受控制的熱覆層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱覆層的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱噴射工藝用于制造金屬的和陶瓷的層，其中材料完全或至少部分地熔化。
[0003] 材料被注射到例如等離子體燃燒器的噴嘴中或在外部被注射。至少噴嘴因極其高 的等離子體溫度和粉末材料影響而磨損。這引起覆層工藝中的因磨損而引起的波動(dòng)，所述 波動(dòng)主要因燃燒器處的壓降引起。
[0004] 至今為止，所述波動(dòng)通過粉末質(zhì)量流的再控制來平衡，以便將葉片的期望的層重 量保持在公差帶中。
[0005] 然而這不是最佳的，因?yàn)橥ㄟ^提高粉末質(zhì)量流僅補(bǔ)償燃燒器處的壓降引發(fā)的功率 下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題。
[0007] 所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法來實(shí)現(xiàn)。
[0008] 在從屬權(quán)利要求中列出另外的有利的措施，所述措施能夠彼此任意地組合，以便 實(shí)現(xiàn)其他的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0009] 附圖示出：
[0010] 圖1至3示出現(xiàn)有技術(shù)的參數(shù)變化，
[0011] 圖4至9示出根據(jù)本發(fā)明的參數(shù)變化，
[0012] 圖10示出噴嘴，
[0013] 圖11、12示出溫度分布，
[0014] 圖13示出渦輪機(jī)葉片。
[0015] 附圖和描述僅示出本發(fā)明的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 覆層通過熱覆層工藝、如SPPS(溶液前驅(qū)體等離子噴涂）、HVOF(高速火焰熔射）、 APS (大氣等離子噴涂）、LPPS (低壓等離子噴涂）、VPS (真空等離子噴涂）、……來施加。 在此，在噴嘴中產(chǎn)生等離子體或火焰，其中材料通過噴嘴流入或者在噴嘴端部處流入。
[0017] 由于噴嘴處或覆層設(shè)備處的磨損，材料流特性改變進(jìn)而材料、尤其粉末的熔化程 度也改變。
[0018] 圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、在噴嘴30和電極36 (圖10)之間的電壓仏的示例的 變化。噴嘴30和電極之間的電壓Ub隨時(shí)間t下降并且隨后進(jìn)入飽和。在其他的噴嘴類型 中，電壓Ub在時(shí)間t上的連續(xù)下降或其他的變化也是可行的。
[0019] 與此相應(yīng)的是平均溫度T和平均材料流速度Vp(未示出）在時(shí)間上的變化。
[0020] 作為其效果，層重量m。隨時(shí)間下降（圖2)和/或孔隙度P (圖3)增加。
[0021] 因此，根據(jù)本發(fā)明，確定在熱覆層時(shí)、尤其在等離子體覆層或HVOF覆層時(shí)從噴嘴 30中出現(xiàn)的熔化的材料和/或等離子體或火焰的特性。
[0022] 在此確定目標(biāo)值Zl、Z2、Z3、如尤其噴嘴30和電極36之間的電壓Ub的目標(biāo)值或者 噴嘴30處的功率P的目標(biāo)值、材料流速度Vp、材料流42的溫度Tp和/或亮度分布H(x，y) 或溫度分布T (X，y)，其中H是材料流42中的顆粒Mxy的輻射功率或光強(qiáng)度。這通過測(cè)量?jī)x 器來進(jìn)行，所述測(cè)量?jī)x器經(jīng)由高溫測(cè)定法或CCD攝像機(jī)來確定量化數(shù)據(jù)。
[0023] 也就是說，如果在測(cè)量時(shí)確定偏差，那么推測(cè)出現(xiàn)磨損并且相應(yīng)地設(shè)定用于改變 目標(biāo)變量21、22、23的參數(shù)1?1、1?2、1?3，使得再次達(dá)到21、22、23的所期望的目標(biāo)值。
[0024] 目標(biāo)值（Z1, Z2, Z3)的控制經(jīng)由控制對(duì)變量（Rl，R2, R3)、在此即噴嘴30的電流強(qiáng)度 Ib、噴嘴30處的H2、Ar形式的初級(jí)氣體和/或次級(jí)氣體的流速的調(diào)整來進(jìn)行，通過所述控制 調(diào)整，可有針對(duì)性地設(shè)定目標(biāo)參數(shù)Zl、Z2、Z3。
[0025] 初級(jí)氣體是氬氣（Ar)和/或氦氣（He)，次級(jí)氣體例如是氫氣（H2)，所述初級(jí)氣體 和次級(jí)氣體流動(dòng)穿過噴嘴30。
[0026] 以Z1、Z2、Z3的、在此所使用的三個(gè)控制變量R1、R2、R3的最佳的理論狀態(tài)為出發(fā) 點(diǎn)，能夠使用一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)控制變量。
[0027] 從遵守目標(biāo)變量Zl、Z2、Z3的控制變量RU R2、R3出發(fā)，事先確定參數(shù)組K1、 K2、……，其中控制變量R1、R2、R3同時(shí)或部分地被提高（>1.0)或降低（〈1.0)或者保持恒 定（1. 〇)。
[0028] 1.0在此對(duì)于1?1、1?2、1?3為指定的值，8卩，所設(shè)定的值除以初始狀態(tài)1?1、1?2、……。
[0029] 數(shù)值I. 1 ;0. 9與此相應(yīng)地表示RU R2、……的相應(yīng)的提高或降低。
[0030]
[0031] 由于控制變量Rl、R2、R3的這種提高和/或變化，因此確定在此優(yōu)選三個(gè)所使用的 目標(biāo)變量Zl、Z2、Z3的改變的值：
[0032]
[0033] 值I. I ;0. 9 ;1. 0與此相應(yīng)地表示Zl、Z2、……的標(biāo)準(zhǔn)化的值的相應(yīng)的提高、降低 或不改變。
[0034] 目標(biāo)變量Zl、Z2、Z3、在此即顆粒溫度TP、電壓Ub、功率P、顆粒速度的變化與相應(yīng) 的噴嘴30相關(guān)。
[0035] 同樣可行的是，僅用RU R2、……的更高的（丨）和更低的（丨）數(shù)值來記錄數(shù) 據(jù)表格，也就是說，沒有控制變量的保持相同的值（_)。
[0036]
[0037] 同樣可行的是，不同大地構(gòu)成R1、R2、R3的更高（1.0)或更低（0.9)的值，并且確 定對(duì)于目標(biāo)變量Z1、Z2、Z3的作用：
[0038] Kl :R2按百分比計(jì)與RU R3相比具有更大的變化；K2 :R1按百分比計(jì)與R2、R3相 比具有更大的變化；K4 :R3按百分比計(jì)與Rl、R2相比具有更小的變化。
[0039]

[0040] 如果在Z1、Z2、Z3中出現(xiàn)偏差時(shí)，那么事先確定的這個(gè)參數(shù)組KU……用于控制。
[0041] 在Z1、Z2、……的值偏差時(shí)確定：Z1、Z2、Z3的何種組合K1、K2、……最接近偏差， 必要時(shí)執(zhí)行最佳擬合匹配，并且隨后將如此找到的該組合Κ1、Κ2、……的控制值R1、R2、R3 用于噴嘴30和電極36的進(jìn)一步的運(yùn)行，以便補(bǔ)償偏差。
[0042] 通過這種控制，葉片的層結(jié)構(gòu)、層厚度和層重量m。（圖6)以及孔隙度p(圖7)在 時(shí)間t上保持恒定。
[0043] 通過控制電流強(qiáng)度Ib (圖4)，功率P保持相對(duì)恒定（圖5)。這因此也可在顆粒速 度'和顆粒溫度的恒定值上看出來（未示出）。
[0044] 圖10示出噴嘴30,其中在噴嘴端部31處導(dǎo)入作為初級(jí)氣體的氬氣（Ar)、氦氣 (He)和/或作為次級(jí)氣體的氫氣（H2)并且在另一端部33處添加材料（Mx，y)。
[0045] 通過在電極36和噴嘴30之間施加電壓Ub，通過高能電弧產(chǎn)生等離子體，所述等離 子體形成等離子體火焰。
[0046] 同樣地，能夠在噴嘴30處控制氬氣A Ar (圖8)的氣體流速G以及氫氣力A3 (圖9)的氣體流速，以便實(shí)現(xiàn)所期望的結(jié)果，尤其對(duì)于電壓Ub而言。
[0047] 在圖11中示出沿著材料流42的出流方向z的溫度T (X，y)或亮度H(x，y)的分布 36。在此，存在最熱的內(nèi)部的芯39'和不那么熱的更靠外的區(qū)域39"、39"'。多個(gè)區(qū)域39'、 39"、39"'的存在在此關(guān)于溫度或亮度的連續(xù)的下降或變化僅是示意性的。
[0048] 圖12示出材料流42和其亮度分布H(x，y)或其溫度分布T(x，y)的側(cè)向的俯視圖。 在該側(cè)向的俯視圖中，對(duì)于y位置而言將沿X方向的亮度值相加。亮度H(x，y)通過針對(duì)部 位y沿著X方向的全部顆粒Mxy并且通過顆粒M xy的溫度T來確定，因?yàn)椴粌H區(qū)域39" '中 的外部顆粒輻射，而且區(qū)域39'中的內(nèi)部顆粒也向外放射并被檢測(cè)到。
[0049] 溫度T(x，y)僅通過區(qū)域39"'中的外部顆粒確定。
[0050] 也能夠經(jīng)由根據(jù)圖11或圖12的俯視圖確定面積J H(x, y) dxdy的積分值R并且 得到單一的積分的亮度值R。
[0051] 該數(shù)值R能夠用于控制。當(dāng)在該積分值R中確定到偏差時(shí)，進(jìn)行控制。
[0052] 同樣地，為了控制能夠確定在根據(jù)圖12或圖11的橫截面上的積分的溫度值R = I ' T(x, y)dxdy〇
[0053] 因此，該積分的、單數(shù)的數(shù)值R也為控制變量Z。
[0054] 同樣地，針對(duì)亮度分布H(x, y)或其溫度分布T(X，y)能夠在圖11、12的兩個(gè)圖像 之間在不同時(shí)間進(jìn)行圖形化的比較并且確定偏差。當(dāng)確定偏差時(shí)，同樣進(jìn)行控制。
[0055] 材料流的材料流速/;) μ在控制時(shí)在此優(yōu)選不改變。
[0056] 圖13在立體圖中示出流體機(jī)械的沿著縱軸線121延伸的轉(zhuǎn)子葉片120或?qū)蛉~ 片 130。
[0057] 所述流體機(jī)械能夠是飛機(jī)的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)或壓縮 機(jī)。
[0058] 葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有：固定區(qū)域400、鄰接于固定區(qū)域的葉片平 臺(tái)403以及葉身406和葉片梢部415。
[0059] 作為導(dǎo)向葉片130,葉片130能夠在其葉片梢部415處具有另一平臺(tái)（沒有示出）。
[0060] 在固定區(qū)域400中形成有用于將轉(zhuǎn)子葉片120、130固定在軸或盤（沒有示出）上 的葉片根部183。葉片根部183例如構(gòu)成為錘頭形。作為樅樹形根部或燕尾形根部的其他 設(shè)計(jì)方案是可行的。
[0061] 葉片120、130對(duì)于流過葉身406的介質(zhì)具有迎流棱邊409和出流棱邊412。
[0062] 在傳統(tǒng)的葉片120、130中，在葉片120、130的所有區(qū)域400、403、406中使用例如 實(shí)心的金屬材料、尤其是超合金。
[0