本發(fā)明屬于核電燃料元件制造技術領域，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：

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，直接進行機械加工制備，二采用精密鑄造的方法進行分體成型，然后再進行加工，兩種加工方法的工序繁雜，難度較大。同時傳統(tǒng)加工工藝還存在原材料利用率低，工藝開發(fā)周期長等問題。

采用激光增材成型技術進行管座的制備，可以解決傳統(tǒng)加工工藝工序復雜和材料收率低的問題，在制備過程中實現管座一體成型，簡化了制備工藝，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99％以上。

技術實現要素：

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，其通過激光增材制造方法，快速制備壓水堆核電燃料組件管座，實現管座的一體成型。

實現本發(fā)明目的的技術方案：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)將管座圖紙進行三維模型設計，設計成三維實體模型；

步驟2)對步驟1)所得模型的懸空位置進行加支撐處理；

步驟3)將步驟2)所得模型按照一定的厚度進行分層切片；設計每層切片內零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數；

步驟4)將步驟3)所得參數數據導入激光選區(qū)熔化成型設備中，進行基材調平、洗氣操作，開始制備零件，按照步驟3)的參數在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進行激光燒結；

步驟5)在步驟4)制備零件完成后，對零件進行熱處理，去除零件內部應力；

步驟6)采用線切割進行零件與基材分離。

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氧含量調至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，基材調平是指，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對平行。

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，三維模型設計采用軟件為Pro/E、UG、或Solidwork。

本發(fā)明的效果在于：本發(fā)明通過激光增材制造方法，快速制備壓水堆核電燃料組件管座，實現管座的一體成型。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％。

附圖說明

圖1為激光增材成型制造的管座實物照片。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(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一步描述。

實施例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)將管座圖紙進行三維模型設計，設計成三維實體模型；三維模型設計采用軟件為Pro/E。

步驟2)對步驟1)所得模型的懸空位置進行45°實體支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過程中，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行分層切片；設計每層切片內零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數；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)所得參數數據導入激光選區(qū)熔化成型設備中；

首先進行基材調平，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對平行，直至鋪粉刮刀與基材之間間隙為≤0.05mm，然后進行洗氣操作，采用氬氣對成型室內進行洗氣，當成型室內氧含量為≤1000ppm時，開啟設備進行零件制備；按照步驟3)的參數在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進行激光燒結；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，對零件進行熱處理，去除零件內部應力；以10℃/min的升溫速率升溫至1100℃，保溫1h，然后關閉加熱隨爐冷卻，爐內保護氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進行零件與基材分離。

測試通過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，其抗拉強度為676MPa，材料利用率為99.1％。

實施例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)將管座圖紙進行三維模型設計，設計成三維實體模型；三維模型設計采用軟件為UG。

步驟2)對步驟1)所得模型的懸空位置進行加支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過程中，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行分層切片；設計每層切片內零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數；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)所得參數數據導入激光選區(qū)熔化成型設備中，進行基材調平、洗氣操作；開始制備零件，按照步驟3)的參數在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進行激光燒結；

基材調平是指，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對平行。

洗氣操作是將成型室內氧含量調至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，對零件進行熱處理，去除零件內部應力；熱處理保溫溫度為1050℃，升溫速率≤10℃/min，保溫2h，保護氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進行零件與基材分離。

實施例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)將管座圖紙進行三維模型設計，設計成三維實體模型；三維模型設計采用軟件為Solidwork。

步驟2)對步驟1)所得模型的懸空位置進行加支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過程中，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行分層切片；設計每層切片內零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數；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)所得參數數據導入激光選區(qū)熔化成型設備中，進行基材調平、洗氣操作；開始制備零件，按照步驟3)的參數在基材表面分層鋪一定厚度的球形粉末，進行激光燒結；

基材調平是指，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對平行。

洗氣操作是將成型室內氧含量調至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，對零件進行熱處理，去除零件內部應力；熱處理保溫溫度為1200℃，升溫速率≤10℃/min，保溫0.5h，保護氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進行零件與基材分離。

實施例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)將管座圖紙進行三維模型設計，設計成三維實體模型；三維模型設計采用軟件為Pro/E。

步驟2)對步驟1)所得模型的懸空位置進行45°實體支撐處理；懸空位置是指管座自下而上逐層成型過程中，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行分層切片；設計每層切片內零件的激光功率、激光掃描速度及激光掃描間距參數；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)所得參數數據導入激光選區(qū)熔化成型設備中；

首先進行基材調平，保證鋪粉刮刀與成型基材之間相對平行，直至鋪粉刮刀與基材之間間隙為≤0.05mm，然后進行洗氣操作，采用氬氣對成型室內進行洗氣，當成型室內氧含量為≤1000ppm時，開啟設備進行零件制備；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，對零件進行熱處理，去除零件內部應力；以8℃/min的升溫速率升溫至1200℃，保溫1h，然后關閉加熱隨爐冷卻，爐內保護氣氛為氬氣。

步驟6)采用線切割進行零件與基材分離。

測試通過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％。

上面對本發(fā)明的實施例作了詳細說明，上述實施方式僅為本發(fā)明的最優(yōu)實施例，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。