CN116275109A - 一种利用3d打印技术制造低温管道过渡接头的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用3D打印技术制造低温管道过渡接头的方法,其特征在于,该方法把不锈钢、镍、钛、铝、铝合金等5种金属材料粉末和不锈钢/镍、镍/钛、钛/铝、铝/铝合金等4种混合金属粉末作为3D打印的粉末材料。根据过渡接头的三维模型按顺序把所述9种金属粉末逐次放入3D打印设备的料仓内,每次只放1种金属粉末。启动3D打印设备把9种金属粉末逐层激光扫描熔化在一起形成过渡接头。本发明制造过程更安全、更环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温流体管道过渡接头,尤其涉及一种异种金属低温管道连接过渡接头的制造方法,具体地说是一种利用3D打印技术制造低温管道过渡接头的方法。
背景技术
在空分厂、液化天然气(LNG)接收站等生产领域经常采用铝合金换热器,与其连接的液氮、液氧、LNG等低温产品的管道一般为奥氏体不锈钢。铝合金和不锈钢的膨胀系数差别较大,如果用法兰把二者连接的话,容易泄露。特别是对于高压下的液化天然气等易燃、易爆的危险介质,对连接密封的可靠性要求更高。焊接是比法兰连接更可靠的密封方式,但是铝合金和不锈钢这两种材料无法采用焊接的方法连接。为了达到铝合金换热器接管与不锈钢管道焊接连接的目的,现有技术是采用一个过渡接头把铝合金管与不锈钢管焊接连接起来。过渡接头依次由铝合金、铝、钛、镍、不锈钢等5层金属材料爆炸复合板加工而成。过渡接头的铝合金端与铝合金管焊接,不锈钢端与不锈钢管焊接。
现有技术的过渡接头是采用爆炸复合的方法制造的。为了确保每层金属贴合紧密,通常逐次把5层金属板材用爆炸复合的方法复合成一块复合板。每次爆炸复合一层金属板,用超声波仪器检查结合率100%合格后,再进行下一层金属板爆炸复合。如实用新型专利CN201920557461 .7采用这种逐层爆炸复合的方法。实用新型专利CN201220648526.7把5层金属叠放在一起后一次爆炸复合在一起。虽然提高了爆炸复合效率,但是产生层间结合缺陷的概率更高。通过界面结合率检查合格的爆炸复合板才能用于加工过渡接头。按图纸要求把检验合格的爆炸复合板机加工成过渡接头。
现有制造过渡接头的爆炸复合方法非常复杂,周期长,成本高。爆炸复合过程中使用炸药和雷管,需要特殊的生产环境和安全措施保证安全。多层金属爆炸复合过程中容易产生报废的材料,而且机加工时产生边角和金属切削废料,浪费金属材料。
发明内容
本发明的目的是针对现有制造过渡接头采用的爆炸复合方法存在工艺复杂,周期长,成本高,需要使用危险性高的炸药和雷管,同时需要特殊的生产环境和安全措施才能保证安全,且在多层金属爆炸复合过程中容易产生报废的材料,机加工时产生边角和金属切削废料,浪费金属材料的问题,发明提供一种安全高效、成本低、无金属材料浪费的利用3D打印技术制造低温管道过渡接头的方法。该方法采用3D打印技术制造过渡接头,加工工艺与时间不受场所环境限制,快速实现三维模型到产品转化,加工周期大大缩短,成本降低。
本发明的技术方案为:
一种利用3D打印技术制造低温管道过渡接头的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、准备不锈钢、镍、钛、铝、铝合金5种金属材料粉末,其特征在于,金属粉末为球形粉末,粉末的粒度为15~60μm。
步骤二、把步骤一中的每一种基础金属材料粉末分别取出一部分;把取出的不锈钢粉末和镍粉末、镍粉末和钛粉末、钛粉末和铝粉末、铝粉末和铝合金粉末分别进行混合,获得4种混合金属粉末,即不锈钢/镍、镍/钛、钛/铝、铝/铝合金粉末; 不锈钢/镍粉末中不锈钢粉末的质量比为1:1-2,镍/钛粉末中镍的质量比为1:1-2、钛/铝粉末中钛的质量比为1:1-2、铝/铝合金粉末中铝的质量比为1:1-2;
步骤三、把步骤一中的5种单金属材料粉末和步骤二中得到的4种混合金属粉末作为3D打印的粉末材料。根据打印件的三维模型按顺序把所述的9种金属粉末逐次放入3D打印设备的料仓内,每次只放1种金属粉末,启动3D打印设备把该种金属粉末进行选区粉床激光熔融成形,最终把9种金属粉末逐层熔融形成过渡接头。
上述的过渡接头制造方法步骤三中所述9种金属粉末加入料仓顺序为:不锈钢、不锈钢/镍、镍、镍/钛、钛、钛/铝、铝、铝/铝合金、铝合金。
上述的过渡接头制造方法,其特征在于,所述的不锈钢牌号为S31603/S31608、S30403/S30408,镍牌号为N4、N5或N6,钛牌号为TA1或TA2,铝牌号为1050、1060、1070、1100,铝合金牌号为5083、5052等。
上述的过渡接头制造方法,其特征在于,步骤二中所述的4种混合金属粉末是在常温下物理混合得到的。
上述的过渡接头制造方法,其特征在于,步骤三中所述选区粉床激光熔融成形采用的打印扫描线宽为60μm~100μm,激光功率为80W~500W,扫描速度为300mm/s~1000mm/s,铺粉层厚度为20~80μm。本发明在选区粉床激光熔融成形过程中采用惰性气体保护,避免金属熔融时与其他气体发生化学反应。
上述的过渡接头制造方法,其特征在于,步骤三中所形成的过渡接头的不锈钢层长度大于50mm,镍层长度为1.5~4.5mm,钛层长度为2~5mm,铝层长度为8~10mm,铝合金层长度大于30mm。位于两层单金属之间的混合金属粉末烧结成形厚度为40~100μm。混合金属粉末烧结层可以增加两层单金属之间的界面相互融合度,增强两层金属之间的结合强度。
本发明的有益效果是:
本发明采用激光3D打印技术制造过渡接头,快速实现三维模型到产品转化,加工周期大大缩短,成本降低。
本发明在两层单金属之间设置混合金属粉末烧结层,可以增加两层单金属之间的界面相互融合度,增强两层金属之间的结合强度。
本发明为增材制造方法,制造过程中不产生金属废料。
本发明制造过程更安全、更环保。
附图说明
图1是本发明过渡接头的侧视结构示意图。
图2是本发明过渡接头的俯视结构示意图。
图中,1-不锈钢层,2-镍层,3-钛层,4-铝层,5-铝合金层。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一。
一种利用3D打印技术制造图1、2所示的低温管道过渡接头的方法:
步骤一、准备不锈钢、镍、钛、铝、铝合金5种金属材料粉末。金属粉末为球形粉末,粉末的粒度为15~50μm。不锈钢牌号为S30403/S30408,镍牌号为N02200,钛牌号为TA1,铝牌号为1100,铝合金牌号为5083。
步骤二、把步骤一中的每一种金属材料粉末分别取出一部分。把取出的不锈钢和镍粉末、镍和钛粉末、钛和铝粉末、铝和铝合金粉末在常温下按1:2(质量比)比例分别进行物理混合,获得4种混合金属粉末,即不锈钢/镍、镍/钛、钛/铝、铝/铝合金粉末。
步骤三、把步骤一中的5种单金属材料粉末和步骤二中得到的4种混合金属粉末作为3D打印的粉末材料。根据过渡接头的三维模型把所述的9种金属粉末逐次放入3D打印设备的料仓内,每次只放1种金属粉末。启动3D打印设备把该种金属粉末进行选区粉床激光熔融成形。激光按给定路径扫描预先铺放的一层金属粉末,该层金属粉末熔敷于前一层之上,形成冶金结合。完成一个层面的扫苗后,铺粉器重新铺放一层粉末,激光束再次扫描熔敷,逐层堆积直至完成整个过渡接头3D打印成型。金属粉末完全熔化,获得冶金结合致密组织的过渡接头。整个加工过程在通有惰性气体(氩气)保护的加工室中进行,以避免金属在高温下与其他气体发生反应。
步骤三中所述选区粉床激光熔融成形采用的打印扫描线宽为80μm,激光功率为300W,扫描速度为600mm/s,铺粉层厚度为40μm。9种金属粉末加入料仓次序为:不锈钢、不锈钢/镍、镍、镍/钛、钛、钛/铝、铝、铝/铝合金、铝合金。具体地,首先把不锈钢粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;在不锈钢层上把不锈钢/镍混合粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;然后把镍粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;在镍表面上把镍/钛混合粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;接着把钛粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;在钛表面上把钛/铝混合粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;随后把铝粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;在铝表面上把铝/铝合金混合粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型;最后,把铝合金粉末逐层铺粉逐层用激光束扫描熔化成型。得到的过渡接头的不锈钢层长度75mm,镍层长度为2.5mm,钛层长度为3mm,铝层长度为9mm,铝合金层长度大于50mm。位于两层单金属之间的混合金属粉末烧结成形厚度为80μm。
实施例二。
本实施例与实施例一的区别在于步骤二中把取出的不锈钢和镍粉末、镍和钛粉末、钛和铝粉末、铝和铝合金粉末在常温下按1:1(质量比)的比例分别进行物理混合,获得4种混合金属粉末,即不锈钢/镍、镍/钛、钛/铝、铝/铝合金粉末。本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下,本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中,并且以所附的权利要求为保护范围。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种利用3D打印技术制造低温管道过渡接头的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、准备不锈钢、镍、钛、铝、铝合金5种基础金属材料粉末;
步骤二、把步骤一中的每一种基础金属材料粉末分别取出一部分;把取出的不锈钢粉末和镍粉末、镍粉末和钛粉末、钛粉末和铝粉末、铝粉末和铝合金粉末分别进行混合,获得4种混合金属粉末,即不锈钢/镍、镍/钛、钛/铝、铝/铝合金粉末; 不锈钢/镍粉末中不锈钢粉末的质量比为1:1-2,镍/钛粉末中镍的质量比为1:1-2、钛/铝粉末中钛的质量比为1:1-2、铝/铝合金粉末中铝的质量比为1:1-2;
步骤三、把步骤一中的5种基础金属材料粉末和步骤二中得到的4种混合金属粉末作为3D打印的粉末材料;根据打印件的三维模型按顺序把所述9种金属粉末逐次放入3D打印设备的料仓内,每次只放1种金属粉末,启动3D打印设备把该种金属粉末进行选区粉床激光熔融成形,最终把9种金属粉末逐层熔融在一起形成过渡接头。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的5种基础金属材料的不锈钢牌号为S31603/S31608、S30403/S30408,镍牌号为N4、N5或N6,钛牌号为TA1或TA2,铝牌号为1050、1060、1070、1100,铝合金牌号为5083、5052。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤二中所述的4种混合金属粉末是在常温下物理混合得到的。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤一中基础金属粉末为球形粉末,粉末的粒度为15~60μm。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤三中所述9种金属粉末加入料仓顺序为:不锈钢、不锈钢/镍、镍、镍/钛、钛、钛/铝、铝、铝/铝合金、铝合金。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤三中所形成的过渡接头的不锈钢层长度大于50mm,镍层长度为1.5~4.5mm,钛层长度为2~5mm,铝层长度为8~10mm,铝合金层长度大于30mm;两层单金属之间的混合金属粉末的烧结成形厚度为40~100μm。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤三中所述选区粉床激光熔融成形采用的打印扫描线宽为60μm~100μm,激光功率为80W~500W,扫描速度为300mm/s~1000mm/s,铺粉层厚度为20~80μm。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述3D打印方法采用惰性气体保护下进行。
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CN116512603A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-08-01 | 易加三维增材技术(杭州)有限公司 | 零件打印方法、装置、电子设备及非易失性存储介质 |
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