管：先预热支管在主体母管上的交汇增材区，待预热完成后，启动数字化电弧增材设备，控制机器人带动电弧枪头按照预定轨迹进行运动，先对主体母管的一侧进行增材打印，增材打印的高度与主体母管的顶部相齐平后，再对主体母管的另一侧进行增材打印，主体母管两侧增材打印的高度均与主体母管的顶部齐平后，进行支管直管段的增材打印，电弧枪头相对于主体母管两侧进行增材打印的增材轨迹的形状为同心弧形，增材轨迹的弧长随着增材高度的增加而变长，主体母管两侧的增材轨迹最终在主体母管顶部所处的平面位置处相交成完整圆形，之后电弧枪头相对于主体母管进行增材打印的增材轨迹的形状为同心圆；
步骤(6)、管件去应力热处理：对完成直管段增材打印后的三通管件坯进行热处理；
步骤(7)、机加工：根据目标三通管件的结构尺寸，对热处理后的三通管件坯的内孔进行机加工处理，去除位于支管内腔中的主体母管的管壁部分，对支管的内外壁进行机加工；
步骤(8)、无损检测验收成品：对完成机加工后的三通管件进行100％MT和UT检测，检测合格后验收成品。


2.根据权利要求1所述的一种大型三通管件的增材制造方法，其特征在于，所述主管母体的外径等于目标三通管件的外径，所述主体母管的圆度偏差小于或等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：高保华，
申请(专利权)人：佛山宇仁智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44