[发明专利]一种锆合金格架激光增材制造方法

说明书

本发明属于核燃料元件制造技术领域，具体涉及一种锆合金格架激光增材制造方法。确定激光功率200W～300W、激光扫描速度900mm/s～1200mm/s、激光扫描间距0.05～0.15mm的参数范围；细化参数范围：激光功率200W～250W、激光扫描速度1000mm/s～1100mm/s、激光扫描间距0.08～0.12mm，锆合金粉末铺粉厚度0.03～0.05mm；进行格架的三维模型建立，格架具有许多镂空结构，当悬空部位长度大于2mm时，锆合金粉末无法支撑格架，故设计支撑结构；对模型添加支撑结构处理后进行切片剖分，剖分厚度和锆合金粉末铺粉厚度一致，最后使用确定好的参数进行锆合金格架的激光增材制造；对格架进行热处理。本发明解决了格架研发周期长、制造困难的问题。

技术领域

本发明属于核燃料元件制造技术领域，具体涉及一种锆合金格架激光增材制造方法。

背景技术

定位格架是燃料组件的重要组成部分，作为燃料组件中唯一与燃料棒接触的部件，其结构不仅需要保证燃料棒在堆芯中的定位，保证燃料组件的结构完整，还具有提升燃料组件热工性能等作用。但定位格架结构复杂，对制造工艺要求高,若使用常规制造手段，需要进行冲压、切割、焊接等若干复杂的工序才能完成格架的制造，采用激光增材制造技术可以实现快速、精密地制造满足性能要求的一体化定位格架，该发明属于核燃料元件制造领域，在相关领域均未见说明报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锆合金格架激光增材制造方法，解决燃料组件格架制造研发周期长、难度高的难题，明确增材制造技术在格架制造方面应用的可行性，实现激光增材制造技术在核燃料元件研发领域的应用。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种锆合金格架激光增材制造方法，

(1)结合锆合金粉末材料特性，开展增材制造过程温度场与应力场数值模拟与分析，确定了激光功率200W～300W、激光扫描速度900mm/s～1200mm/s、激光扫描间距0.05～0.15mm的参数范围；

(2)通过正交试验开展锆合金粉末的增材制造工艺研究，细化参数范围：激光功率200W～250W、激光扫描速度1000mm/s～1100mm/s、激光扫描间距0.08～0.12mm，锆合金粉末铺粉厚度0.03～0.05mm；

(3)进行格架的三维模型建立，格架具有许多镂空结构，当悬空部位长度大于2mm时，锆合金粉末无法支撑格架，故设计支撑结构；

(4)对模型添加支撑结构处理后进行切片剖分，剖分厚度和锆合金粉末铺粉厚度一致，最后使用步骤(2)确定好的参数进行锆合金格架的激光增材制造；

(5)对格架进行热处理。

所述的步骤(3)，支撑结构的激光成型工艺参数为：激光功率为100W、激光扫描间距为0.11mm、激光扫描速度为1300mm/s。

所述的步骤(5)，热处理方案为：520℃入水急冷的固溶热处理。

本发明所取得的有益效果为：

通过使用激光增材制造技术制备锆合金格架，确定了锆合金格架的激光增材制造的工艺参数，建立了消除残余应力、改善锆合金格架力学性能的热处理工艺，最终制备出了符合技术指标要求的锆合金格架，解决了格架研发周期长、制造困难的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述锆合金格架激光增材制造方法如下：

(1)结合锆合金粉末材料特性，开展增材制造过程温度场与应力场数值模拟与分析、确定了激光功率在200W～300W、激光扫描速度900mm/s～1200mm/s、激光扫描间距0.05～0.15mm的参数范围。