在表面重修工艺期间喷嘴的保护罩的制作方法
【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]一中心管2，激光通过该中心管喷射，
[0004]一外围管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]一所述侧壁可制成单件；或
[0021]一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]一喷嘴；
[0029]一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]一附接到所述喷嘴的第一套圈；
[0036]一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0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]一根据本发明第二方面的表面硬化装置；
[0042]一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]一激光发射设备，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]一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: