SE446306B - Plasmaapparat innefattande plasmapistol och anordning for att omkasta polariteten mellan plasmapistolen och arbetsstycket - Google Patents

Description

TO IS 30 8007975-9 på arbetsstycket hågen och sprider pulvret under avsättning. De höga gas- och pulverhustigheterna och den efterföljande ökningen i kínetisk och mekanisk slagenergi på heläggníngsmaterialet åstad- kommer belággningar med förbättrad densitet fi området 96-99 % av teoretiskt värde) och förbättrad bindningshållfasthet. Expansionen av strömmen på grund av de dynamiska tryckförhållandena ökar också väsentligt ytan varöver beläggningen avsättes på arbetsstycket.

Emellertid är kontrollen över förloppet fortfarande långt ifrån ideal, åter huvudsakligen på grund av förloppets dynamiska natur.

Vid upphettning av arhetsstycket med plasmaströmmen kan exempel- vis icke homogen uppbyggnad uppträda och en viss oxidation kan äga rum vilket reducerar integriteten av bindningen och påverkar hastigheten för materialavsättning. Förekomst av oxidation eller närvaro uv andra föroreningar på delarna påverkar kvaliteten all- varligt och förreníngstekník löser ej detta problem. Det är också önskvärt att en kommersiell gas användes snarare än en betydligt dyrbarare renad gas för plasmusystemet. De stränga fordringarna och kraven som ställs på delar, såsom turbinblad, som vanligen belagges enligt detta förfarande innebär i sin tur att delarna mäste förkastas vid en kvalitetskontroll, 7 Med systemet och förfarandet enligt uppfinningen anordnas ett arbetsstycke som upphettas genom en överljudsplasmaström så att det när så krävs fungerar såsom katoden i ett omvänt över- föringsbågsystem. En finfördelningseffekt åstadkommas varvid elektronström flyter från arbetsstycket mot plasmapistolen och 'atomer i ytmaterialet exciteras och emitteras från ytan så att de förflyttas mot motsatta laddníngar och svçps ät sidan av gas- strömmen. Arbetsstyckets yta rengöres sålunda frân oxider och .föroreningar så att ett gränsytskikt uppstår vari infallande metall- eller icke-metallpulver sprids metallurgiskt över ar- betsstyckets yta. Potentialskillnaden mellan arbetsstycket och plasmapístolen omkastas därefter eller utjämnas så att pulvret kan fortsätta att avsättas tills ett önskvärt beläggningsdjup har uppnatts.

Finfördelningsverkan åstadkommas trots närvaron av ett re- lativt högt stagnationstryck (i omrâdet 2 atmosfärer eller lägre ned till 0,001 atmosfär) i arbetsstyckets ytområde. Överljuds- plasmaströmmen, överföringsbågen och tryckförhållandena som upp- rättas åstadkommer ett stötområde som ej endast sprider överfö- ringsbågen utan företrädesvis exciterar föroreningarna och åstad- 20 35 'il Ü 3 8007975-9 kommer dessas emission från ytan och efterföljande elimineríng.

Enligt ett mer specifikt exempel på system enligt uppfin- ningen anordnns ett arbetsstycke monterat inuti en sluten kammare i vägen för en plasmaström från en plasmapistol monterad på en svepmekanism. Ett vakuumpumpsystem kopplat till den slutna kamma- ren upprätthåller ett utvalt lågt omgivningstryck trots örerljuds- plasmaströmmvn av högre än much 3,2 fran pistolen. Strömhastig- heten och strömmens statiska tryck samt plasmadensiteten utväljes så att stïtmönstret pa aflmtsstycket upprättas och så att en dif- fuserad bågförbindelse av i förväg bestämd storlek och form åstad- kommes på arbetstycket. En hög överföríngsbågström överstigande 100 A och av negativ polarítet användes initiellt mellan arbets- stycket och plasmapistolen för initiering av fínfördelníng. Med detta system placeras ett attrapparbetsstycke eller en "attrapp- spets" närliggande arbetsstycket för bibehållande av det diffuse- rade mönstret oberoende av spridningsvinkeln och slagomrâdet av plasmaströmmen i förhållande till arbetsstyckets fria ände. Det är fördelaktigt att plasmahuvudet får svepa i en tvärgående rikt- ning í girïörflyttningar både parallellt och normalt till den tvärgående riktningen samt också vertikalt och en tillförlitlig och mångsidig mekanism tillhandahålles för detta ändamål. Både arbetsstycket och attrappspetsen kan eventuellt också förflyttas kontinuerligt under plasmaströmmens anslag för att värmeflödet skall begränsas och de exciterade ytomrâdena skall kontrolleras.

.Genom införande av en girförflyttning i förhållande till arbets- stycket förbättras beläggnínshomogeniteten ytterligare. Med an- vändning av sådana kännetecken i kombination~kan aroetsstycket upphettas snabbt till arbetstemperatur med eller utan-en överförd 'båge, rengöras genom avlägsnandet av atomer från arbetsstycket vid en reglerad hastighet under omkastning av överföringsbågen under mii fmwügbesümfl period och därefter beläggas med eller utan överlappning mellan beläggningsperioden och finfördelníngs- perioden. Beläggningen kan därefter fullbordas med användning av överföringsbågen om så är önskvärt eller utan användning av den överförda bågen om den termiska energiöverföringen då skulle bli alltför stor.

Uppfinningen förklaras närmare med hänvisning till de bi- fogade rítningarna, varpå fig l visar en kombination av ett blockdiagrnm och en perspektivvy, med delar delvis bortbrutna, av ett system enligt uppfinningen; fíg Z visar en förenklad sido- a 10 15 20 40 8007975-9 s 4 -snittvy av systemet i fig 1 varí«ytterligare detaljer därav visas; fig 3 visar en perspektivvy av en del av systemet i fig'2 där de- taljer nv en roglermekanism för plasmapistolförflyttning som an- vändes i systemet_visas; fig 4 visar en sidosníttvy av anordningen i fig 3; fíg 5 visar en fragmentarisk sidovy av en del av anord-g ningen i tig 1 och 2 som visar ytterligare detaljer av mekanismerna för arbersstycket och attrappspetsen; och fig 6 visar en ideali- serad och förenklad sdummti§ enligt uppfinningen som belyser effekter av plasmaström, stötmöns- ter och bågdiffusion.

Såsom är visat generellt i perspektivvyn med delar bort- brutna'i fig 1 och sidosnittvyn i fig 2 innefattar ett plasmasprut~ system enligt uppfinningen principiellt en plasmakammare 10 som tillhandahåller ett förseglat vakuumupprätthållande och tryckre- sistent isolerande hölje. Kammaren 10 definieras genom en cylind- risk huvudstomme 12 och ett övre lockparti 13 förbundet därmed.

Stommen 12 av plasmakammaren 10 innefattar en undre uppsamlíngs- kon 14 som leder in i och kommunicerar med förbundna enheter för_ bearbetning av de utgående gaserna och pfirtfldflïnfi och bibehållande *av önskvärt omgivningstryck. En nedåtriktad plasmasprutström upp- rätthålles genom en plasmapistol eller ett plasmahuvud 16 monte- rat inuti det inre av kammarlocket 13, varvid läget av pistolen 16 regleras genom en plasmapistolförElyttningsmekanísm 18 som endast är generellt avbildad i fig T och Z men som är visad i detalj i fig 5 och 4 och beskrives närmare med hänvisning till dessa figurer.

-Bägge partierna av plasmakammaren 10 är företrädesvis konstruerade såsom duhbelväggiga, vattenkylda höljen och (ej visat i detalj) locket 13 är avlägsningsbart så att de operativa delarna kan bli tillgängliga. Pistolförflyttningsmekanismen 18 uppbär och regle- rar plasmapistolen 16_genom tätade bärlager och kopplingar i väg- gen av kammarlocket 13 på ett sätt som beskrives närmare i det följande. En pulvermatningsmekanism 20 som också är ansluten till kammarlocket 13 tillhandahåller reglerat flöde av ett upphettat pulver i plasmasprutströmmen genom böjliga rör som är anslutna till plasmapistolen 16 vid plasmautloppsområdet.

'Den nedåtriktade plasmasprutströmmen faller in mot ett j arbetsstycke 24 som uppbäres på en internt kyld elektriskt ledande arbetsstyckesspets eller -hållare 25 Odlåï æïflfinfiïoch förflyttas under operation via en axel som utsträcker sig genom kammarstommen 12 till en yttre förflyttningsmekanism 26 för arbetsstycket visad 10 _; UI 20 40 5 soo7975-9 i fig 5 och som beskríves närmare med hänvisning till denna figur.

Intill den ena änden av arbetsstycket 34 men beläget på avstånd därifrån är ett attrapparbetsstycke eller en attrappspets 28 an- ordnad som på likartat sätt är internt kyld och ansluten genom en sidovägg av kammarstommen 12 till en förflyttningsmekanísm 50 för en attrappspets. Såväl arbetsstyckshållaren ZS som attrapp- spetsen 28 är justerbara vad beträffar ínföringsläget i förhål- lande till den centrala axeln av kammaren 10 och är elektriskt ledande så att de kan hållas vid utvalda potentialnivåer för alstring av en överföringsbåge under olika faser av operation.

Under lägena för arbetsstycket 24 och attrappsspetsen 28 styr uppsamlingskonen 14 den överliggande sprutströmmen av gas- formigt och partikelformigt material in ijen styrskenor/filter- modul 32 uppvisande en kyld sektion 33 av styrskenor för ínitiell kylning av sprutströmmen och en filtersektion 34 i linjen för av- lägsnande av större delen av det ínfångade partikelformiga mate- rialet. Utflödet som passerar genom styrskenor/filtermodulen 32 styrs därefter genom en värmeväxlarmodul 36, som kan utgöras av ytterligare en vattenkyld enhet, in i ett vakuumförgreningsrör 33 innehållande en sprutströmsfilter/uppsamlingsenhot 40 som avlägs- nar väsentligen allt partikelformigt material som finns kvar i strömmen. Vakuumförgreningsröret 38 står i förbindelse med vakuumpumpar 42 uppvisande tillräcklig kapacitet för bibehållande *av ett önskvärt omgivningstryck inuti kammaren 10. Typiskt är detta omgívníngstryck från 0,6 ned till 0,001 atmosfär. Styrskenor/ _filtermodulen 53 och värmeväxlarmodulen 36 såväl som sprutström- filter/uppsamlingsenheten 40 utgöres företrädesvis av dubbelväg- giga vattenkylda system och vilken som helst av de välkända och ofta använda typerna för plasmasprutsystem kan användas. Hela systemet kan vara monterat på valsar och vara förflyttbart längs skenor för att enkel hantering och enkelt underhåll av olika de- *lar i systemet skall uppnås. Konventíonella synglas, vattenkylda tíllgångsdörrar och isolerad matning genom plattor för elektrisk anslutning är för enkelhets skull ej visade och diskuteras ej närmare. Reglersystemet för uppbärande och förflyttning av arbets- stycket är emellertid företrädesvis monterat i en gångledsför- sedd främre tillgängsdörr 43 i kammarstommen 12.

Elektrisk energi tillföres de operativa partierna av sys- temet via fikerade samlingsskenor 44 monterade på toppen av kammarlocket 13. Böjliga vattenkylda kablar (visade i fig 3 och w 10 ZS 30 35 40 soo797s¿9 dl kopplar in externa plasmaenergikällor 46 och en högfrekvens- energikälla 48 via samlingsskenorna 44 i plasmapistolen-16 för alstring av plasmaströmmen. I ett specifikt exempel innefattar plasmaenergikällorna 46 3 stycken 40-kW likströmsaggregat. Ett 155-W högfrekvensaggregat 48 utnyttjas också enligt detta exem- ' pel för ínitiering av bågen genom påläggande av en högfrekvens- spänningsurladdníng på likströmsaggregatet på känt sätt. Ett om kopplingsbart effektaggregat 50 för överföringsbâgen innefattar en 20-kW likströmsenhet kopplad via samlingsskenorna 44 till plasmapistolen 16 , arbetsstyelceshållaren 25 och attrappspetsen ES. Såsom fastställes medelst palagda reglersignaler upprättas en överfö- ringsbågpotential mellan plasmapistolen 16 å ena sidan och hål- laren 25 för arbetsstycket (och arbetsstycket 24) och attrapp- spetsen 28 å andra sidan.

Operation av plasmapistolen 16 omfattar användning av en hjälppump 52 för vatten för âstadkommande av ett adekvat flöde av kylvatten genom det inre av plasmapístolen 16. En plasmagas- källa 54 tillhandahåller en lämplig joníseringsgas för alstríng av plasmaströmmen. Plasmagasen som härvid användes utgöres an- tingen av enbart argou eller argon ympad med helium eller väte, fastän andra gaser kan användas vilket är välkänt för fackmannen.

I vilket fall som helst kan gasen ha gängse kommersiell ren- hetsgrad och behöver ej renas ytterligare för att bli väsentligen ofullständigt fri från syre. Reglering av ordningsföljden i sys- temet och hastigheten och amplituden av förflyttningen genom de .olika förflyttningsmekanismerna stvrs genom ett manöverbord 56 för systemregleríng. Plasmapistolen 16 opererar separat via reglering genom ett manöverbqrd S8 för plasmareglering. Efter- som funktionerna som utvecklas av dessa manöverbord och kretsarna som innefattas däri är välkända är de ej visade eller närmare he- skrivna. Reglerkretsar 60 för överföringsbâgen är emellertid vi- 'sade separat med generell utformning eftersom de reglerar omkopp- lingen av polariteten av överföringsbågen. Reglerkretsarna 60 för överföringsbågen innefattar konventionella strömställare an- ordnande för selektiv omkastning av polariteten mellan plasma- pistolen 16 och arbetsstycket 24 samt attrappspetsen 28 och för åstadkommande av till-från-reglering av överföringsbågen. Effekt- aggregatet 50 för överföringsbågen innefattar i detta exempel reläkretsar (ej visade i detalj] för reglering av polariteten av den elektriska effekten som pålägges samlingsskenorna 44.

H) 30 40 8007975-9 Plasmapístolen eller ~huvudet 16 och förflyttningsmeka~ nismen 18 för plasmahuvudet förklaras närmare med hänvisning till fig 3 och 4. Konstruktionen är monterad på plasmakammarlocket 13 och är härvid anordnad för ästadkommande av fyra förflyttningar i tre förflyttningsrikiningar. Plasmapistolen 16 uppbäres via intermediära mekanismer från en transportanordning 70 sålunda att den generellt är riktad nedåt mot det inre av kammaren 12.

Böjliga slangar 72, 73 kopplade genom vä gen till locket 13 till den yttre pulvermatningsmekanismen 50 matar pulver till huvudet och på grund av temperaturen i kammaren 10 förupphettas också pulvret. En hållare 74 (enbart fig 3) i ingrepp med vagnanordningen 70 är monterad så att den kan glida pâ en tvärgående vattenkyld axel 76 som i detta fall är horisontell och följaktligen parallell med mekanismens tvärgâende axel. Tvärgående förflyttning åstad- kommes genom en kulkabel 78 ansluten till hâllaren 74 och som ut- sträcker sig generellt parallellt med den tvärgående axeln och som vänder runt ett drivkedjehjul 80 i ena änden av kammarlocket 13 och ett styrkedjehjul S1 i den motsatta änden. Drívkedjehjulet S0 är kopplat genom en förseglad cylinderanordning 82 till ett yttre tvärgâende växelhjulsdrev 84 och en likströmsmotor 86.

Dessa är anordnade sålunda att via reglering genom manöverbordet 56 för systemreglering visad i fig 1 uppnås en hastighet av från 0 till 60 cm/s som kan utväljas valfritt av en operatör. Enligt _en praktisk utföringsform av systemet är den totala tvärgäende sträckan 90 cm vilket möjliggör att ett stort intervall av arbets- ,styckestorlekar kan täckas. Gränserna för förflyttning i tvär~ gående riktning kan regleras på konventionellt sätt, såsom medelst en roterande transduktor 87 som drivs genom axeln till styrkedje- hjulet 81 via en förseglad cylinder medelst en nedväxlingsanord- ning 88. Det är uppenbart för fackmannen att den fram och äter~ gående rörelsen med ruglerhnr hastighet också kan åstadkommas på 'andra sätt. Med användning av den beskrivna anordningen kan man emellertid åstadkomma en mer komplex svepningsförflyttning av plasmahuvudet 16 sålunda att en överlägsen beläggningsoperation såväl som operationsmångsidighet uppnås. En girförflyttning vinkel- rätt mot den tvärgående axeln åstadkommes genom anordning av transportmekanismen 70 så att denna är glidbar i förhållande till den tvärgäende axeln längs ett par av styrstavar 92, 93 monterade mellan oscillerande vipplattor 94, som var och en är närliggande endera av sidorna av kammarlocket 13. Vipplattorna 94 är sväng- ZS 30 40 8007975-9 18 bart lagrade i tätade bärlager 96 som är anordnade på en gemen- sam central axel, varvid.ett av bärlagren 96 är sammakopplade utan- för kammarlocket 13 med en vevarm 97 som drivs via en växellåda 98 kopplad till en likströmsgirmotor 100. En avböjningsarm 99 som utsträcker sig från växellådans 98 axel uppbär ett exentriskt ' stift 101 i ingrepp i en spalt i vevarmen 97 sålunda att vipplat- torna 94 och girtransportmekanismen 90 oscilleras. Det radiella läget av stiftet 101 i förhållande till axeln är justerbart (ej visat i detalj) så att girvinkeln kan regleras. Operation av likströmsgírmotorn 100 styrs genom manöverbordet 56 för system- reglering för åstadkommande av reglerad hastighet när plasmaström- men gíras vinkelrätt till den tvärgåendc riktningen. Enligt detta exempel är svepningen 0-120 cm/s över en vinkel av 300. i En kardanmekanism 103 är kopplad för uppbärande av plasma- huvudet 16 på transportanordningen 70 sålunda att en fram- och återgående vertikalförflyttning och parallell girförflyttning kan tilläggas under de tvärgående och vinkelräta (i förhållande till den tvärgâende axeln) girverkningarna. Kardanmekanismen 103 uppbär en nominellt vertikal räfflad axel 102 som rör sig i ett ' glidbart förhallande till en spårningsstyrtapp 104 monterad i kardanmekanismen 103. Ett drivhjul 106 monterat på kardanmeka- nismen 103 roteras i endera riktningen för åstadkommande av uppåtgående eller nedåtgående förflyttning av den räfflade axeln 102 och följaktligen av plasmahuvudet 16. Såsom bäst framgår av fig 4 är för detta ändamål en universalkoppling 107 på drivhjulets .106 axel och en annan koppling 108 monterad i tätande förhållande i väggen till locket 13 sammankopplade genom en teleskopaxelmeka- nism 110. Den yttre universalkopplingen 108 är ansluten till en vertikal gíranordníng som innefattar en växellåda 112 och en lik- strömsmotor 114 vilka är anordnade för åstadkommande av en val- fri vertikal hastighet av 0-S0 cm/s inom ett givet vertikalt inter- vall (i detta fall inom ett intervall av 60 cm). Líkströmsmotorn 114 för vertikal drift styrs åter från manöverbordet 56 för system- reglering. En transduktor 115 är kopplad till systemet för verti- kal drift för åstadkommande av en signal representativ för plasma- huvudets läge till manöverbordet för systemreglering.

Girförflyttningen parallell med den tvärgående axeln åstad- kommes genom on separat teleskopaxel 117 kopplad från lockets' sidovägg tillïkardanmekanismen 109 vid den ena sidan och till en andra girdrivanordning 118 utanför kammaren 10 vid den andra sidan. (11 10 15 20 25 40 9 8007975-9 »En kugghjulsöverföring 119 kopplar toleskopaxeldrívanordningen 117 till kardanmekanismen 103 vid dess vridningsaxel och åstad- kommer oscillerande förflyttning av plasmahuvudet 16 inom en ut- vald båge i den andra girriktningen (parallell mëd'åen.tvärgående axeln). Transduktoråttrkoppling bildar en del av drivanordningen 118 på tidigare beskrivet sätt. Vattenkylda kablar 116 som endast är fragmentariskt visade i fig 4 är anordnade inom lockvolymen för koppling av de externa samlingsskenorna 44, gaskälla och vatten- källa till plasmahuvudet 16.

Denna anordning möjliggör att förflyttningarna regleras i var och en av de olika riktningarna oberoende av övriga rikt- ningar både med avseende på hastighet och amplitud. Det bör fram- hållas att de fyra förflyttningarna i tre dimensioner som beáoives av plasmahuvudet 16 ej inteffererar med ledningarna som tillför gaser, elektricitet och pulver till plasmahuvudet 16.

Mekanismen 26 för arbetsstyckets förflyttning och mekanismen 30 för attrappspetsens förflyttning som visas allmänt i fig 1 och 2 visas närmare i fig 5. Var och en är anordnade för åstad- kommande av inre vattenkylning av mekanismen och för möjliggörande av elektrisk förbindelse med det därmed förbundna arbetsstycket 24 respektive attrappspetsen 28. Av fig 5 framgår att mekanismen 26 för förflyttning av arbetsstycket innefattar fler kännetecken än mekanismen 30 för attrappspetsen men'det är uppenbart att lik- artade mekanismer kan utnyttjas. Det är också uppenbart att meka- nismen 30 för attrappspetsens förflyttning kan användas för upp- obärande av ett litet arbetsstycke som skall sprutas om så är önskvärt. Arbetsstycket 24 uppbäres principiellt av en monte- ringsfläns 120 som såsom visat lämpligen kan vara kopplad till kammarens fronttillgångsdörr 43. En elektriskt ledande hållar- axel 124 för arbetsstycket (betecknas ibland också spets) är an- ordnad längs en given axel som skär den centrala axeln till va- kuumkammaren 10. Attrappspetsen 28 är anordnad längs en axel nor- malï eller koaxiell med axeln 124 och är på likartat sätt roter- bar men är anordnad på avstånd från arbetsstycket 24 vid sin fria ände sålunda att varken.fysikalisk kontakt eller elektrisk förbindelse förefinnes. Den elektriskt ledande bäraxeln 124 är införd sålunda att arbetsstycket 24 är anordnat i ett önskvärt läge i förhållande till den centrala axeln av kammaren 10 genom förflyttning av axeln 124 och en denna inneslutande hylsa 126 lagrad inuti och utsträckande sig utanför dörren 43. Attrapp- U'I 10 -35 40 8007975-9 10 .spetsen 28 är pá motsvarande sätt införd och anordnad i ett läge varvid dess ände är nära intill men på avstånd från arbetsstycket 24. Hylsanordningen 126 innefattar inre vattenkanaler för kyl- vattenflödet och kopplingar för elektriska kretsar innefattande en borste i kontakt med en elektrisk ledare anordnad i en krets ' med den centrala axeln 124 vilka element ej visas närmare efter- som likartade konstruktioner är allmänt använda inom denna teknik.

Tätande bärlager och O-ringar i hylsanordningen 126 möjliggör att hylsanordningen 126 och axeln 124 kan förflyttas glidbart inåt eller utåt och roteras utan gas- eller vattenläckage. En líkströms- växelmotor 128 kopplad till axeln 124 utanför hylsanordningen 126 är-kopplad till manöverbordet 56 för systemreglering och kan arbeta sålunda att rotation av arbetsstycket 24 åstadkommes med en hastighet av O~100 rpm i detta exempel.

Mekanísmen 26 för förflyttning av arbetsstycket innefat- tar emellertid också en svanhalskoppling inuti kammaren 10 som uppbär arbetsstycket 24 inom målområdet för plasmasprutningen.

En svanhalsförlängning 130 av hylsan 126 slutar i en ändstâende arm 131 som är snett uppåtriktad i förhållande till den horíson-_ tella axeln. Förlängningar 133, 134 avhaxeln 126 är kopplade ge- nom universalkopplingar 135 som möjliggör att den ändstående för- längningen 134 roterar arbetsstycket 24 oberoende av förflytt- níngen av hylsan 126 och svanhalsförlängningen 130. En girrörelse tilldelas arbetsstycket genom rotation av hylsan 126 genom en be- gränsad båge medelst en girdrivmotor 138 som mottar signaler från .manöverbordet för systemreglering. Én växelkoppling 140 mellan motorn 138 och hylsan 126 driver också en girlägetransduktor 142 (exempelvis en potentiometer),s0m möjliggör att gränslägena av girrörelsen avkännes och kontrolleras justerbart på känt sätt.

Sammanfattningsvis införes följaktligen arbetsstycket 24 efter att ha monterats på den fria änden av axelförlängningen 131 longitudinellt till ett utvalt läge i plasmaströmmens väg. Med en' utvald: potential frän överföringsbågekretsar kopplade till arbetsstycket 24 via axeln 124 och dess förlängningar 130, 131 och med kyhmttmi cirkulerande inuti svanhalsen 130 både roteras och girus arbetsstycket 24 inuti plusmuströmmen. Förflyttningcn behöver ej användas samtidigt och svanhalsförlängningen behöver ej användas för så många delar.

I det diskuterade exemplet innefattande ett specifikt sys- tem har spetsen eller axeln 124 en diameter av 5 cm. Attrappspet- bfi 35 40 11 8007975-9 sen 28 utgöres av en rak axel med en diameter av 2,5 cm som ut- sträcker sig genom en hylsa 140 och en fläns 141 monterad i kam- marens 12 'ägg och roterbar inuti hylsan 140 genom en drivmotor 144 via en kugghjulsutväxling 146 och on läsfläns 148. Lasflänsen 148 kan lcssas så att attrappspetsen 28 kan införas till ett nt- valt läge och kan därefter dragas.åt för âstadkommande av rotation under kontroll av motorn 144. En valfri rotationshastighet av 0-100 rpm användes för attrappsspetsen 28 som innefattar inre ledningar (endast generellt visade) för mottagande och cirkula- tion av kylvatten. l likhet med arbetsstyckot 24 bibehålles attrappspetscn 28 vid en utvald potentialnivå från kretsar till överföringsbâgen.

Vid drift av systemet får mekanismerna för reglering av förflyttningen arbeta samtidigt och med ett samband i den bety- delsen att fastän de är justerbara oberoende av varandra utväljes betingelserna för optimala förhållanden för ett speciellt arbets- stycke 24. Om exempelvis arbetsstycket 24 utgöres av eU:turbnblad anordnas detta med ett givet förhållande till den centrala axeln och roteras därefter med en hastighet beroende pâ dess storlek, det använlu materialet och önskvärt djun av beläggningon. lttrapp- spetsen 28 roteras med en relaterad hastighet. Plasmahuvudet 16 får arbeta så att plasmat initieras och matas med energi genom effektaggregat 46 och 48 då gasflöde ochkyhattenflödegnnwätflfiflles.

Förflyttning av mddmism@i1S för förflyttning av plasmahuvudet pà- börjas också längs den tvärgående axeln samtidigt med den verti- kala fram- och àtergående rörelsen och girrörelsen.

Driftsbetingelserna som upprättas inuti plasmakammaren 10 inbegriper sambandet mellan plasmaströmmen oöh vakuummiljön och _ïr av betydelse. Omgivningstrycket i plasmakammaren hålles ge- nom vakuumpunparna 42 i ett intervall av 0,6-0,001 atmosfär. I det speciella diskuterade exemplet som hänför sig till avsätt- ning av bvlággningen på ett metallturbinblad är omgivningstrycket cirka 0,05 atmosfärer. Trycket uppströms plasmapistolen 16 är ungefär 5 atmosfärer för att en överljudsplasmaström med en has- tighet överstigande cirka llach 5,2 skall upprättas vid den speciella utformingen av munstycket. Det statiska trycket i plasmaströmmen uppmätes i en riktning som är normal mot strömmen och som ej är lägre än omgivningstrycket och som i det diskuterade fallet är något högre. Följaktligen divergerar plasmaströmmen till en större tvärsnittsyta inom en dívergeringsvinkel som ej överstiger cirka 10 __; U! Is) lf! 'ul 3 40 8007975-9 *Z 150. Stagnationstrycket i plasmaströmmcn är det tryck som upp- står i uppströms riktning av strömmen och är i själva verket det statiska trycket förhöjt genom plasmaströmmens kinetiska energi. Stagnationstrycket äl följaktligen till stor del bestämt av strömhastigheten och strömdensiteten och bör vara 0,001-3 atmosfärer men i vilket fall som helst högre än det statiska trycket. Under dessa betingelser skapar plasmaströmmen såsom visat i grafisk form i fig 6 ett stötområde uppvisande en signi- fikant effekt på överföringsbågen som användes i systemet.

Förfarandet för beredning av arbetsstycket för avsättning av en sprutbeläggning kan initieras genom användning av den av- sökande plasmaströmmen med eller utan överföringsbågen för upp- hettning av arbetsstycket 24 till en tillräckligt hög tempera- tur före anbringande av beläggningsmaterialet. För exempelvis turbinblad uppnås ett väsentligen homogent temperaturintervall av cirka 900-1ï00°C i arbetsstycket. Förupphettning är ett an- vändbart men ej nödvändigt steg och användningen därav beror pà arbetsstycket, substratmaterial och beläggning. För turbinblad *har förupphettning visat sig vara av signifikant betydelse efter- som man därvid undviker spänningar på grund av felanpassning i termisk expansion. Finfördelningsförloppet initieras och full- bordas till stor del före matningen av det förupphettade pulvret från pulvermatníngsmekanismen 20 i fig 1. Under de angivna ope- rativa betingelserna slår plasmajonerna mot arbetsstyckets yta och exciterar atomer i makroutrymmet eller energifallomràdet av -arbetsstyckets yta. Överföringsbågen pâlägges därefter med effekt- aggregatet 50 för överföringsbågen kopplat sålunda att arbets- stycket 34 är inkopplat såsom katoden. Strömmen för överförings- Lagen som använcles är 50-500 A vilket ger ett spänningsfall av 30-80 V i detta exempel. Det katodiska arbetsstycket börjar följaktligen med att verka såsom en elektronemitterande anordning och ökar ytterligare excitationen av arbetsstyckets 24 yta och frigör exciterade metallatomer i form av joner från arbetsstycket. När väl dessa har frigjorts har jonerna tendens att utbreda sig i enlighet med laddningarna i plasmaströmmen och de gasdynamiska krafterna för stötflödet. Samverkan mellan stötmönstret och överföringsbågen med hög energidensitet medför diffusion av över- föringsbågen över ett väsentligt område odibidrar tïH_en höglmstig- het för avlägsnande av atomer från arbetsstyckets yta. Oxidfilmer och andra föroreningar närvarande såsom återstoder eller alstrade ~ 10 35 40 li soovsvs-9 vid tidigare behandlingar och initiell upphettning avlägsnas följaktligen inom nâgra få sekunder från arbetsstyckets yta och avlägsnandet kan inkttagas visuellt genom en observationsöppning i kammaren 50 i form intermittcnta mönster av synlig fläckvis strålning som existerar endast en kort tid tills rengöringsför~ loppet som kan betecknas såsom en finfördelningsverkan är full- bordat.

När det väl är npphettat och rcngjort kan arbetsstycket 24 omedelbart mottaga beläggningsmaterialen i plasmaströmmen och den negativa polariteten på arbetsstycket 24 kan hejdas i begynnelsestadíet. Emellertid har det visat sig vara fördelaktigt om negativ polaritet bibehâlles på arbetsstycket under en kort period av upp till 5 sekunder för upprättande av en metallurgískt spridd intern bindning på arbetsstyckets yta. Detta uppstår på grund av att inkommande pulverklumpar i plasmasprutvolymen reage- rar med joner ochiria atomer i den höggradigt excíterade kato- díska ytan av det förupphettade arbetsstycket. Den interna bind- ningsytan kan avsevärt förbättra vidhäftningen av den anbringade heläggningon i förhållande till vad som uppnås med tidigare kända system fastän signifikanta förbättringar uppnås åtminstone med avseende på tillförlitlighet utan utnyttjande av denna teknik.

Därefter fortskrider avsättningcn av beläggningen på ar- betsstyckets yta till önskvärt djup under insprutning av förupp- hettat pulver i plasmasprutströmmen under erforderlig tid under avsökningen eller annan förflyttning av mekanismerna. överförings- .bågen omkastas så att arbetsstycket 24 blir anodiskt i förhållande till plasmahuvudet 16 efter det första kortajgränsytintervallet för förhindrande av finfördelning av tidigare avsatta beläggnings- partiklar samtidigt med avsättningen av nytt material. Anbringan- det av överföringsbågen adderar värmeflöde till arbetsstycket och om alltför mycket värme införes användes ej överföringsbágen.

De höga strömdensiteterna, diffuscrad tillämpning av bâgen och förrening av arbetsstycket ger ej endast snabb avsättning utan tilldelar också bindningskarakteristika av en grad och med en homogenitet som ej har uppnåtts med tidigare kända system.

Dessa karakteristika är speciellt gynnsamma vid stora arbets- stycken och sådana som måste uppfylla stränga krav. Exempelvis utnyttjas en medelavsättningshastighet av 0,025 mm/s över ett område av cirka 7,5 cm diameter fastän systemets parametrar kan variera för ökning eller minskning av denna hastighet inom ett ~ 10 15 u U1 40 8007915 9 14 avsevärt intervall. De bildade beläggningarna är oxídfria, hög- gradígt täta och uppvisar utmärkt bindning till substraten. När- mare analyser av turbinblad belagda med CoCrA1Y över ytorna tagna vid olika punkter längs turbübladets längd visar en variation av endast mellan 0,071 och 0,094 mm. Eftersom man med systemet kan reglera förflyttningarna av avsökningsmekanismerna kan skiktet i ett spvciullt område stöttas eller förtjnckns J förhållande till ett annat såsom vid de främre och bakre kanterna av ett türbinblads foliesektion. Samma blad som i det tidigare 7 bladet hade med användning av detta närmande främre kanter över- stigande 1,7S mm beläggningtjocklek och en tjocklek av minskande mmflitud i riktningen mot den bakre kanten med ett minimum av 0,076 mm längs den konvexa ytan av luftfolien men åter med en ytterligarebeläggfing avcfirka.1,78 mm tjocklek vid den bakre kanten.

Förfarandet tillhandahåller följaktligen en homogen belägg- ningskonstruktion med god böjlighet och ytjämnhet. Ingen för- sämring av substratets mekaniska egenskaper uppstår uttryckt i dragsnänning, brott, termisk utmattning eller utmattning vid cykler av höga och låga värden. Ytbehandlingar, såsom polering, tvättning och glättníng kan användas för att ytan skall för- bättras för speciella ändamål. Beläggningen har en struktur upp- visande hög densitet och en porositet typiskt_1ägre än 0,5-1 % varvid porerna ej är sammanhängande och är jämnt fördelade. Be- läggningar som har anbringats med utnyttjande av detta plasma- sprutsystem innefattar följande: CoCrAlY CoCrAlHf CoCrAlY/NiA1Cr CoCrAlY/NiCrAl CoCrAlY/Al203 COCrNiTaA1Y (S5?&67] NiAlCr NiCrAlY NiCOCrAlY NíCrAlY/Al203 NiCrSiB lN 100 NíCr NiA1 WC-Co 10 'S 8007975-9 316 rostfritt stål Stellite l .Å l Cu Co No Ni Arbetsstycket som skall beläggas kan rengöras initiellt genom sandblästring eller genom syraetsning eller en kombination av dessa eller andra förlopp. Arbetsstycket behöver ej upphettas vid användning av plasmasprutningen men kan förupphettas med an- vändning av andra konventionella metoder. En renad argonkälla eller ett dehydreríngsförlopp eller gasreningsförlopp fordras ej eftersom reningsverkan möjliggöres enlivt uppfinningen. Emeller- tid är sådan teknik ej oförcnlig med förfarandet när den är eko- nomiskt berättigad pä grund av speciella krav för en speciell, bearbetad produkt.

Det bör också framhållas att förflyttníngarna som införes för arbetsstycket, attrappspetsen och plasmahuvudet bidrar till tillförlitlig drift. Samtidig konstant förflyttning förhindrar lokaliserad värmeuppbyggnad och varierar koncentrationen av joner och elektronansamlingar i nedgångsområden i arbetsstycket. När arbetsstycket uppvisar en konfiguration, såsom ett inre hörn, som kan ha tendens att mottaga avböjda smälta partiklar som skulle bindas mycket svagt kan svanhalsmeknnismen giras synkront med plasmuhuxndet sa att endast direkt infallande partiklar avsattes.

Vidare upprätthàlles homogeniteten av_belägg3ingsverkan över hela längden av arbetsstycket eftersom den närliggande änden av attrapp- petsen tillhandahåller ett annat anslagsområde för stötmönstret av plasmaströmmen och diffusion av den förbundna hågen fortsätter vilket i annat fall skulle vara icke reglerat genom stötfenomen.

Fastän olika former och modifikationer har föreslagits är det uppenbart att uppfinningen ej är begränsad därtill utan att många ytterligare utföringsformer och variationer av uppfinningen är möjliga.

Claims (11)

8007975-9 16 Patentkrav

1. Plasmaapparat med överföringsbäge innefattande en" plasmapistol (16) anordnad i operativt förhållande till ett arbetsstycke (24) och som åstadkommer en överljudsplasmnström av väsentligen inert gas; ett hölje (10) innehållande plasma- pistolen (16) och arbetsstycket (24), en anordning (42) för tillhandahållande av en omgivning av lågt statiskt tryck om- kring plasmapistolen (16) och arbetsstycket (24) inuti höljet (10) och en anordning (20) för insprutning av sprutpulver i plasmaströmmen för avsättning på arbetsstycket (24), k ä n n e - tie c k n a d av en anordning (50,60) kovnlad till arbets- stycket (24) för upprättande av först det ena och sedan det andra av ett katodiskt och ett anodiskt förhållande av arbets- stycket (24) i förhållande till plasmapistolen (16) och innefat- tande en anordning (50,60) för omkoppling mellan det ena och det andra av det katodiska och det anodiska förhållandet.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att plasmapistolen (16) innefattar en anordning (54) för till- handahållande av plasmaströmmen vid en hastighet överstigande Mach 3 och att anordningen (42) för tillhandahållande av lågt 'statiskt tryck är en anordning (42) som ger ett tryck av 0,0001- 0,06 MPa.

3. Apparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen (S0,60) för upprättande av såväl ett katodiskt som ett anodiskt förhållande innefattar en anordning (50,60) för omkoppling till katodiskt förhållande under en tidsperiod före insprutningen av sprutpulver.

4. Apparat enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en anordning (18) inkopplad sålunda att plasmapistolen (IH) flyttas för avsökning av arbetsstyckct (24) och en anordning (28) tillhandahållande en attrapparbetsyta intill nrhetsstycket (24) för fördelning av hñgens förbindelse- yta oberoende av läget av ínfallsytnn av plusmuströmmcn i för- hållande till arbetsstycket (24).

5. Apparat enligt krav 4, k ñ n n e t e c k n a d därav, att plasmopistolen (16) innefattar en anordning (54) för till- handahållande av plasmaströmmen vid on hastighet av åtminstone Mach 3,2, vid ett statiskt tryck, som är åtminstone lika med omgivningstryck, och vid ett stagnatíonstryck av 0,000Z-0,2 MPa.

6. Apparat enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen (42) för tillhandahållande av en omgivning av 8007975-9 lågt statiskt tryck innefattar en anordning (41) för tillhandahållande- av ett tryck av ca 0,005 MPa och innefattar en anordning (26) inkopplad sålunda att arbetsstycket (24) kan roteras under sprutning.

7. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en anordning (70) för lägesinrättning av plasmapistolcn (10) inkopplad sålunda att en förflyttning av plasmapistolen åstadkommes längs åtminstone två axlar för förflyttning inom höljet och en anordning (54) för åstadkommande av ett gasflöde till plasmapístolen; samt att anordningarna (50,60) för selektivt upprättande av ett katodiskt eller ano- diskt förhållande av arbetsstycket (24) i förhållande till plasmapistolen (16) innefattar ett likströmseffektaggregat (46) kopplat till plasmapistolanoden och -katoden, en elektriskt ledande hållaranordning (25) för arbetsstycket kopplad till höljet (10) och kopplad för uppbärande av arbetsstycket (24) inom höljet i ett önskvärt läge och ett reversibelt likströms- effektaggregat (50) kopplat till plasmapistolen (16) och till hållaranordningen (25) för arbetsstycket för upprättande av ' en potential-skillnad av endera polaritetmrnællan arbetsstycket (24) och plasmapistolen (16).

8. Apparat enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar ett attrappmål (28) anordnat intill arbets- stycket.

9. Apparat enligt krav 8, k ä n n e t e C k n a d därav, att den innefattar en anordning (90) för förflyttning av plasma- pistolen (16) l girförflyttningar parallellt med och vinkel- rätt mot arbetsstyckets (24) plan, en anordning (26) för rota- tion av arbetsstycket (24) och en attrappspets (28) anordnad pâ avstånd i förhållande till arbetsstycket (24) inom höljet (10).

10. Apparat enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en Iångsträckt styrnnordnlng (92,93) anordnad längs den tvärgäende axeln, en transportanordning (70) kopplad till hâllaren för plusmapistolen (16), en tvärgâende drivanord~ ning (78,S0,84,S6) för fram- och återgående förflyttning av transportanordningen (70) längs styranordningen (92,93) och en anordning (96-101) för svängning av styranordningen (92,93) omkring en axel parallell med den tvärgàende axeln. 8007975-9 ß

11. Apparat enligt krav 10, k n n e t e c k n a d därameatt den innefattar en kardanmekanísm (103) varmed plasmapístolen (16) kopplas till transportanordníllgen (70), en anordning (103) för svängning av kardanmekanismen kring en axel normalt mot den tvål-gående axeln och en kuggstïmgsxnekanísm * (102,106,114) som kopplar kurdanxnekanislnen (103) till plasma- pistolen (16).