在表面重修工艺期间喷嘴的保护罩

摘要

本发明涉及一种适用于在表面重修金属部件的工艺期间被放置在喷嘴(1)和金属部件之间的保护罩(20)，该保护罩(20)包括沿参考轴线(22)延伸的侧壁(21)，该侧壁(21)包括内表面(30)和外表面(27)，该侧壁(21)具有下端(25)和上端(23)，该侧壁(21)被至少一个侧向气体进入端口(31)穿孔，该侧壁(21)的下端(25)被槽口(26)穿孔，该金属部件的一部分能够插入到该槽口内，该侧壁(21)的上端(23)设置有开口(24)，该喷嘴(1)的一部分能够插入到该开口内；其特征在于，该侧壁(21)的内表面(30)包括至少一个截锥部分。

权利要求

1.一种能够在对金属部件(9)的表面硬化过程期间被放置在喷嘴(1)和金属部件(9)之间的保护罩(20)，所述保护罩(20)包括沿参考轴线(22)延伸的侧壁(21)，所述侧壁(21)包括内表面(30)和外表面(27)，所述侧壁(21)具有下端(25)和上端(23)，所述侧壁(21)被至少一个侧向气体进入端口(31)穿孔，所述侧壁(21)的下端(25)被槽口(26)穿孔，所述金属部件(9)的一部分(8)插入到所述槽口内，所述侧壁(21)的上端(23)设置有开口(24)，所述喷嘴(1)的一部分能够插入到所述开口内；

其特征在于，所述侧壁(21)的内表面(30)包括至少一个截锥部分。

2.根据权利要求1所述的保护罩(20)，其中，所述侧壁(21)的内表面(30)相对于所述参考轴线(22)倾斜一个在20和40°之间的角度。

3.根据权利要求1所述的保护罩(20)，其中，所述侧壁(21)包括圆柱形外环(32)和插入在所述外环(32)中的插入件(33)，所述插入件(33)具有截锥内表面。

4.根据权利要求1所述的保护罩(20)，进一步包括从所述侧壁(21)的下端(25)径向突出的轨道(34)，所述轨道(34)被至少一个额外气体进入端口(35)穿孔，所述额外端口(35)沿基本与所述参考轴线平行的轴线延伸。

5.根据权利要求4所述的保护罩(20)，进一步包括设置在每个额外端口(35)前面的防波栅格(36)。

6.一种实施用于对涡轮机金属部件(8)表面硬化的工艺的表面硬化装置(37、37’)，所述表面硬化装置(37、37’)包括：—喷嘴(1)；

—根据权利要求1到5之一所述的保护罩(20)，所述喷嘴(1)的一部分插入到所述保护罩(20)的开口(24)中。

7.根据权利要求6所述的表面硬化装置(37、37’)，进一步包括设置在喷嘴(1)和保护罩(20)之间的密封设备(38)。

8.根据权利要求7所述的表面硬化装置(37、37’)，其中，所述密封设备(38)包括：—附接到所述喷嘴的第一套圈(39)；

—附接到所述保护罩的中间部件(40)；

—连接所述第一套圈(39)和所述中间部件(40)的O形环(41)。

9.根据权利要求8所述的表面硬化装置(37、37’)，其中，所述中间部件(40)由至少一个孔(42)穿孔，所述孔被布置，从而能够绕着保护罩(20)的参考轴线(22)相对于喷嘴(1)旋转。

10.一种表面硬化系统(44)，包括：

—根据权利要求6到9之一所述的表面硬化装置(37、37’)，—能够通过喷嘴(1)的中心管(2)发射激光的激光发射设备(45)，保护罩(20)通过至少一个固定凸耳(46)被固定到所述激光发射设备。

说明书

在表面重修工艺期间喷嘴的保护罩

技术领域

[0001] 本发明涉及一种保护罩，能够保护待要被表面硬化的金属部件部分，以避免其氧化。本发明还涉及一种包括这种保护罩的表面硬化装置。

背景技术

[0002] 在航空领域，使用表面硬化工艺对于修复金属部件以及特别地修复单件叶片盘的叶片、压气机或分配器叶片很常见。这些表面硬化工艺通常使用喷涂在待修复区域上并且由激光束熔融的金属粉末。金属部件的受损部分因此可被重构。通过与图1所述的类似的喷嘴实施这种表面硬化工艺。这种喷嘴1包括：

[0003] —中心管2，激光通过该中心管喷射，

[0004] —外围管3，该外围管围绕该中心管并且通过该外围管喷涂金属粉末。

[0005] 然而，待要被重建的部件通常由钛、镍、铝甚至钴制成，并且它们因此在表面硬化工艺期间具有氧化的风险。为了解决该问题，现有技术提出了一种类似于图2的喷射喷嘴。该喷射喷嘴1包括一种通过中心管2喷射诸如氩气的惰性气体的系统，以防止气体在中心管中上升。此外，图2的喷嘴包括用于在外围通道中喷射惰性气体的通道4。这些喷射通道4能使诸如氩气和氦气的惰性气体在外围管中喷射，从而承载金属粉末。这种装置例如在US 6 
326 585中描述。

[0006] 然而，通过来自该喷嘴的惰性气体的局部保护不足以防止该部件在其表面硬化过程中免于氧化。

[0007] 为了解决这个问题，现有技术提出了在待要被修复的金属部件和该喷嘴之间添加保护罩。在图3和图4中描述了一种设置有这种保护罩10的喷嘴。它通常包括一个圆柱形侧壁5，其具有能够接触喷嘴1的上端6和能够接触待要被修复的金属部件9的部分8的下端7。该保护罩10的上端6设置有由圆柱形开口11穿孔的第一横向壁，喷嘴1的一部分可插入到该开口中。该保护罩的下端7设置有由倒U型槽口13穿孔的第二横向壁12，待要被表面硬化的金属部件9的部分8可插入到该槽口中。在这两端之间，该保护罩的侧壁5界定一个密封外壳，惰性气体喷射到该外壳内以防止该金属部件在其表面硬化期间被氧化。为此，该保护罩包括用于进给惰性气体到该外壳内的至少一个管14。该管14通向一个在该保护罩的侧壁中制成的端口。这种保护罩提供了一种在该金属部件周围的惰性区域，并且因此在其表面硬化期间能限制该金属部件的氧化。

[0008] 然而，申请人已经注意到，尽管有这种保护罩，该金属部件的氧化在其表面硬化工艺中发生。

发明内容

[0009] 本发明的目的是，通过提供一种用于喷嘴的保护罩来解决现有技术的缺陷，所述保护罩在表面硬化工艺期间更好地保护该金属部件免于氧化。

[0010] 事实上，申请人已经注意到，尽管存在保护罩，金属部件在现有技术的表面硬化工艺期间的氧化是由于发生在该保护罩和待要被表面硬化的金属部件之间的连接点的流动气体的扰动引起的。由于这些扰动，氧气在该保护罩和待要被表面硬化的金属部件之间被吸收。这种现象如图5所述。由于气流的中断15，该氧气因此可进入该外壳，其导致氧化了该金属部件。

[0011] 本发明的目的是通过在该金属部件和该保护罩之间的连接点消除气流的扰动，解决现有技术保护罩的缺点。

[0012] 为此，本发明提供了一种保护罩，所述保护罩的内表面在侧向惰性气体进入端口和所述保护罩的下端之间不再是圆柱形，但是截锥形。因此，所述保护罩的内表面基本平行于插入到所述保护罩内的所述喷嘴的外表面，其能够降低在该保护罩下端附近的气体中断。

[0013] 更准确地，本发明的第一方面涉及一种能够在对金属部件的表面硬化过程中被放置在喷嘴和金属部件之间的保护罩，所述保护罩包括沿参考轴线延伸的侧壁，所述侧壁包括内表面和外表面，所述侧壁具有下端和上端，所述侧壁被至少一个侧向气体进入端口穿孔，所述侧壁的下端由槽口穿孔，所述金属部件的一部分插入到所述槽口内，所述侧壁的上端设置有开口，所述喷嘴的一部分能够插入到所述开口内；所述侧壁的内表面包括至少一个截锥部分。

[0014] 换句话说，所述侧壁的内表面包括相对于所述参考轴线倾斜的至少一个部分。具有至少局部的截锥内表面能够没有扰动地引导惰性气体进入在所述喷嘴的外表面和所述保护罩的内表面之间的空间，从而防止空气在所述保护罩的下端上升。所述保护罩、所述喷嘴和所述金属部件的至少一部分从而形成一个密封外壳。该外壳比现有技术的更密封，当金属部件表面硬化时，使得它为所述金属部件提供了更好保护。

[0015] 根据本发明的保护罩也可具有一个或多个独立地或根据任何技术上可能的组合采取的以下特征。

[0016] 有利地，截锥形的所述内表面部分是位于所述侧向气体进入端口和所述侧壁下端之间的所述内表面的部分。因此在所述金属部件和所述保护罩之间的连接点减少了中断。

[0017] 根据一个优选的实施例，所述侧壁的所有内表面都为截锥形。因此，所述中断在所述金属部件和所述保护罩之间的连接点减少最多。此外，该实施例制造更简单。

[0018] 根据一个优选的实施例，所述侧壁的内表面相对于参考轴线倾斜一个在20和40°之间的角度。为此，这种倾斜角能够使所述侧壁的内表面平行或基本平行于大多数喷嘴的外表面，其能够使在所述侧壁的下端中断空气，并且因此减少了在所述保护罩中通过该下端的空气进入。

[0019] 根据不同的实施例：

[0020] —所述侧壁可制成单件；或

[0021] —所述侧壁可包括圆柱形外环和在所述外环中插入的插入件，所述插入件具有截锥内表面。通过将该插入件插入到这些现有技术的保护罩内，该实施例能够使现有技术的保护罩转换为根据本发明的保护罩。

[0022] 通过至少优选地沿与该参考轴线垂直的轴线延伸的侧向端口，所述惰性气体优选地被喷射在待要被表面硬化的金属部件上。所述侧向端口能够使由所述保护罩、所述喷嘴和所述金属部件的至少一部分形成的所述外壳充满惰性气体。

[0023] 所述保护罩优选地包括从所述侧壁的下端径向地突出的轨道，所述轨道被至少一个额外的气体进入端口穿孔。该额外的端口允许加强保护所述金属部件免于氧化，因为其允许在所述金属部件上喷射除了在所述外壳中的惰性气体之外的惰性气体。所述额外端口优选地沿基本平行于所述参考轴线的轴线延伸。

[0024] 有利地，所述保护罩进一步包括设置在每个额外端口前面的水分解格栅。该防波栅格可避免太强烈的惰性气体射流撞击在所述金属部件上，而是分散射流，但是该分散射流能够更好地保护免于氧化。

[0025] 待要被表面硬化的金属部件优选地是具有前缘的叶片。所述保护罩的槽口优选地具有能够使其紧密地配合所述叶片前缘的形状。更通常地，所述槽口优选地具有使其能够紧密地配合待要被重建的金属部件部分的形状。

[0026] 所述槽口能够使待要被重建部件周围的体积最小化。在可能的范围内，在所述槽口的内壁和所述部件的表面之间的距离低于30毫米。

[0027] 本发明的第二方面涉及一种用于实施对涡轮机金属部件表面硬化的工艺的表面硬化装置，所述表面硬化装置包括：

[0028] —喷嘴；

[0029] —根据本发明第一方面的保护罩，所述喷嘴的一部分插入到所述保护罩的开口内。

[0030] 根据本发明第二方面的表面硬化装置也可具有一个或多个独立地或根据任何技术上可能的组合采取的以下特征。

[0031] 所述喷嘴优选地具有平行或基本平行于所述保护罩的内表面的外表面。基本“平行”是指平行多或少10°。

[0032] 所述喷嘴优选地具有激光能够穿过的中心管以及一个金属粉末能够穿过的外围管。所述外围管优选地围绕所述中心管。

[0033] 根据一种优选的实施例，所述表面硬化装置具有设置在所述喷嘴和所述保护罩之间的密封设备。这些密封设备可以使由所述保护罩、所述喷嘴和一部分所述金属部件形成的外壳完全地密封。

[0034] 这些密封设备优选地具有：

[0035] —附接到所述喷嘴的第一套圈；

[0036] —附接到所述保护罩的中间部件；

[0037] —连接所述第一套圈和所述中间部件的O形环。

[0038] 这种密封设备防止空气进入到所述外壳中，同时允许所述喷嘴相对于所述金属部件的移动。事实上，在表面硬化工艺期间，所述激光束必须与粉末流同轴。换句话说，所述激光束的聚焦点必须与粉末流的进入点在同一地方。为此，所述喷嘴必须能够在与所述保护罩的参考平面垂直的平面中位移。具有允许所述喷嘴相对于保护罩移动的密封设备能够将所述保护罩保持抵靠所述金属部件，使得所述保护罩紧密地配合被保护金属部件的部分，同时允许所述喷嘴的移动，以使所述激光束与所述金属粉末的进入点对准。

[0039] 此外，所述中间部件优选地被至少一个孔穿孔，所述孔被布置从而能够在所述保护罩的参考轴线周围相对于所述喷嘴旋转。所述保护罩能够相对于所述喷嘴旋转，从而遵循所述金属部件端部的曲率。

[0040] 本发明的第三方面涉及一种表面硬化系统，包括：

[0041] —根据本发明第二方面的表面硬化装置；

[0042] —能够通过所述喷嘴的中心管发射激光的激光发射设备，所述保护罩通过至少一个固定凸耳被固定在所述激光发射设备上。

[0043] 将所述罩固定在所述激光发射设备而不是所述喷嘴上能够允许所述保护罩相对于所述喷嘴的移动，从而允许通过所述罩优化对所述金属部件的保护，同时允许激光束与所述喷嘴以及更精确地与被所述喷嘴喷涂的金属粉末的进入点对准。此外，不直接地将所述保护罩固定在所述喷嘴上能够减少所述喷嘴的碰撞和损坏的风险。

[0044] 所述固定凸耳的长度优选地可调，从而能够修改所述保护罩相对于所述喷嘴的位置。

[0045] 本发明的第四方面涉及一种表面硬化系统，包括：

[0046] —喷嘴；

[0047] —保护罩；

[0048] —激光发射设备，所述保护罩被固定在所述激光发射设备上。

[0049] 根据本发明第四方面的表面硬化系统还可包括一个或多个关于本发明的其它方面描述的附加特征。

[0050] 本发明的第五方面涉及一种表面硬化装置，包括：

[0051] —喷嘴；

[0052] —保护罩；

[0053] —在所述喷嘴和所述保护罩之间设置的密封设备，所述密封设备允许所述保护罩相对于所述喷嘴的运动。

[0054] 根据本发明第五方面的表面硬化装置还可包括一个或多个关于本发明的其它方面描述的附加特征。

附图说明

[0055] 在阅读参考附图详述的以下描述后，本发明的进一步特征和优点将会出现，其中：

[0056] —图1是一种现有技术喷嘴的横截面图解视图；

[0057] —图2是另一现有技术喷嘴的横截面图解视图；

[0058] —图3是一种设置有现有技术保护罩的现有技术喷嘴的横截面图解视图；

[0059] —图4是图3的喷嘴和罩的透视图解视图；

[0060] —图5是在图3的罩中气体运动的横截面图解视图；

[0061] —图6是根据本发明一个实施例的保护罩的横截面图解视图；

[0062] —图7和图8是图6的罩的透视图；

[0063] —图9是根据本发明一个实施例的表面硬化装置的横截面图解视图；

[0064] —图10是根据本发明另一实施例的表面硬化装置的横截面图解视图；

[0065] —图11是根据本发明一个实施例的表面硬化系统的透视图解视图；

[0066] —图12是图11的部分E的放大图。

[0067] 为了清晰起见，相同或相似的元件在整个附图中标记有相同的附图标记。

[0068] 至少一个实施例的详细描述

[0069] 在图6到7中描述了一种用于实施对金属部件表面硬化的工艺的适于在喷嘴上的保护罩20。保护罩20旨用于在表面硬化工艺期间被放置在喷嘴和待要被表面硬化的金属部件部分之间，从而在待要被重建的金属部件部分周围形成密封外壳。

[0070] 该罩20包括在参考轴线22周围延伸的侧壁21。侧壁21具有绕参考轴线22的旋转对称性。侧壁21具有设置有开口24的上端23，喷嘴可插入到该开口内。开口23优选地在被附接到该侧壁的上端23的第一横向壁28中制成。侧壁24也具有设置有槽口26的下端25，其能够紧密地配合待要被重建金属部件的部分的形状。该槽口26优选地在被附接到该侧壁的下端25的第二横向壁29中制成。

[0071] 该保护罩还包括至少一个侧向气体进入端口31。在这种情况下，该保护罩包括两个气体进入端口31。这两个侧向气体进入端口31在该实施例中正好直径地相对。这个或这些侧向气体进入端口通过侧壁21制成。这个或这些侧向气体进入端口31能够在由该保护罩形成的外壳中喷射惰性气体。这个或这些侧向气体进入端口31优选地垂直或基本垂直于参考轴线延伸。

[0072] 侧壁21包括外表面27。该外表面27优选地为圆柱形。

[0073] 侧壁21还包括内表面30。该内表面30至少局部地为截锥形，即它包括至少一个相对于参考轴线的倾斜部分。更准确地，内表面30在侧向气体进入端口31和侧壁的下端25之间是截锥形。根据一个优选的实施例，内表面30是完全地截锥形。内表面30优选地相对于参考轴线倾斜，使得，当喷嘴插入到开口24内时，该喷嘴的外表面平行或基本平行于侧壁的内表面，即它相对于喷嘴的外表面倾斜多或少10°。为此，该侧壁的内表面优选地相对于参考轴线22倾斜一个在20和40°之间的角度。

[0074] 根据不同的实施例：

[0075] —侧壁21可由包括如图6所示的圆柱外表面和截锥内表面的单件壁形成，或[0076] —侧壁21可由圆柱形外环32和一个在该外环32中插入的插入件33形成，该插入件具有一个如图9和图10所示的截锥内表面。

[0077] 保护罩20也优选地包括围绕该侧壁的下端25的轨道34。轨道34在该侧壁的下端25周围径向地延伸。轨道34被至少一个额外端口35穿孔，用于喷射惰性气体。在该实施例中，轨道34被两个额外端口35穿孔，用于在金属部件上喷射惰性气体。这些额外端口35能够在保护罩以外但接近保护罩的金属部件的区域中在该金属部件上喷射惰性气体，从而加强保护免于氧化。每个额外端口35优选地平行于参考轴线22延伸。该保护罩优选地包括设置在每个额外端口前面的防波栅格36，使得从该端口退出的气体射流分散并且不强烈。因此改进保护该部件免于氧化。

[0078] 从而形成的保护罩因此可被放置，从而在插入到保护罩的开口24内的喷嘴顶端和插入到槽口26内的金属部件部分周围形成气密的外壳。惰性气体然后通过气体进入端口31被喷射在该密封外壳中。由于该侧壁的内表面30的形状，空气不能进入该外壳。金属部件因此可被表面硬化，同时被保护免于氧化。此外，惰性气体在该外壳周围通过额外端口35喷射，其进一步能够加强保护金属部件免于氧化。

[0079] 图9描述了根据本发明一个实施例的表面硬化装置37。该表面硬化装置37包括：

[0080] —例如可与参考图7到8所述的等同的保护罩。

[0081] —喷嘴1。该喷嘴1可例如与参考图2所述的等同。

[0082] 喷嘴1插入到保护罩20的上端25的开口23内。如图9所示，插入在保护罩20中的喷嘴1的部分的外表面43基本平行于该保护罩的侧壁21的内表面30，其能够减少在槽口26的边缘和插入到该槽口内的金属部件之间的连接点的空气扰动。基本平行意味着平行+/-10°。

[0083] 表面硬化装置37还包括设置在该喷嘴1和该保护罩20之间的密封设备38。这些密封设备38在喷嘴1和保护罩20之间提供密封，同时允许在这两个部件之间的运动。

[0084] 为此，该密封设备38包括：

[0085] —附接到该喷嘴1的第一套圈39；

[0086] —附接到该保护罩20的中间部件40；

[0087] —连接该第一套圈39和该中间部件40的O形环41。该O形环41允许在该第一套圈39和中间部件40之间以及因此在喷嘴1和保护罩20之间的运动。

[0088] 此外，该中间部件40由至少一个孔42穿孔，该孔被布置以能够绕该保护罩的参考轴线相对于喷嘴旋转。该孔优选地为香蕉形状。

[0089] 图10示出了根据本发明另一实施例的表面硬化装置37’。该表面硬化装置37’包括与表面硬化装置37类似的喷嘴1以及与参考图6到8所述的类似的保护罩，除侧壁21的内表面30不是完全截锥形之外，该内表面的仅一部分是截锥形。

[0090] 图11和12描述了一种根据本发明一个实施例的表面硬化系统44。该表面硬化系统44包括一种与参考图9所述的类似的表面硬化装置以及能够通过喷嘴1的中心管2发射激光束的激光发射设备45。保护罩20通过至少一个固定凸耳46被固定到激光发射设备45，在这种情况下，通过四个固定凸耳46。由于该保护罩到该激光发射设备的该固定以及由于允许在保护罩和喷嘴之间移动的密封设备的存在，该喷嘴可相对于由保护罩20和激光发射设备
45形成的组件移动，其能够使激光束与金属粉末的进入点对准。能够使保护罩相对于喷嘴旋转的槽口42可在图12中更好地看出。

[0091] 当然本发明并不限于参考附图所描述的实施例，并且可考虑替代方案，而不背离本发明的范围。