下圖是工程材料研究院在中國石油首套增材制造試驗(yàn)研究平臺(tái)上,,采用電弧3D打印技術(shù),,設(shè)計(jì)完成的油氣管道工程用TE555低溫大口徑厚壁三通:
三通是油氣輸送管道工程中重要且用量較大的管件,,其質(zhì)量優(yōu)劣以及承載能力的高低,,直接影響整個(gè)管道的完整性和運(yùn)行安全,。
這是中國石油首套增材制造試驗(yàn)研究平臺(tái)的工作原理和電弧3D打印過程示意:增材制造通常被稱為3D打印。按照熱源類型的不同,,金屬材料的3D打印可分為激光增材,、電子束增材、電弧增材等,。其中,,電弧增材制造采用金屬絲材作原料,成形效率和材料利用率高,、成本低,,力學(xué)性能可達(dá)到同等鍛件水平,特別適合大尺寸復(fù)雜構(gòu)件的快速,、高性能生產(chǎn),。該平臺(tái)使用電弧作為熱源熔化金屬絲材,特別適合制造大型金屬零部件,。
據(jù)了解,,增材制造試驗(yàn)研究平臺(tái)通過集成多種電弧熱源、采用機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床兩種運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),、結(jié)合視覺控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝參數(shù),、利用激光掃描快速修復(fù)缺陷部位、軟件內(nèi)置可二次開發(fā)工藝庫等一系列創(chuàng)新技術(shù),,使產(chǎn)品成形精度,、均勻度等大幅提高,并可進(jìn)行碳鋼,、合金鋼,、鋁合金、不銹鋼,、鎳基合金等多種材料的增材制造,,打印產(chǎn)品重量最大達(dá)20噸,成形尺寸最大為2米×2米×1.8米,生產(chǎn)效率最高達(dá)8000克/小時(shí),,為中國石油后續(xù)科研項(xiàng)目的開展和增材產(chǎn)品的制造推廣奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。
中國石油首套增材制造試驗(yàn)研究平臺(tái)
利用這一重要成果,該團(tuán)隊(duì)圍繞傳統(tǒng)熱拔工藝易造成三通不同部位組織和性能差異,、存在脆性失穩(wěn)開裂風(fēng)險(xiǎn)等問題,,開展產(chǎn)品建模、個(gè)性化設(shè)計(jì),、智能制造等核心技術(shù)攻關(guān),,成功開發(fā)并3D打印出適用于零下60攝氏度和零下45攝氏度,兩種低溫厚壁大口徑三通產(chǎn)品,。經(jīng)國家石油管材質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心檢驗(yàn),,質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。
據(jù)了解,,低溫厚壁三通直徑為1219毫米,,重量達(dá)到4970千克,主,、支管厚度67毫米且均勻一致,,肩部圓角補(bǔ)強(qiáng)厚度164毫米。整個(gè)打印過程安全高效,,大幅減少了傳統(tǒng)制造方式的工序流程,,提高了自動(dòng)化程度和材料利用率,并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境及性能要求,,快速靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu),、尺寸和材料成分,具有質(zhì)量穩(wěn)定,,各部位性能差異小,,無厚度效應(yīng)和方向性等諸多優(yōu)點(diǎn)。
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