本發(fā)明涉及一種用于使用等離子噴涂過程對凹面或凸面形狀的腔中的旋轉(zhuǎn)對稱、不對稱或自由形式表面進(jìn)行內(nèi)部涂覆的等離子炬頭。在內(nèi)部涂覆中，配備有附接到涂覆噴槍的炬頭的涂覆噴槍被插入待涂覆的部件中，并且對該部件的腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)對稱、不對稱或自由形式表面進(jìn)行涂覆。為了對非旋轉(zhuǎn)對稱部件中的這些表面進(jìn)行涂覆，使其上附接有炬頭的噴槍旋轉(zhuǎn)，而為了對旋轉(zhuǎn)對稱部件中的這些表面進(jìn)行涂覆，僅使部件本身旋轉(zhuǎn)或者使噴槍和待涂覆的部件兩者旋轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
1、用于施加電弧絲或等離子內(nèi)部涂層的等離子炬頭是眾所周知的，并且在工業(yè)中使用，例如用于對活塞發(fā)動機(jī)的孔口進(jìn)行涂覆。常見的涂覆噴槍由旋轉(zhuǎn)涂覆噴槍組成，其中炬頭附接到該旋轉(zhuǎn)涂覆噴槍或整合到一個端部中。在炬頭中，等離子射流由陽極與陰極之間的電弧以及等離子氣體生成。等離子射流熔融注入的粉末顆粒或絲。熔融的顆粒被等離子射流加速，撞擊待涂覆的表面(基底)，并在基底上形成層。在內(nèi)部涂覆過程中，等離子射流在孔口或腔的徑向上從炬頭朝向基底行進(jìn)。在涂覆期間，涂覆噴槍與孔口軸線同心地或偏心地旋轉(zhuǎn)，并且沿著孔口的軸線連續(xù)地上下移動。這導(dǎo)致涂層以螺旋運(yùn)動施加至基材。由于就對活塞發(fā)動機(jī)的氣缸孔口進(jìn)行涂覆而言，炬頭需要被插入具有在40mm至110mm范圍內(nèi)的直徑的孔口中，所以需要以緊湊的方式構(gòu)建炬頭以確保炬頭與孔口表面之間的足夠的噴涂距離。對于用于使用粉末作為涂覆材料的等離子噴涂過程的等離子炬尤其如此，因?yàn)榕c用于電弧絲噴涂的炬相比，這些等離子炬更復(fù)雜并且因此相對于陰極的軸線更長。
2、如us4970364中概述的現(xiàn)有技術(shù)方法通過沿著孔口的軸向生成等離子射流，并且隨后使用噴嘴使其從孔口的軸向偏轉(zhuǎn)45°來解決該挑戰(zhàn)。炬頭相對于孔口軸線的這種軸向構(gòu)型為等離子生成提供了更大的長度，并且因此為炬頭提供了更大的可用體積并且允許使用長陰極?？梢匀菀椎貙?shí)現(xiàn)向此類炬頭的介質(zhì)供應(yīng)，并且由于構(gòu)造的長度而簡化了冷卻。這種構(gòu)造的缺點(diǎn)是，等離子射流只能相對于孔口軸線偏轉(zhuǎn)有限的角度。在us4970364中描述的解決方案中，待涂覆的孔口的軸線與等離子射流之間的角度被限制為小于45°。使用這種類型的等離子炬產(chǎn)生的層表現(xiàn)出不期望的特性，諸如增加的孔隙率和嵌入所施加的涂層中的未熔融顆粒。這些不期望的特性是由噴嘴內(nèi)的等離子射流的偏轉(zhuǎn)引起的等離子射流內(nèi)的湍流引起的。此外，由于孔口表面與等離子射流之間的高角度，涂覆過程的效率降低，因?yàn)檩^高比例的涂覆顆粒從孔口表面跳彈而不是粘附到孔口表面。等離子射流通過噴嘴的偏轉(zhuǎn)還導(dǎo)致炬頭的顯著磨損，并且因此導(dǎo)致炬頭的噴嘴的短壽命。
3、wo?2018/219497?a1通過使用已知的炬頭解決了這個問題，該炬頭生成幾乎垂直于孔口表面的等離子射流。等離子射流相對于孔口軸線在徑向上生成，并且朝向孔口表面離開炬頭的前表面。炬頭借助于彎曲的中間件附接到噴槍，該噴槍與孔口軸線同心地被引導(dǎo)。為了針對待涂覆的不同孔口尺寸保持炬頭的前表面與待涂覆的表面之間的噴涂距離恒定，炬頭相對于噴槍的偏心度可以通過使用不同的中間件來影響，這些中間件中的每個中間件在噴槍的軸線之間以及因此在孔口的軸線與炬頭的前表面之間產(chǎn)生不同的偏移。在上述公開中，通過應(yīng)用適當(dāng)?shù)闹虚g件來實(shí)現(xiàn)針對不同孔口直徑的在炬頭的前表面與孔口表面之間的最佳噴涂距離。因?yàn)榫蛍o?2018/219497a1而言，等離子射流幾乎垂直于孔口表面，所以與us4970364中所示的解決方案相比，可以改善層的質(zhì)量和涂覆過程的效率，并且可以減少噴嘴磨損。然而，等離子射流在炬頭中相對于孔口軸線的徑向生成導(dǎo)致設(shè)計限制。由于等離子射流對中在旋轉(zhuǎn)對稱陰極的軸線上，并且由于陰極相對于孔口的軸線徑向地延伸，因此陰極必須被構(gòu)造成相應(yīng)地短以確保甚至在小孔口中也具有最佳噴涂距離。如果炬頭需要被插入直徑為40mm至45mm的孔口中，尤其如此。針對炬頭的上述構(gòu)造，熱應(yīng)力和重復(fù)的開關(guān)循環(huán)導(dǎo)致電壓波動和炬頭的部件之間的氣體泄漏。這些磨損現(xiàn)象是由使用螺紋緊固到陰極保持器的陰極的松動以及絕緣環(huán)與絕緣板之間和/或陰極保持器與陰極之間的氣體泄漏引起的。發(fā)明人已經(jīng)觀察到，除了上述效果之外，表面粗糙度和存在于表面尖端上的結(jié)構(gòu)的取向影響等離子噴涂過程期間的電壓波動。在該現(xiàn)有技術(shù)方法中使用的陰極顯示出橫向于陰極的旋轉(zhuǎn)對稱軸線的溝槽和由于制造過程而高于或等于ra?0.4的表面粗糙度。表面粗糙度，特別是陰極的橫向溝槽導(dǎo)致電壓波動，這在陰極的工作壽命期間加劇。增加的電壓波動導(dǎo)致不期望的層特性，諸如增加的孔隙率。氣體泄漏在等離子中引起不希望的湍流，該湍流在所生成的層中是能夠檢測到的。
4、發(fā)明目的
5、本發(fā)明的目的是形成針對用于內(nèi)部涂覆的等離子涂覆噴槍的炬頭，與wo?2018/219497a1中所示的解決方案相比，該炬頭在200rpm至800rpm下表現(xiàn)出減小的電壓波動和較長的壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的通過具有根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1所述的特征的炬頭來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的特別有利的實(shí)施方案。本發(fā)明的炬頭的特征在于陰極，該陰極的尖端具有小于或等于ra?0.2μm的表面粗糙度，并且優(yōu)選地設(shè)置有相對于陰極軸線呈軸向的溝槽。陰極使用自鎖spiralock螺紋固定在陰極保持器中，該陰極保持器具有用于等離子氣體的倒圓入口通道。陰極保持器與陰極之間的氣密性通過配備有o型環(huán)的絕緣體實(shí)現(xiàn)。
2、上述特征導(dǎo)致炬頭的整個壽命期間的電壓波動減小以及壽命延長。陰極尖端的低表面粗糙度、陰極的尖端上的軸向溝槽以及防止陰極變得松動減小了電壓波動并增加了炬頭的壽命。另外，絕緣體與陽極之間的氣體密封以及等離子氣體的優(yōu)化流入導(dǎo)致炬頭的壽命增加并且導(dǎo)致等離子的湍流減少。
1.一種用于使用等離子噴涂過程對部件的旋轉(zhuǎn)對稱、不對稱或自由形式表面-凹面或凸面形狀的腔進(jìn)行內(nèi)部涂覆的炬頭，待涂覆的表面之間的距離大于或等于40mm，所述炬頭包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炬頭，其特征在于，所述陰極保持器(213)和/或所述陰極(217)包括自鎖螺紋。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求1和2所述的炬頭，其特征在于，等離子氣體在所述陰極的關(guān)于噴槍的軸向來看在所述陰極的旋轉(zhuǎn)對稱軸線上方的孔口(303)中的出口速率低于在中心下方的孔口中的出口速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炬頭，其特征在于，所述陰極尖端(305)包括在所述陰極的軸向上的溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的炬頭，其特征在于，所述陰極(217)與所述陽極(205)之間的氣密性通過o型環(huán)、優(yōu)選若干o型環(huán)且特別優(yōu)選通過兩個o型環(huán)來確保。
6.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的炬頭的方法，其特征在于，小于或等于ra?0.2的表面粗糙度是在所述陰極尖端(305)的生產(chǎn)期間實(shí)現(xiàn)的。
7.用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求4和6中任一項(xiàng)所述的炬頭的方法，其特征在于，在所述陰極尖端的所述軸向上延伸的溝槽是在所述陰極尖端(305)的所述生產(chǎn)期間引入的。
8.用于制造根據(jù)前述權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的炬頭的方法，其特征在于，所述陰極保持器(213)是借助于增材制造過程、優(yōu)選通過逐層構(gòu)造來制造的。