[发明专利]一种大型三通管件的增材制造方法

说明书

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。

技术领域

本方法涉及增材制造技术领域，具体涉及一种大型三通管件的增材制造方法。

背景技术

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。

发明内容

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；