[发明专利]一种钢梯度材料的取样管结构及其制作方法

说明书

一种钢梯度材料的取样管结构及其制作方法，所述取样管为中空的筒形结构，所述取样管包括梯形过渡层及分别设置在梯形过渡层两侧的合金A管段及合金B管段；所述制作方法包括：1）建立取样管结构的三维模型，并对三维模型进行分层切片处理，设置扫描方向、轨迹以及切片层厚度；2）将T91、321H两种合金的球形粉末分别放入双桶送粉器的两个送粉桶中，调整送粉转速，即通过控制两个送粉桶的转速来调整两种球形粉末的比例，再通过送粉管路将两种球形粉末汇聚成一路后输送到激光加工头；3）根据每一层的成分变化来调整激光加工头的工艺参数，逐层制造，最终实现取样管结构沿轴向成分的有序过渡。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种钢梯度材料的取样管结构及其制作方法。

背景技术

电站锅炉的蒸汽管道需要引出一些取样管，由于蒸汽管道通常采用马氏体钢（如T/P91、T/P92等），而取样管通常采用奥氏体钢（如321H、316L等），因此不可避免的存在大量异种钢管接头。目前广泛采用异种钢管焊接，将两种不同成分的取样管通过镍基焊条焊接在一起，如T91与321H采用ERNiCr-3镍基焊条焊接。上述焊接工艺，必定会产生一层性能和组织与母材不同的界面，由于异种金属在元素成分、物理性能、化学性能等方面有显著差异，会产生以下一些问题：

1、异种金属的熔点不同，互溶性差，熔合面强度低；焊接时，低熔点的材料达到熔化状态时，高熔点的材料仍呈固态，导致互溶性差，还容易造成低熔点材料的烧损或蒸发，两者的熔合面强度相对较低。2、异种材料的线膨胀系数差异大，在热应力作用下容易开裂；线膨胀系数越大的材料，热膨胀率越大，冷却收缩也越大，熔池结晶时会产生很大的焊接应力。这种焊接应力不易消除，容易导致焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝金属与母材剥离。3、异种材料成分差异大，熔合面容易发生元素扩散，长期服役后性能下降；熔合面两侧材料的成分不同，化学势差异大，长期服役后，元素发生互扩散，会在熔合面附近产生组织变化，导致焊接接头的力学性能下降。

围绕上述问题，国内外已开展过一些研究，例如改变焊缝填充金属、改进焊接工艺，降低热输入量、采用多道次焊接等等，这些方法虽然能够在一定程度上缓解异种钢焊接中存在的问题，但都无法彻底消除熔合面两侧材料性能阶跃的特性。因此，能够改善异种钢接头性能的制造方法亟待开发。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工艺先进、产品性能显著提升的钢梯度材料的取样管结构及其制作方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种钢梯度材料的取样管结构，包括用于电站锅炉蒸汽管道的取样管，所述取样管为中空的筒形结构，所述取样管包括梯形过渡层及分别设置在梯形过渡层两侧的合金A管段及合金B管段。

一种所述取样管结构的制作方法，所述方法包括如下步骤：

1）建立取样管结构的三维模型，并对三维模型进行分层切片处理，设置扫描方向、轨迹以及切片层厚度；

2）将T91、321H两种合金的球形粉末分别放入双桶送粉器的两个送粉桶中，调整送粉转速，即通过控制两个送粉桶的转速来调整两种球形粉末的比例，再通过送粉管路将两种球形粉末汇聚成一路后输送到激光加工头；

3）根据每一层的成分变化来调整激光加工头的工艺参数，逐层制造，最终实现取样管结构沿轴向成分的有序过渡。

进一步地，所述步骤2）中， T91、321H两种合金的球形粉末的直径范围为50μm—150μm。

进一步地，步骤2）中，所述双桶送粉器为载气式双桶送粉器，该载气式双桶送粉器的送粉转速为0r/min—5r/min，载气流量为0L/min—20L/min。