JPH0357833B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パイプ及び被加工物の穴の中に挿入
するためのそして前記被加工物の内面をコーテイ
ングするための、冷却された電極とバーナーノズ
ルとを持つたプラズマスプレーガンに関するもの
である。

このようなプラズマスプレーガンの好ましい利
用分野は、タービンホイールにおけるタービンデ
イスクのホルダー溝の内部の翼基部とタービンデ
イスクとの接触面のコーテイングである。

〔従来の技術〕

この型式の公知のプラズマスプレーガンにおい
ては、これが、プラズマスプレーガンのノズル−
電極組立体の物理的寸法を減少させて配設され、
最小内70mmまでの穴に所要のスプレー層の品質で
内面のコーテイングを行うことができるようにし
ている。この公知の内側プラズマスプレーガンに
おいては、スプレー粉末のための溶融標準バーナ
がプラズマ火炎内部に150mmの飛行通路を必要と
するようないかなるスプレー粉末も約35mmの飛行
通路の後で溶融されるように、一方において噴射
エネルギー、プラズマガス流及びスプレー粉末噴
射が、また他方においてプラズマスプレーガンの
ノズル−電極の組立体の寸法の減少が、調整され
る。

プラズマスプレーガンと基体表面との間のスプ
レー間隔は、内側プラズマガンの寸法と共に、均
等のスプレー層品質のもとにコーテイングが行わ
れるよう、最小のチユーブ又は穴の内径を限定す
る。したがつてこの最小内径はプラズマスプレー
ガンの通常の設計によつてあらかじめ決定され
る。プラズマエネルギー、プラズマガス流及び噴
射される粉末の量を減少させることにより、プラ
ズマ火炎の長さを減少ししたがつてより小さな直
径の穴を具合良くコーテイングするためスプレー
の間隔を減少させることができる。しかしこれは
スプレー層の品質を犠牲にすることによつてのみ
可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、スプレー効率を向上させて、
約25mmまでの微小な内径を有するチユーブ及び穴
の内面に高い品質のコーテイングをすることがで
きる、上記の型式のプラズマスプレーガンを提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するため、 (a) 電極が、そのヘツドの部分の対向側面上に傾
斜面を有する実質的に回転対称の形状とされ、 (b) 電極の直径がバーナーノズルの最小内径より
も小さくされ、 (c) 電極から離れて対面する端部上のバーナーノ
ズルが、その最小内径より大きい内径を持つた
少なくとも１つの部分的な領域を有しており、 (d) 粉末噴射器が平坦な断面を有しかつプラズマ
スプレーガン内に突入している、ように構成す
るものである。

プラズマスプレーガンのためこのような構造を
用いることにより、本発明のバーナーノズル電極
組立体は、非常に短い火炎の長さが、粉末のため
の飛行時間の実際の長さをも短くすることを保証
する。これは火炎の長さを短くするだけでなく、
またプラズマ火炎が長円形に形成されそのためス
プレー噴流の直径に基づくスプレー効率（与えら
た粉末の量と実際に堆積された粉末の量との間の
比率）の増加と各スプレー工程中のスプレー層の
厚さの均一化とをもたらす。

この電極は有利にはその半球状のヘツド上に２
つの直径方向に対向する傾斜面を有している。

有利には、このバーナーノズルは電極から離れ
てその最小内径部から、大きな内径の環状内面を
有する出口領域へと円錐状に拡大される。

前記粉末噴射器の平坦な出口断面の縦方向軸線
は、前記電極の傾斜面間の接合ラインに直角に適
当に配置される。

粉末噴射器はプラズマ噴流の中に粉末を供給す
るもので、プラズマ噴流に対し角度をなしまた粒
子を溶融し加速するための噴流の最も熱い部分を
有効に利用する位置にある。そのため粉末噴射器
はその端縁が陽極の端縁に接するような位置に固
定される。

プラズマスプレーガンからの熱放射を最適状態
とするため、したがつて一定のバーナー出力で所
要のスプレー層品質を保持すると共にバーナー構
成要素の寿命を増大させるため、電極とバーナー
ノズルとは２つの別個の水回路によつて適当に冷
却される。

さらにこの効果を保つため、表面の冷却と、環
状のガス防御スリーブを介するスプレーごみの吹
出しとのための、ノズルリングを設けることがで
きる。１つの変形として、別の導管が設けられ、
この導管を介してスプレーごみを冷却しかつ吹き
出すガスが、このバーナーノズルに直接供給され
る。このようなプラズマスプレーガンの構成によ
り、コーテイングされるべき穴表面からの付加的
な反射スプレーごみの放射が生じ、これがコーテ
イングのより高度な品質をもたらすものとなる。

さらにこのバーナーは有利には、その全ての構
成部分が摩耗や引き裂きを受けないような強固な
鋳造部分と、容易に取り替えるための電極とバー
ナーノズルと粉末噴射器とを含む、摩耗を受ける
要素を担持する開放可能な部分とから、なるもの
である。平常はこのガンの作動中に摩耗を受ける
全ての構成部分は、このようにして容易にかつ簡
単に取り替えることができる。

この開放可能な部分は有利には１つの絶縁板に
よつて隔離された２つの組立て可能の半殻体を有
している。

取り替え可能のバーナーノズルの耐用寿命をさ
らに増進させるため、バーナーノズルはその冷却
通路に対してＯリングによりシールされ、これら
Ｏリングのシート（座）はこれらＯリングがバー
ナーノズル上で直接４つのシール面のうちのせい
ぜい１つに接触し、また良好な熱伝導体の冷却さ
れた構成部分上の４つのシール面のうちの少なく
とも２つに接触するように、構成される。さらに
冷却通路から前記Ｏリングへ冷却液を直接接触さ
せるための通路が有利に設けられる。

〔発明の効果〕

本発明のプラズマスプレーガンを用いることに
より、噴射された粉末粒子の分布と溶解とは、広
い塗布面積の堆積が基体上に形成されそれにより
小さなスプレー空間であるにもかかわらず過剰な
熱応力や過剰な熱伝達なしで基体材料にコーテイ
ングできるように、行われる。

付加的なガス冷却作用はこの効果を強めるもの
である。

〔実施例〕

本発明は実施態様により図面を参照してさらに
詳細に説明される。

第１図及び第２図に示される内面コーテイング
のためのプラズマスプレーガン１は、その全ての
構成部分が摩耗を受けない強固な鋳造部分２と、
開放可能な部分３とを有している。後者の部分３
は、絶縁板６によつて隔離され、組立てられるよ
うに作られかつクランプ７により一緒に保持され
ている、陰極半殻体４と陽極半殻体５とからなつ
ている。強固の鋳造部分２上にノズル開口９を持
つたノズルリング８があり、この開口を介して、
表面の冷却とスプレーごみの吹き出しのため、ガ
ス防御シリーブをプラズマスプレーガンの周りに
設けることができる。このノズルリング８の代わ
りに又はこれに加えて、別の導管３１を直接バー
ナーノズルの領域に案内することができる。

陰極半殻体４の中に、容易に取り替えできるよ
うに電極１０が固定される。絶縁性のかつ取り替
可能なガス分配リング１１が絶縁板６の中に挿入
される。陽極半殻体５の中に、延長された隙間を
もつて固定されたバーナーノズル１２が、容易に
取り替えできるように挿入される。平坦な出口断
面を持つた粉末噴射器１３がさらに、前記陽極半
殻体５の中に取り替え可能に挿入される。

粉末噴射器１３はプラズマスプレーガンのため
に用いられるもので、プラズマ噴流中に粉末を供
給する。粉末噴射器１３は第１，２，４及び７図
に示されるようにプラズマ噴流に対して角度をな
し、また粉末粒子を溶解しかつ加速するための噴
流の最も熱い部分を最大に利用できる位置にある
ようにする。そのため粉末噴射器１３の端縁が陽
極半殻体５の縁に接するように配置される。

陰極半殻体４の中に、電極１０の冷却のための
冷却通路１４があり、これに対し、陽極半殻体５
はバーナーノズル１２を冷却するための冷却通路
２０を有している。この両冷却通路は、例えば
水、ガス又は液体二酸化炭素のような冷却剤で同
時に満たされる。

部分２はバーナー軸を示し、部分３はバーナー
ヘツドを示している、クランプ７の開放後陰極半
殻体４と陽極半殻体５とは、絶縁板６と一緒に取
り替えるため任意にガス分配リング１１に接近で
きるよう、相互に引き離される。電極１０は直径
方向に対向する傾斜面１６を持つた半球状ヘツド
１５を有している。電極１０の直径はバーナーノ
ズル１２の最小直径よりも小さい。このノズル１
２は、その最小内径部分から続いて円錐状に広が
り、電極１０から離れて大きな内径の内側リング
面１７を持つた出口部分につながつている。

傾斜面１６上で電極１０とバーナーノズル１２
との間に形成された電気アーク１８は、ヘツド１
５の邪魔されない球面上で押圧されかつ集中され
る。これは、押圧されるプラズマ火災１９を平坦
にすることになる。内面リング面１７に向つてバ
ーナーノズル１２が円錐状に拡大していることに
より、プラズマ火災１９の長さは実質的に短かく
なる。粉末噴射器１３の平坦な出口断面は、粉末
の噴射が平らにされたプラズマ火炎１９に一致す
ることを保証する。

第５図は、基体層上の静電スプレー線図と公知
の回転対称電極−バーナーノズル形状の場合の対
応する層の厚さとによる、プラズマ噴流断面にわ
たつて分布されたコーテイング効果を図解的に示
している。スプレー噴流のの区域ではコーテイ
ング単位時間当り実際上一定の成長速度をもつて
高いコーテイング効果が得られ、区域では中央
増大部から大きく減少したコーテイング効率であ
り、そして区域ではもはやほとんどつながるス
プレー層は存在しない。区域ととは同心円に
よつて区画されている。

第６図は、本発明の回転対称電極バーナーノズ
ル形状の、コーテイング効果と層の厚さ分布とを
示している。区域ととは激しく長円形に傾斜
しており、一方、区域の幅は非常に小さい。区
域内の層の厚さは実際上一定であり区域では
その小さな幅にわたつて零に減少する。これはス
プレー噴流直径に基づく幾何学形状上の効率を増
大させる。

第７図は、バーナーノズル１０がこれと協同す
る冷却通路２０に対して２つのＯリング２１，２
２によつてシールされているところを示してい
る。両Ｏリング２１，２２はバーナーノズル１２
上の４つのシール面のうちの１つだけにそれぞれ
接触する。Ｏリング２１，２２の第２のシール面
は、絶縁板６又は絶縁体２３上の熱防御のために
形成され、またＯリング２１，２２はこれら２つ
の他のシール面上で、冷却通路２０によつて冷却
される良好な熱導体の構成部分に接触する。冷却
通路２０から追加の通路２４，２５が、Ｏリング
２１，２２に冷却液が直接接するように設けられ
る。これは、危険にさらされるＯリング２１，２
２のために特に良好な熱防御をもたらす。

第８図はプラズマスプレーガン１への導管を示
している。水入口２６を介して冷却液が冷却通路
１４と２０とに同時に供給された水出口２７を経
て再び取り除かれる。水入口２６上に正の電極が
連結され負の電極が水出口２７に連結される。絶
縁パイプ２８が電気導管からの冷却液回路の絶縁
のため導管中に設けられる。プラズマガスが連結
具２９を介して供給されまたスプレー粉末が連結
具３０を介して供給される。空気又はガスが付加
導管３１を介してガンの領域内に供給される。

第９図は本発明のプラズマガンの好ましい適用
分野を示している。タービンデイスク３３のホル
ダー溝３２内にタービン翼３５の翼基部３４が挿
入される。コーテイング３６が、本発明のプラズ
マスプレーガンを用いて翼基部３４とホルダー溝
３２との接触面上に施される。タービンの領域に
おける各溝の壁の摩耗、摩擦溶着及び、又は噴出
を阻止するかとが、このコーテイング３６の目的
である。これらのホルダー溝３２上の応力は、ホ
ルダー溝３２内へのタービン翼３５の取付けに遊
びがないことにより生じる。これらの応力はター
ビンの始動と停止の時に全て生じる。これらの応
力は、通常重いチタニウム又はチタニウム合金が
用いられるので、比較的大きい。

コーテイングのため例えばCu Ni In スプレ
ー層を用いることができる。このコーテイング３
６は平らにかつ３つの扇形部分に幅広く追跡して
施され、有利にはそれぞれが１つのバーナー通路
に施される。以上に、個々の実施とスプレーデー
タとが、従来技術の機械バーナと、従来の内部バ
ーナーと、本発明により構成された内部バーナー
と用いた例で示されている。

スプレー粉末：NiAl95／５％ 粒子粒度：−325メツシユ 粒子形状：外側にAl粒子が重ねられたNi球体 プラズマ火炎：Ar／H₂混合物 濃厚に噴霧され強個に付着するスプレー層のため
のコーテイング要素： Ａ 従来技術の機械バーナー： スプレー間隔：130mm プラズマエネルギー：43kw スプレー面積直径（領域及び）：25mm ガンの水冷却：12／min 溶解粉末量：80ｇ／min Ｂ 従来技術の内部バーナー： スプレー間隔：35mm プラズマエネルギー：28kw スプレー面積回転対称直径（領域及び）：
15mm ガンの水冷却：５／min 溶解粉末量：40ｇ／min Ｃ 本発明により構成された内部バーナー： スプレー間隔：５mm プラズマエネルギー：4.5〜10kw スプレー面積長円形直径（領域及び）：12
mm バーナーの水冷却：10／min 溶解粉末量：20ｇ／min

【図面の簡単な説明】

第１図は内面コーテイングのための本発明のプ
ラズマスプレーガンの実施態様全体の縦断面図、
第２図は、図解的に示す、第１図のバーナーヘツ
ドの拡大部分断面図、第３図は前記プラズマスプ
レーガンの電極及びバーナーノズルの図解的側面
断面図、第４図は第３図の装置の図解的前面図、
第５図は回転対称バーナーノズル電極形状の場合
における静電スプレー線図におけるコーテイング
効果と層の厚さ分布との図解図、第６図は本発明
のバーナーノズル電極形状による、静電スプレー
線図におけるコーテイング効果と層の厚さ分布の
図解図、第７図はバーナー保持具とそのシールの
図解図、第８図は２つの別個の冷却水回路による
供給部の一例を示し、 第９図はタービン翼と内面がコーテイングされた
ホルダー溝とを持つたタービンデイスクの図解図
である。 １……プラズマスプレーガン、２……鋳造部
分、３……開放可能部分、４……陰極半殻体、５
……陽極半殻体、６……絶縁板、８……ノズルリ
ング、１０……電極、１１……ガス分配リング、
１２……バーナーノズル、１３……粉末噴射器、
１５……半球状ヘツド、１６……傾斜面、１７…
…内側環状面、１４，２０……冷却通路、２１，
２２……Ｏリング、２４，２５……通路、３１…
…導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パイプや被加工物の穴に挿入しかつこれらの
   被加工物の内面をコーテイングするための冷却さ
   れた電極１０とバーナーノズル１２とを含んでな
   るプラズマスプレーガンであつて、 (a) 前記電極１０は、そのヘツド１５の部分が対
   向する側面に傾斜面１６を有する実質的に回転
   対称の形状とされ、 (b) 前記電極１０の直径が前記バーナーノズル１
   ２の最小内径より小さく、 (c) 前記電極１０から離れて対面する端部上の前
   記ノズル１２がその最小内径より大きな内径を
   持つた少なくとも１つの部分領域を有し、 (d) 粉末噴射器１３が平坦な断面を有しかつプラ
   ズマスプレーガン内に突入している ことを特徴とする、プラズマスプレーガン。 ２ 電極１０がその半球状ヘツド１５上に２つの
   直径方向に対向する傾斜面１６を有していること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズ
   マスプレーガン。 ３ バーナーノズル１２が、その最小内径部から
   電極を離れて、大きな直径の内側環状面１７を有
   する出口部分へと円錐状に拡大されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   のプラズマスプレーガン。 ４ 粉末噴射器１３の平坦な出口断面の縦方向軸
   線が前記電極１０の傾斜面１６間の接合ラインに
   直角に配置されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項又は第３項記載のプラズマスプレー
   ガン。 ５ 電極１０とバーナーノズル１２とが２つの
   別々の水回路１４，２０によつて冷却されること
   を特徴とする前記特許請求の範囲各項中の１項に
   記載のプラズマスプレーガン。 ６ ノズルリング８が、環状ガス防御スリーブを
   介する表面の冷却とスプレーごみの吹き出しのた
   めに設けられていることを特徴とする前記特許請
   求の範囲各項中の１項に記載のプラズマスプレー
   ガン。 ７ ガス冷却とスプレーごみの吹き出しとがバー
   ナーノズルにおいて直接生じるような別の導管３
   １が設けられていることを特徴とする前記特許請
   求の範囲各項中の１項に記載のプラズマスプレー
   ガン。 ８ 前記バーナー１が、その全構成部分が摩耗を
   受けないような強固な鋳造部分２と、容易に取り
   替える、電極１０とバーナーノズル１２と粉末噴
   射器１３とを含む、摩耗を受ける要素を担持して
   いる開放可能な部分３とからなることを特徴とす
   る前記特許請求の範囲各項中の１項に記載のプラ
   ズマスプレーガン。 ９ 開放可能な部分３が絶縁板６によつて隔離さ
   れている２つの組立て可能の半殻体４，５を有し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載のプラズマスプレーガン。 １０ バーナーノズル１２がその冷却通路２０に
   体してＯリング２１，２２によつてシールされ、
   Ｏリング２１，２２のシートが、バーナーノズル
   １２上で４つのシール面のうちのせいぜい１つに
   直接接触しまた良好な熱導体の冷却された構成部
   分上で４つのシール面のうちの少なくとも２つに
   接触するように構成されていることを特徴とする
   前記特許請求の範囲各項中の１項に記載のプラズ
   マスプレーガン。 １１ 通路２４，２５が、冷却通路２０から前記
   Ｏリング２１，２２へと設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１０項記載のプラズマ
   スプレーガン。