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的制造方法
【专利说明】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
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年5月28日提交的美国临时专利申请N0.61/828，102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N0.14/090, 885的优先权，上述申请的内容通过参引在此并入。
技术领域
[0003]本公开内容总体上涉及用于对封闭结构件一一例如管一一的内表面进行热处理的装置。
【背景技术】
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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】
[0011]附图示出了一个或更多个示例实施方式，在附图中:
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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；
[0015]图2(d)是位于管内部的加工头的一部分的纵向截面图；
[0016]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；
[0017]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；
[0018]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。
[0019]图3(d)是冷却剂分配组件的纵向截面图。
[0020]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】
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]加工头