受控制的热覆层制造技术

通过组合地测量颗粒速度、颗粒温度、颗粒强度、燃烧器电压和其在公差范围中的控制，可行的是：尽管在覆层工艺中存在因磨损引起的波动但是将层重量保持恒定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】受控制的热覆层
本专利技术涉及一种热覆层的工艺。
技术介绍
热喷射工艺用于制造金属的和陶瓷的层，其中材料完全或至少部分地熔化。材料被注射到例如等离子体燃烧器的喷嘴中或在外部被注射。至少喷嘴因极其高的等离子体温度和粉末材料影响而磨损。这引起覆层工艺中的因磨损而引起的波动，所述波动主要因燃烧器处的压降引起。至今为止，所述波动通过粉末质量流的再控制来平衡，以便将叶片的期望的层重量保持在公差带中。然而这不是最佳的，因为通过提高粉末质量流仅补偿燃烧器处的压降引发的功率下降。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是解决上述问题。所述目的通过一种用于借助于喷嘴用材料流来热覆层的方法实现，其中将所述材料流的材料加热、部分熔化和/或熔化，其中测量或确定和控制如下目标变量中的至少一个：所述材料流的亮度分布；和/或电极和所述喷嘴之间的电压；和/或所述喷嘴的功率。在实施方式中列出另外的有利的措施，所述措施能够彼此任意地组合，以便实现其他的优点。附图说明附图示出：图1至3示出现有技术的参数变化，图4至9示出根据本专利技术的参数变化，图10示出喷嘴，图11、12示出温度分布，图13示出涡轮机叶片。附图和描述仅示出本专利技术的实施例。具体实施方式覆层通过热覆层工艺、如SPPS(溶液前驱体等离子喷涂)、HVOF(高速火焰熔射)、APS(大气等离子喷涂)、LPPS(低压等离子喷涂)、VPS(真空等离子喷涂)、……来施加。在此，在喷嘴中产生等离子体或火焰，其中材料通过喷嘴流入或者在喷嘴端部处流入。由于喷嘴处或覆层设备处的磨损，材料流特性改变进而材料、尤其粉末的熔化程度也改变。图1示出根据现有技术的、在喷嘴30和电极36(图10)之间的电压UB的示例的变化。喷嘴30和电极之间的电压UB随时间t下降并且随后进入饱和。在其他的喷嘴类型中，电压UB在时间t上的连续下降或其他的变化也是可行的。与此相应的是平均温度T和平均材料流速度vp(未示出)在时间上的变化。作为其效果，层重量mc随时间下降(图2)和/或孔隙度p(图3)增加。因此，根据本专利技术，确定在热覆层时、尤其在等离子体覆层或HVOF覆层时从喷嘴30中出现的熔化的材料和/或等离子体或火焰的特性。在此确定目标值Z1、Z2、Z3、如尤其喷嘴30和电极36之间的电压UB的目标值或者喷嘴30处的功率P的目标值、材料流速度vp、材料流42的温度Tp和/或亮度分布H(x,y)或温度分布T(x,y)，其中H是材料流42中的颗粒Mxy的辐射功率或光强度。这通过测量仪器来进行，所述测量仪器经由高温测定法或CCD摄像机来确定量化数据。也就是说，如果在测量时确定偏差，那么推测出现磨损并且相应地设定用于改变目标变量Z1、Z2、Z3的参数R1、R2、R3，使得再次达到Z1、Z2、Z3的所期望的目标值。目标值(Z1,Z2,Z3)的控制经由控制对变量(R1,R2,R3)、在此即喷嘴30的电流强度IB、喷嘴30处的H2、Ar形式的初级气体和/或次级气体的流速的调整来进行，通过所述控制调整，可有针对性地设定目标参数Z1、Z2、Z3。初级气体是氩气(Ar)和/或氦气(He)，次级气体例如是氢气(H2)，所述初级气体和次级气体流动穿过喷嘴30。以Z1、Z2、Z3的、在此所使用的三个控制变量R1、R2、R3的最佳的理论状态为出发点，能够使用一个、两个或三个控制变量。从遵守目标变量Z1、Z2、Z3的控制变量R1、R2、R3出发，事先确定参数组K1、K2、……，其中控制变量R1、R2、R3同时或部分地被提高(>1.0)或降低(<1.0)或者保持恒定(1.0)。1.0在此对于R1、R2、R3为指定的值，即，所设定的值除以初始状态R1、R2、……。数值1.1；0.9与此相应地表示R1、R2、……的相应的提高或降低。R1R2R3K11.11.11.1K21.11.01.0K31.11.01.1K41.11.00.9K50.90.90.9K60.91.11.0K7.........由于控制变量R1、R2、R3的这种提高和/或变化，因此确定在此优选三个所使用的目标变量Z1、Z2、Z3的改变的值：R1R2R3Z1Z2Z3K11.11.11.11.20.80.8K21.11.01.01.21.21.2K31.11.01.11.21.21.2K41.11.00.91.21.21.2K5..................值1.1；0.9；1.0与此相应地表示Z1、Z2、……的标准化的值的相应的提高、降低或不改变。目标变量Z1、Z2、Z3、在此即颗粒温度TP、电压UB、功率P、颗粒速度的变化与相应的喷嘴30相关。同样可行的是，仅用R1、R2、……的更高的(↑)和更低的(↓)数值来记录数据表格，也就是说，没有控制变量的保持相同的值(-)。R1R2R3Z1Z2Z3K11.11.11.11.20.80.8K81.11.10.81.21.21.3K91.10.91.11.21.11.1K100.91.10.91.21.21.2K11······同样可行的是，不同大地构成R1、R2、R3的更高(1.0)或更低(0.9)的值，并且确定对于目标变量Z1、Z2、Z3的作用：K1：R2按百分比计与R1、R3相比具有更大的变化；K2：R1按百分比计与R2、R3相比具有更大的变化；K4：R3按百分比计与R1、R2相比具有更小的变化。R1R2R3Z1Z2Z3K121.11.21.11.10.90.9K131.21.11.11.11.41.2K141.11.11.11.11.11.1K151.11.00.81.11.11.1如果在Z1、Z2、Z3中出现偏差时，那么事先确定的这个参数组K1、……用于控制。在Z1、Z2、……的值偏差时确定：Z1、Z2、Z3的何种组合K1、K2、……最接近偏差，必要时执行最佳拟合匹配，并且随后将如此找到的该组合K1、K2、……的控制值R1、R2、R3用于喷嘴30和电极36的进一步的运行，以便补偿偏差。通过这种控制，叶片的层结构、层厚度和层重量mc(图6)以及孔隙度p(图7)在时间t上保持恒定。通过控制电流强度IB(图4)，功率P保持相对恒定(图5)。这因此也可在颗粒速度vp和颗粒温度的恒定值上看出来(未示出)。图10示出喷嘴30，其中在喷嘴端部31处导入作为初级气体的氩气(Ar)、氦气(He)和/或作为次级气体的氢气(H2)并且在另一端部33处添加材料(Mx,y)。通过在电极36和喷嘴30之间施加电压UB，通过高能电弧产生等离子体，所述等离子体形成等离子体火焰。同样地，能够在喷嘴30处控制氩气(图8)的气体流速以及氢气(图9)的气体流速，以便实现所期望的结果，尤其对于电压UB而言。在图11中示出沿着材料流42的出流方向z的温度T(x,y)或亮度H(x,y)的分布36。在此，存在最热的内部的芯39'和不那么热的更靠外的区域39”、39”'。多个区域39'、39”、39”'的存在在此关于温度或亮度的连续的下降或变化仅是示意性的。图12示出材料流42和其亮度分布H(x,y)或其温度分布T(x,y)的侧向的俯视图。在该侧向的俯视图中，对于y位置而言将沿x方向的亮度值相加。亮度H(x,y)通过针对部位y沿着x方向的全部颗粒Mxy并且通过颗粒Mxy的温度T来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于借助于喷嘴(30)用材料流(42)、尤其用粉末流来热覆层的方法，其中将所述材料流(42)的材料(Mxy)加热、部分熔化和/或熔化，尤其借助于等离子体或火焰来加热、部分熔化和/或熔化，其中测量或确定和控制如下目标变量(Z1,Z2,Z3,...)中的至少一个：所述材料流(42)的材料流速度(vp)；和/或所述材料流(42)的温度分布(T(x,y)；∫T(x,y)dxdy)或亮度分布(H(x,y)；∫H(x,y)dxdy)；和/或电极(36)和所述喷嘴(30)之间的电压(UB)；和/或所述喷嘴(30)的功率(P)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.22 EP 13152230.21.一种用于借助于喷嘴(30)用材料流(42)来热覆层的方法，其中将所述材料流(42)的材料(Mxy)加热、部分熔化和/或熔化，其中测量或确定和控制如下目标变量(Z1,Z2,Z3):所述材料流(42)的亮度分布(H(x,y)；∫H(x,y)dxdy)；或者所述材料流(42)的亮度分布(H(x,y)；∫H(x,y)dxdy)和电极(36)和所述喷嘴(30)之间的电压(UB)；或者所述材料流(42)的亮度分布(H(x,y)；∫H(x,y)dxdy)和所述喷嘴(30)的功率(P)；或者所述材料流(42)的亮度分布(H(x,y)；∫H(x,y)dxdy)和所述电极(36)和所述喷嘴(30)之间的电压(UB)和所述喷嘴(30)的功率(P)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料流是粉末流。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述喷嘴(30)和所述电极(36)之间的电流强度(IB)和/或将所述喷嘴(30)的气体流速作为控制变量(R1,R2,R3)来改变，以便将所述目标变量(Z1,Z2,Z3)、如所述材料流(42)的所述亮度分布(H(x,y)；∫H(x,y)dxdy)或所述喷嘴(30)处的所述电压(UB)或所述喷嘴(30)处的所述功率(P)保持在特定的公差范围中或保持恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗尔夫·维尔肯赫纳，卡斯滕·巴罗茨基，马里奥·费尔克尔，萨沙·马丁·基耶克，约翰内斯·里希特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE