CN105358246A - 用于对管形结构件或其他封闭结构件的内表面进行热处理的装置 - Google Patents

Abstract

一种热处理装置，该热处理装置用于对目标结构件的纵向延伸腔的内表面进行热处理，该热处理装置具有加工头，该加工头包括纵向延伸的中央支承构件以及从中央支承构件横向突出的远端端盖和近端端盖。每个端盖具有多个孔口，所述多个孔口构造成分别接纳长形等离子体弧光灯的远端和近端并且将等离子体弧光灯定位成沿着中央支承构件纵向延伸并且围绕中央支承构件横向延伸，从而将由等离子体弧光灯总体发射的辐射从加工头大致径向向外导向。加工头还包括冷却剂路径，该冷却剂路径具有与等离子体弧光灯热连通的热交换区域以及与热交换区域流体连通的冷却剂供给管道和冷却剂返回管道。

Description

用于对管形结构件或其他封闭结构件的内表面进行热处理的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年5月28日提交的美国临时专利申请No.61/828,102的优先权，上述申请的内容通过参引在此并入。本申请还要求于2013年11月26日提交的美国专利申请No.14/090,885的优先权，上述申请的内容通过参引在此并入。

技术领域

本公开内容总体上涉及用于对封闭结构件——例如管——的内表面进行热处理的装置。

背景技术

通常在管和其他封闭结构件的内表面上执行热处理以提高结构件的某些机械特性，如增大的耐腐蚀性和表面强度。例如，镀层或涂层可以沉积在管子的内表面上并且通过施加来自高密度热源的热结合至管。适用于这样的热处理的已知的高密度热源包括焊枪、大功率激光发射器、以及电钨丝加热器。已知的焊枪和激光发射器一次仅能够处理内表面的相对小的部分，由此导致热处理是相对慢且低效的。电钨丝加热器通常是体积大的并且不能对具有小腔的封闭结构件如小直径的管的内表面进行热处理。

已经提出一种作为热源用于对管和其他封闭结构体进行热处理的等离子体弧光灯。特别地，Sherman等的PCT申请PCT/US2012/028655公开了一种包括单个红外线等离子体弧光灯的装置，该单个红外线等离子体弧光灯安装在反射器罩壳内部，反射器罩壳具有使由等离子体弧光灯产生的热朝向管的内表面的一部分引导的排热开口。与其他已知的管热处理技术类似，Sherman等公开的装置仅能一次处理管表面的相对小的部分，从而导致热处理过程缓慢且低效。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种用于对目标结构件的纵向延伸腔的内表面进行热处理的热处理装置。该热处理装置具有加工头，该加工头包括纵向延伸的中央支承构件以及从中央支承构件横向突出的远端端盖和近端端盖。每个端盖具有多个孔口，所述多个孔口构造成分别接纳长形的等离子体弧光灯的远端和近端并且将等离子体弧光灯定位成纵向上沿着中央支承构件延伸并且横向上围绕中央支承构件定位，从而将由等离子体弧光灯总体发射的辐射从加工头大致径向向外导向。加工头还包括冷却剂路径，该冷却剂路径具有与等离子体弧光灯热连通的热交换区域以及与热交换区域流体连通的冷却剂供给管道和冷却剂返回导管。

该热处理装置还可以包括冷却剂分配组件，冷却剂分配组件联接至加工头并且冷却剂分配组件包括与加工头的冷却剂供给管道流体连通的冷却剂供给管道以及与加工头的冷却剂返回管道流体连通的冷却剂返回管道。可以设置有将加工头以可拆卸的方式联接至冷却剂分配组件的连接器。

目标结构件可以为筒形管，并且在这种情况下，远端端盖和近端端盖的多个孔口成圆形阵列构造，从而使得等离子体弧光灯成圆形阵列围绕中央支承构件横向延伸。更具体地，近端端盖和远端端盖的多个孔口可以沿着圆形阵列均匀地间隔开。甚至更具体地，远端端盖和近端端盖可以各自包括用于接纳至少三个等离子体端盖的至少三个孔口。

加工头还可以包括多个流管，所述多个流管各自安装至端盖并且在端盖之间且围绕一个等离子体弧光灯延伸。每个热交换区域为由流管的内表面和流管内的等离子体弧光灯的外表面限定的环形通道。流管中的至少一个流管可以包括反射涂层，该反射涂层定位成从加工头沿径向向外的方向反射由至少一个流管内的等离子体弧光灯产生的辐射。

冷却剂供给管道可以延伸穿过中央支承构件，在这种情况下，冷却剂路径还包括冷却剂供给歧管和冷却剂排出歧管，冷却剂供给歧管位于远端端盖内部并且与冷却剂供给管道的出口端以及环形通道中的每个环形通道的入口端流体连通，冷却剂排出歧管位于近端端盖内部并且与环形通道中的每个环形通道的出口端以及冷却剂返回管道流体连通。

附图说明

附图示出了一个或更多个示例实施方式，在附图中：

图1是根据一个实施方式的热处理装置的立体图，其中，该热处理装置具有冷却剂分配组件和在近端处联接至冷却剂分配组件的加工头；

图2(a)是加工头的立体图，其中，加工头包括支承和冷却子组件以及安装在支承和冷却子组件的流管内的等离子体弧光灯的阵列；

图2(b)至图2(c)是支承和冷却子组件的组装立体图和分解立体图；

图2(d)是位于管内部的加工头的一部分的纵向截面图；

图2(e)至图2(f)是支承和冷却子组件的部件的立体图和远端视图，并且图2(g)是沿图2(f)中所示线A-A截取的支承和冷却子组件的部件的纵向截面图；

图2(h)至图2(j)是加工头的横截面图、远端视图以及近端视图；

图3(a)至图3(c)是冷却剂分配组件的立体图和前端视图，其中，图3(b)是图3(a)中圈起来的冷却剂分配组件的远端的放大图。

图3(d)是冷却剂分配组件的纵向截面图。

图4是热处理装置的一部分的纵向截面图，示出了加工头与冷却剂分配组件之间的相互连接。

具体实施方式

方向性术语如“近”、“远”、“纵向”、以及“横向”在以下描述中仅用于提供相对参照的目的，并非意在表明对任何物体在使用期间如何定位、或如何安装在组件中或相对于环境如何安装的任何限制。

本文描述的实施方式涉及用于对目标结构件的长形腔的一个或更多个内表面进行热处理、并且特别地对具有纵向延伸腔的管形结构件或其他封闭结构件的内表面进行热处理的热处理装置。能够使用所述实施方式的一种应用是将涂层结合至管的内表面上。热处理装置包括具有作为热源的高强度热灯如等离子体弧光灯的阵列的加工头；等离子体弧光灯纵长地(即，纵向地)布置在加工头上以允许当加工头插入腔时等离子体弧光灯纵长地定位在封闭结构件的纵向延伸腔中。此外，等离子体弧光灯围绕加工头的中央支承构件横向定位成大体遵循目标腔的截面轮廓的构型，并且这允许等离子体弧光灯从加工头沿大致径向方向总体发射辐射。在一个实施方式中，热处理装置构造成对具有筒形腔的管形结构件(即，筒形管)进行热处理，并且具有以如下方式布置的等离子体弧光灯的阵列：等离子体弧光灯的阵列沿纵向延伸并且具有遵循筒形腔的圆形横截面的周向间隔开的横向构型，并且允许每个等离子体弧光灯相对紧密地靠近筒形腔的内表面定位。这种构型应允许加工头在腔的长度小于或等于由灯产生的等离子体弧光的长度时同时处理整个筒形腔，因为加工头可以围绕筒形腔的整个圆周同时进行热处理。预计这会减少加工时间并且提升效率。对于比等离子体弧光的长度更长的筒形腔而言，加工头可以对筒形腔的纵长部段进行处理，期间，加工头和筒形腔沿着纵向轴线相对于彼此平移；重复执行。

参照图1并且根据一个实施方式，热处理装置10特别地构造成对具有筒形腔的封闭的管形结构件如筒形管80进行热处理，然而，热处理装置10也可以用于对具有非筒形纵向腔的封闭结构件进行热处理。热处理装置10包括两个主要部件，即，加工头20和冷却剂分配组件50，加工头20包括用于加热封闭结构件的内表面的多个等离子体弧光灯12，冷却剂分配组件50用于机械支承并且将冷却剂给送至加工头20。加工头20通过机械连接器36物理联接至冷却剂分配和支承组件50。冷却剂可以是去离子水或本领域已知的其他合适的(不导电的)液体冷却剂。

加工头20具有大致长形形状，并且特别具有构造成允许加工头20沿着其纵向轴线在封闭结构件的目标腔内平移的截面轮廓；在该实施方式中，加工头20具有直径小于筒形管80的内径的大致圆形截面轮廓。管80可以通过支架(未示出)固定就位，并且平移装置(未示出)如有轮的推车可以支承装置10并且使加工头20沿着管80的纵向轴线相对于管80移动。替代性地，装置10可以固定至支架(未示出)，并且管80可以安装在平移装置(未示出)上，该平移装置可以使管沿着管80的纵向轴线相对于加工头20移动。

参照图2(a)至图2(g)，加工头20包括支承和冷却子组件21以及安装在支承和冷却子组件21上的多个等离子体弧光灯12。在该实施方式中的每个等离子体弧光灯12是密封气体型等离子体弧光灯；然而，也可以使用其他等离子体弧光灯或其他相当的高热强度灯。密封气体的等离子体弧光灯12包括管形气体室以及第一电极(例如，阳极)和第二电极(例如，阴极)，第一电极和第二电极安装在气体室的每一端使得电极在气体室内间隔开并且面向彼此。在该实施方式中的气体室由石英材料构成并且电极以在气体室内建立气体密封的方式安装至气体室；气体室内容纳有加压气体如氙、氩、氪或氖。该设计的许多合适的等离子体弧光灯是市场上可购获的并且包括由Ushio和Heraeus生产的等离子体弧光灯。所述合适且市场上可购获的等离子体弧光灯通常具有在两个电极之间的10mm与450mm之间或更大的间隙以及在2bar与7bar之间的或更大的内压，并且产生在约25kW或更大的范围内的输出。每个等离子体弧光灯通过下述方式操作：在电极之间施加足够的电势以使石英气体室内的加压气体离子化，由此产生主要在红外光谱、可见光谱、UV光谱中的电磁辐射，该电磁辐射辐射出等离子体弧光灯并且在与管80表面接触时产生热。所图示的实施方式以围绕加工头20均匀间隔开的六个弧光灯12为特征；然而，热处理装置10可以基于比如待处理的管80的直径、期望的热输出之类的因素包括不同数量的弧光灯21。弧光灯21可以围绕加工头20均匀或非均匀地间隔开，只要弧光灯21围绕加工头20的分布对于弧光灯21而言足以总体产生从加工头20径向向外辐射的电磁辐射(“加工头辐射轮廓”)即可；如能够在图2(h)中可见的，由每个等离子体弧光灯21发射的辐射(在图2(h)中示出为放射状的辐射线)彼此交叠并且总体形成到达内管表面80的整个圆周的加工头辐射轮廓。当对筒形管的内部进行热处理时，期望的是三个或更多个等离子体弧光灯足以使得加工头20能够产生包括沿大致径向向外的方向辐射的辐射的加工头辐射轮廓。更具体地，期望的是围绕加工头20均匀地间隔开的三个等离子体弧光灯21将通过充分交叠产生单个辐射轮廓从而使得管的整个内表面将被处理。而无论加工头20是否具有三个或更多个等离子体弧光灯，加工头20的旋转仍可以有助于提供表面的均匀且彻底的热处理。

中央支承和冷却子组件21包括：纵向延伸且大致管形的冷却剂供给管道22(参见图2(e))；一对端盖组件(本文中被称为“远端端盖”24和“近端端盖”25)，所述一对端盖组件安装在冷却剂供给管道22的每一端处并且从中央管道22径向向外延伸；以及一系列管形冷却剂流管29，所述一系列管形冷却剂流管29安装至端盖24、25并且在端盖24、25之间纵向地且围绕冷却剂供给管道22周向地延伸。如能够在图2(c)和图2(d)中可见的，每个等离子体弧光灯12的端部安装至端盖24、25使得每个等离子体弧光灯12延伸穿过流管29并且环形通道33限定在等离子体弧光灯12的外表面与冷却剂流管29的内表面之间；该环形通道33用作热交换区域，在热交换区域中，冷却剂可以流过该热交换区域并且冷却等离子体弧光灯12的气体室壁(通过吸收热)。每个冷却剂流管29由二氧化硅[又称为硅石或石英]材料、或对可见光谱、以及接近UV的光谱和红外光谱相对透明的另一材料构成，以允许由离子化的等离子体发射的辐射穿过冷却剂流管并且到达管80，并且是机械上足够坚固耐用的以承受由热处理装置10的操作引起的热应力和机械应力。

如能够在图2(e)中可见的，冷却剂供给管道22包括直径不同的一对管形部段(“第一管形部段和第二管形部段”22a、22b)，所述一对管形部段通过近端端盖25的第一凸缘30物理地且流体地联接在一起(尽管第一凸缘30和凸缘基部26a在结构上结合到冷却剂供给管道22中，但是第一凸缘30和凸缘基部26a用作近端端盖25和远端端盖24的部件，并且在下文中将描述为形成端盖24、25的部件的组件的一部分)。冷却剂供给管道22的内部限定了冷却剂供给路径35，在冷却剂供给路径35中，液体冷却剂可以从第二管形部段22b的入口端口22c流动至每个等离子体弧光灯12的热交换区域33。第一管形部段22a具有比第二管形部段22b大的直径并且也用作结构构件以支承加工头20中的等离子体弧光灯12。

远端端盖24安装在第一管形部段22a的远端处而近端端盖25安装在第一管形部段22a的近端处。远端端盖24用作用于每个等离子体弧光灯12的阳极端的物理支架和电接地板，并且用作用于使冷却剂从冷却剂供给管道22流动至每个等离子体弧光灯12的热交换区域33中的冷却剂供给歧管。近端端盖25用作用于每个等离子体弧光灯12的阴极端的物理支架，用作用于使冷却剂从每个等离子体弧光灯12的热交换区域33流动出加工头20的冷却流排出歧管，并且用作允许连接器36将冷却用冷却剂分配组件50连接至加工头20的安装基部。

远端端盖24为包括筒形凸缘26以及安装至凸缘26的边沿端部的覆盖件28的组件。凸缘26包括环形凸缘基部26a，环形凸缘基部26a与第一管形部段22a同轴地安装使得凸缘基部26a的中央孔口26b与冷却供给管道22的远端开口对准。凸缘基部26a还具有围绕中央孔口26b周向地间隔开的多个弧光灯孔口26c。流管29的远端安装至远端端盖24使得每个流管29的开口与弧光灯孔口26c对准。更具体地，每个流管29的远端插入穿过对应的灯孔口26c并且通过流管29上的抵靠环形凸缘基部26a的环形肩部(如图2(d)中所示)固定就位；每个弧光灯孔口26c内的O形环(图2(d)中所示)提供凸缘26与流管29之间的液体密封。如能够在图2(g)和图2(i)中最清楚可见的，凸缘26具有从凸缘基部26a的外边缘垂直地延伸并且以圆形边沿端部终止的大致筒形部26d。凸缘26安装至冷却剂供给管道22使得凸缘的边沿端部面向远端方向。远端端盖覆盖件28通过螺钉23a安装至凸缘26的边沿端部；由凸缘26和覆盖件28限定的内部空间是冷却流体供给歧管26e。密封件27位于覆盖件28与凸缘26之间以建立用于冷却歧管26e的液体密封。覆盖件28包括多个弧光灯孔口28a，所述多个弧光灯孔口28a在覆盖件28通过螺钉23a紧固至凸缘26(如能够在图2(c)中可见的)时与凸缘基部26a的弧光灯孔口26c对齐。每个弧光灯12的远端延伸穿过每组对准的弧光灯孔口28a/26c并且通过密封螺母、O形环和垫圈(总体被称为“紧固件”23b并且在图2(c)中示出)固定至凸缘26。更具体地，密封螺母在外侧带有螺纹并且具有接纳等离子体弧光灯12的远端的孔，并且当密封螺母旋拧至弧光灯孔口28a中时，密封螺母使得O形环推靠凸缘26由此产生液体密封并且将等离子体弧光灯12保持就位。

覆盖件28还包括从覆盖件28的中央部向远端突出的电连接端子28b。电导体线缆31将每个等离子体弧光灯12的阳极端部电联接至电连接端子28b。包括凸缘26、覆盖件28以及紧固件23的远端端盖24由导电材料构成，由此允许远端端盖24用作等离子体弧光灯12的接地板。此外，冷却剂供给管道22的管形部段和凸缘30两者由导电材料构成。因此，限定了从每个等离子体弧光灯12的阳极经过接地板并且经过冷却剂供给管道22至加工头20的近端连接器端部的连续的电路径。如将在下面更详细地描述的，冷却剂分配组件50包括导电路径，该导电路径在一端处电联接至加工头20中的连续的电路径，并且在另一端处电联接至地面，并且电源(未示出)电联接至每个等离子体弧光灯12的阴极端，由此形成了电路，该电路在应用来自电源的电流时产生施加在每个等离子体弧光灯12的电极两端的电压差。

近端端盖25是包括通过一对螺钉23a同轴对准且连接在一起的第一凸缘30、隔热罩32、以及第二凸缘34的组件。第一凸缘30是具有中央孔口以及围绕中央孔口在周向上间隔开的多个弧光灯孔口30d的环形板。第一凸缘30附接至第一管形部段22a使得第一凸缘的中央孔口与冷却剂供给管道22流体连通，并且第一凸缘的弧光灯孔口30d与远端端盖24的弧光灯孔口对准。类似于远端端盖24，设置了紧固件23b，每个紧固件23b包括用于固定和建立每个等离子体弧光灯12的近端与近端端盖25之间的液体密封的密封螺母、O形环和垫圈。隔热罩32也是环形板，该环形板具有与冷却剂供给管道22的近端开口对准的中央孔口以及围绕中央孔口周向地间隔开并且与第一凸缘30的弧光灯孔口30d对准的一系列弧光灯孔口。隔热罩32由陶瓷或可以反射或承受由等离子体弧光灯12发射的大量辐射的另外的材料构成。最后，第二凸缘34为包括轴向延伸的中央孔以及一系列纵向延伸弧光灯管道34a的大致筒形本体，所述轴向延伸中央孔与冷却剂供给管道22的近端对准，所述一系列纵向延伸弧光灯管道34a围绕中央孔周向地间隔开并且与隔热罩32和第一凸缘30的弧光灯孔口对准。第二凸缘34也具有安装管34b，该安装管34b从筒形本体的近端纵向地延伸并且与中央孔同轴地对准。第二凸缘34可以由塑料、陶瓷、或其他不导电材料构成。

冷却剂供给管道22的第二管形部段22b纵向且同轴地延伸穿过第二凸缘的安装管34b；安装管34b的内径和第二管形部段22b的外径选择成使得环形冷却剂返回通道37限定在安装管34b与第二管形部段22b之间并且终止于冷却剂排出端口34c处。第二凸缘34的筒形本体的一部分是中空的并且用作冷却剂排出歧管39，该冷却剂排出歧管39用于使从每个等离子体弧光灯12的热交换区域33返回的冷却剂流动并且经由冷却剂返回通道37离开加工头20。连接器36附接至安装管34b的近端(“加工头连接器端部”)并且构造成以可拆卸的方式联接至冷却剂分配和支承组件50的连接端部。

如能够在图2(c)和图2(j)中可见的，第二凸缘34的近端包括一系列弧光灯孔口，所述一系列弧光灯孔口与弧光灯管道34a对准使得每个弧光灯12的阴极端从近端端盖25突出。远端端盖24和近端端盖25构造成使得弧光灯12的电极在安装于支承和冷却子组件21上时从端盖24、25突出；这允许弧光灯12的阴极端通过电源电缆41电联接至电源(未示出)并且弧光灯12的阳极端经由穿过加工头20和冷却流体分配组件50的前述电路径电接地。为避免短路，每个弧光灯12的阴极端与电接地路径的任何部分电隔离，并且特别地，与第一凸缘30电隔离。近端端盖25处的紧固件23b与第二凸缘34电绝缘，并且流管石英壁和去离子水的流也使阴极与第一凸缘30电绝缘。

当安装等离子体弧光灯12时，限定了穿过加工头20的冷却剂路径，该冷却剂路径起始于冷却剂供给管道22，至远端端盖24中的冷却剂供给歧管26e，穿过每个等离子体弧光灯12的热交换区域33，穿过近端端盖25中的冷却剂排出歧管39，并且然后穿过冷却剂返回通道37。

现在参照图3(a)至图3(c)，冷却剂分配和支承结构件50包括长形的支承构件53，该长形的支承构件53包括一对同轴对准的且纵向延伸的管子，即，内管54和外管56。内管54的内部限定冷却剂供给管道61并且各个内管54和外管56的直径选择成使得在内管与外管之间限定环形冷却剂返回管道55。冷却剂供给管道61具有在支承构件53的近端处的冷却剂入口54a，冷却剂入口54a能够通过配件60流体联接至冷却剂供给装置。连接器子组件52位于支承构件53的远端处并且构造成接合加工头的连接端部，并且通过连接器36联接至加工头的连接端部。连接器子组件52包括与冷却剂供给管道61流体连通的冷却剂供给端口62、与冷却剂返回管道55流体连通的冷却剂返回端口64、以及径向突出块65，径向突出块65各自设置有螺纹孔，所述螺纹孔具有与连接器36的斜面接合的一组螺钉52f。第二管形部段22b能够插入端口62并且通过螺旋夹52e固定，由此将加工头20与冷却剂分配和支承结构件50连接在一起。当连接后，冷却剂供给端口62与冷却剂供给端口22c流体连通并且冷却剂返回端口64与冷却剂排出端口34c流体连通。连接器36是可拆卸的从而使得加工头20可以容易地更换或互换。

冷却剂分配和支承结构件50还包括分配块58，分配块58用作对支承构件53提供结构支承的基部并且包括流体联接至冷却剂返回管道55的冷却剂排出歧管并且具有用于从装置10排出使用过的冷却剂的冷却剂排出端口56b。

内管54由导电材料构成以在加工头20附接至支承组件50时提供从地面至等离子体弧光灯12的阳极端的电接地路径。例如，分配块58可以电接地，这进而使内管54、管道22、远端盖24以及等离子体弧光灯12的阳极端接地。然后可以对热灯12的第二电极施加电压以激活热灯12并且产生热。

远端端盖24和近端端盖25的直径以及冷却剂流管29在端盖24、25上的安装位置选择成符合管80的内径，即，端盖直径选择成比管内径小，并且流管安装位置允许等离子体弧光灯12紧密靠近于管内表面定位，并且围绕管内表面均匀间隔开。该构型选择成使得加工头20能够绕整个管内表面施加热。灯12中的等离子体弧光的长度可以选择为至少与待处理的管内表面的长度一样长，使得加工头20可以在不相对于管纵向平移的情况下对整个管内表面施加热。

在该实施方式中，冷却剂流管29围绕中央冷却和支承子组件21周向地布置，这使得加工头20特别适用于对筒形表面进行热处理，因为纵向地延伸且周向地布置的等离子体弧光灯12遵循筒形表面的轮廓。替代性地，冷却剂流管29可以围绕中央冷却和支承子组件21布置成不同构型比如正方形、椭圆形、三角形、或多边形构型。可以根据待处理的内表面的轮廓选择不同的构型；例如，如果封闭结构件具有横截面为正方形的纵向腔，则加工头20可以构造成具有以正方形形式围绕冷却剂供给管道22延伸的流管29，以遵循封闭结构件的内表面的轮廓。

如上面指出的，每个弧光灯12的阳极端接地并且每个弧光灯12的阴极端电联接至电源。电源的输出设定为使等离子体弧光灯12中形成充分电离反应以产生管80的需要的热处理。为了冷却等离子体弧光灯12并且防止过热，冷却剂供给入口54a流体联接至流体供给源(例如，容器出口、散热器、或供水装置)，并且冷却剂排出端口56b流体联接至流体返回源(例如，容器入口或排出管)。冷却剂接着可以流动穿过每个等离子体弧光灯12的热交换区域33。由等离子体弧光灯12产生的过度热量吸收至经过装置10的返回路径上的冷却剂中，并且吸收至流体返回源。被加热的冷却剂可以被冷却和再循环或处理。冷却剂可以在等离子体弧光灯12上方连续流动以在对管80进行处理的同时保持需要的温度水平，或根据需要在等离子体弧光灯12上方间断流动以减小温度水平。

可选地，流管29在其表面的一部分上设置有反射涂层(未示出)以将由流管29中的等离子体弧光灯21产生的辐射沿径向向外的方向并且朝向管80的表面导向。更具体地，反射涂层可以覆盖每个流管29上的位于等离子体弧光灯21与中央管道22之间的纵长部段。在另一替代实施方式中，中央导管22自身可以设置有用于沿径向向外的方向反射由等离子体弧光灯产生的辐射的反射涂层。流管29也可以被单个流管(未示出)取代，该单个流管提供远端端盖24与近端端盖25之间的单个冷却剂通道以同时立即冷却全部等离子体弧光灯。

因此，本文描述的实施方式公开了可以用于对小型中空基板如小直径管和管子进行热处理的加工头20。热灯壳体20将等离子体弧光灯12布置成紧密靠近并且布置成符合弯曲基板如管的形状的周向阵列。为了冷却等离子体弧光灯12还设置了内部冷却剂路径以防止过热并且允许连续操作。

尽管已经在前面描述了特定实施方式，但应理解的是其他实施方式是可以的并且旨在包括在本文中。本领域技术人员应清楚的是未示出的对前述实施方式的修改和调节是可以的。权利要求的范围不应受限于示例中阐述的优选实施方式，而是应该赋予其总体上符合描述的最宽泛的解释。

Claims (19)

1.一种热处理装置，所述热处理装置用于对目标结构件的纵向延伸腔的内表面进行热处理，所述热处理装置包括：

加工头，所述加工头包括：

纵向延伸的中央支承构件、从所述中央支承构件横向地突出的远端端盖和近端端盖、以及多个长形的等离子体弧光灯，所述等离子体弧光灯各自安装至所述端盖，使得所述等离子体弧光灯沿着所述中央支承构件纵向延伸并且围绕所述中央支承构件横向定位，从而将由所述等离子体弧光灯总体发射的辐射从所述加工头大致径向向外导向；以及

冷却剂路径，所述冷却剂路径具有与所述等离子体弧光灯热连通的热交换区域、以及与所述热交换区域流体连通的冷却剂供给管道和冷却剂返回管道。

2.根据权利要求1所述的热处理装置，还包括冷却剂分配组件，所述冷却剂分配组件联接至所述加工头，并且所述冷却剂分配组件包括与所述加工头的所述冷却剂供给管道流体连通的冷却剂供给管道，以及与所述加工头的所述冷却剂返回管道流体连通的冷却剂返回管道。

3.根据权利要求2所述的热处理装置，还包括将所述加工头以可拆卸的方式联接至所述冷却剂分配组件的连接器。

4.根据权利要求1所述的热处理装置，其中，所述目标结构件为筒形管并且所述等离子体弧光灯以使得所述等离子体弧光图成圆形阵列横向地围绕所述中央支承构件横向定位的方式安装至所述端盖。

5.根据权利要求4所述的热处理装置，其中，所述等离子体弧光灯沿着所述圆形阵列均匀地间隔开。

6.根据权利要求5所述的热处理装置，包括沿着所述圆形阵列均匀间隔开的至少三个等离子体弧光灯。

7.根据权利要求6所述的热处理装置，其中，每个等离子体弧光灯均为密封气体型等离子体弧光灯。

8.根据权利要求1所述的热处理装置，其中，所述加工头还包括多个流管，所述流管各自安装至所述端盖并且在所述端盖之间围绕一个等离子体弧光灯延伸，并且其中，每个热交换区域均为由流管的内表面和所述流管内的等离子体弧光灯的外表面限定的环形通道。

9.根据权利要求8所述的热处理装置，其中，所述冷却剂供给管道延伸穿过所述中央支承构件，所述冷却剂路径还包括冷却剂供给歧管和冷却剂排出歧管，所述冷却剂供给歧管位于所述远端端盖内并且与所述冷却剂供给管道的出口端以及所述环形通道中的每个环形通道的入口端流体连通，所述冷却剂排出歧管位于所述近端端盖内并且与所述环形通道中的每个环形通道的出口端以及所述冷却剂返回管道流体连通。

10.根据权利要求8所述的热处理装置，其中，所述流管中的至少一个流管包括反射涂层，所述反射涂层定位成从所述加工头沿径向向外的方向反射由所述至少一个流管内的所述等离子体弧光灯产生的辐射。

11.一种热处理装置，所述热处理装置用于对目标结构件的纵向延伸腔的内部表面进行热处理，所述热处理装置包括：

加工头，所述加工头包括：

纵向延伸的中央支承构件、从所述中央支承构件横向突出的远端端盖和近端端盖，每个端盖具有多个孔口，所述多个孔口构造成分别接纳长形的等离子体弧光灯的远端和近端并且将所述等离子体弧光灯定位成沿着所述中央支承构件纵向延伸并且围绕所述中央支承构件横向定位，从而将由所述等离子体弧光灯总体发射的辐射从所述加工头大致径向向外导向；以及

冷却剂路径，所述冷却剂路径具有与所述等离子体弧光灯热连通的热交换区域以及与所述热交换区域流体连通的冷却剂供给管道和冷却剂返回管道。

12.根据权利要求11所述的热处理装置，还包括冷却剂分配组件，所述冷却剂分配组件联接至所述加工头，并且所述冷却剂分配组件包括与所述加工头的所述冷却剂供给管道流体连通的冷却剂供给管道以及与所述加工头的所述冷却剂返回管道流体连通的冷却剂返回管道。

13.根据权利要求12所述的热处理装置，还包括将所述加工头以可拆卸的方式联接至所述冷却剂分配组件的连接器。

14.根据权利要求11所述的热处理装置，其中，所述目标结构件为筒形管，并且其中，所述远端端盖和所述近端端盖的所述多个孔口成圆形阵列构造，从而使得所述等离子体弧光灯成圆形阵列围绕所述中央支承构件横向延伸。

15.根据权利要求14所述的热处理装置，其中，所述近端端盖和所述远端端盖的所述多个孔口沿着所述圆形阵列均匀地间隔开。

16.根据权利要求15所述的热处理装置，其中，所述近端端盖和所述远端端盖各自包括用于接纳至少三个等离子体端盖的至少三个孔口。

17.根据权利要求1所述的热处理装置，其中，所述加工头还包括多个流管，所述流管各自安装至所述端盖并且在所述端盖之间围绕一个等离子体弧光灯延伸，并且其中，每个热交换区域均为由流管的内表面和所述流管内的等离子体弧光灯的外表面限定的环形通道。

18.根据权利要求17所述的热处理装置，其中，所述冷却剂供给管道延伸穿过所述中央支承构件，所述冷却剂路径还包括冷却剂供给歧管和冷却剂排出歧管，所述冷却剂供给歧管位于所述远端端盖内并且与所述冷却剂供给管道的出口端以及所述环形通道中的每个环形通道的入口端流体连通，所述冷却剂排出歧管位于所述近端端盖内并且与所述环形通道中的每个环形通道的出口端以及所述冷却剂返回管道流体连通。

19.根据权利要求17所述的热处理装置，其中，所述流管中的至少一个流管包括反射涂层，所述反射涂层定位成从所述加工头沿径向向外的方向反射由所述至少一个流管内的所述等离子体弧光灯产生的辐射。