CS205074B2 - Method of the high-speed opening of the thermochemical reaction on the surface of the workpiece determined for the descaling - Google Patents

Description

Vynález se - týká způsobu mžikového zahájení termochemické -reakce na povrchu kovového -obrobku určeného k odokujnéní.

Vynález se tedy týká obecně termochemického -odstraňování kovu s povrchu obrobku, což se obvykle nazývá -čištění plamenem- nebo loupání, popřípadě odo-kujnění. Zejména ' se vynález týká vyvolávání mžikových nebo „letmých startů“ pro loupači děje. „Letmý start“, kteréhožto -výrazu se používá - jak - v popisu, tak i v definici, znamená skutečně mžikové zahájení -termochemické reakce -na obrobku, který se pohybuje vůči čisticímu, popřípadě loupacímu stroji normální loupači -rychlostí, tj. -obvykle rychlostí - asi od 6 až do 45 m/min. Dolního konce tohoto- rozsahu -se užívá- pro loupání chladných obrobků >a horního konce pro- loupání horkých obrobků.

V příslušném oboru je velmi -dobře známo, že loupači reakce se zahájí tím, že se kovový obrobek předehřeje na jeho teplotu tavení nebo - na teplotu zápalnou — normálně předehřívacími plameny směrovanými na poměrně malou oblast — -dříve, -než 'se působí na roztavenou kaluž šikmo směrovaným proudem čisticího kyslíku. Proud -čisticího kyslíku má -dvojí účel, a to především - provádět termochemickou reakci s kovem, a za druhé odfukovat - kov, který již zreagoval, čímž -se čisticí reakci vystaví čerstvý kov.

Dlouho bylo- používáno - kovových - tyčí pro- dosažení rychlejších ' - startů - při -ručních loupačích operacích, jak - je to například popsáno - - v USA pat. spisu č. - ' 2 235 - 890. Zde musí být - obrobek nepohyblivý a - - pracovník musí být --v - důsledku své -osobní schopnosti - způsobilý manipulovat - ' ' jak s - časováním proudu čisticího kyslíku, - tak i s ^: ' úhlem - hořáku -a- tyče. ' Zahajování mechanizovaných loupačích reakcí s tyčovými -dráty je -rovněž známo, - jak je popsáno- v pat. spisu USA č. 2 309 -096. Loupači starty tam popsané - jsou však rovněž možné pouze na nepohyblivém obrobku.

Letmé -starty prováděné - za pomoci kovového prášku jsou popsány v USA pat. spisu č. 3 216 -867 a starty prováděné elektrodou připojenou- na proud jsou - popsány -v pat. spisu USA č. '2 513 425 a v pat. spisu USA č. 3 658 599. Rychlé opotřebení zařízení dopravujícího prášek způsobuje, že starty pod práškem jsou- nespolehlivé a tato -skutečnost včetně ceny kovového· prášku vyvolává neuspokoj.ivost práškových startů. Problémy spojené se starty ovládanými -elektrickou -energií jsou poměrně -složité.

Přenesené elektrické oblouky, , - kdy obrobek je -částí elektrického- obvodu, vyžadují elektrický kontakt -s pohybujícím se obrob205074

4 kem. Nepřenesené elektrické oblouky, kdy obrobek není v obvodu, - vyžadují, aby elektroda byla krajně blízká - k povrchu obrobku, aby se přenášelo dosti tepla - pro uvedení obrobku na zápalnou teplotu. To- je nepraktické v -důsledku omezení prostoru a v důsledku toho, že velký -rozsiřik loupači reakce ničí obloukový hořák.

V nejnovější době bylo zjištěno, jak je popsáno v pat. -spisech USA č. 3 966 603 a 3 991 985, že letmé starty mohou být prováděny uvedením čištěného kovového- povrchu do -styku s- horkým drátem. Horký drát se uvede na zápalnou teplotu teplem- predehřívacích plamenů loupači jednotky nebo- nějakým vnějším zdrojem tepla. I když se tento postup ukázal úspěšným za okolností, kdy mělo- být prováděno -několik místních loupačích dějů, je zapotřebí upravit větší počet jednotek pro podávání drátu, a to v počtu odpovídajícím počtu použitých loupačích jednotek.

Je patrno,, že dosud bylo stále nutné použít pomocného materiálu,jako - kovového prášku nebo drátů, pro uvedení obrobku na zápalnou teplotu.

Pro- účely tohoto popisu se -pod pojmem tryska o vysoké intensitě rozumí, že -rychlost průtoku - kyslíku rozptylovací tryskou je větší než rychlost proudu kyslíku ekvivalentní šířkou loupači trysky.

Vynález je založen na -zjištění, že- laserový paprsek -s vysokou - -intensitou může být - zaostřen na velmi malé místo na kovovém povrchu, popřípadě obrobku určeném- k čištění, přičemž na toto místo již -naráží intensivní - paprsek kyslíku nebo -vchází - současně do styku --s takovou tryskou -a mžikově způsobí, že se zahájí termochemická -reakce na takovém velmi malém místě a pak -se rozšíří až - na - úplný místní loupači průpich, který je obvykle široký -6 až 25 cm.- Bylo známo, že laserový paprsek - může uvést malou plochu (o průměru 0,1 až -1 mm a o hloubce 1 mm až 0,1 -mim) mžikově - na její teplotu tavení. Avšak - bylo neočekávaně zjištěno, že takové malé mělké místo' -roztaveného kovu může být rozšířeno - kyslíkovým paprskem o vysoké intensitě na plnou šířku místního - loupacího průpichu. - - Bylo - předpokládáno, -že kyslíkový paprsek -o - - vysoké intenzitě odfoukne takové- malé množství roztaveného- kovu -dříve, než se zahájí termochemická reakce, nebo -že -ochladí příslušné - místo -dostatečně, takže se -reakce nezahájí.

Očelem vynálezu -proto je vytvořit jednoduchý postup, který by byl schopen vyvolat mžikové čili letmé starty na obrobku bez - použití pomocného - -materiálu (například prášku nebo - drátu) nebo elektrického -oblouku.

Vynález má také za účel vytvořit postup, který je - — v jediném průchodu přes povrch - -obrobku — schopen vytvořit větší počet mžikově zahájených, nahodile umístěných selektivních loupačích zářezů na povrchu obrobku pohybujícího -se - normální loupači rychlostí.

Všech těchto a dalších účelů se dosáhne vynálezem, který záleží ve způsobu mžikového zahájení termochemické reakce na povrchu kovového obrobku určeného k odokujnění.

Podle -vynálezu se - v podstatě předem zvolené místo na tomto povrchu, kde má začít odokujňovací -reakce, uvede do- styku s laserovým- svazkem pro uvedení tohoto místa na jeho zápalnou teplotu, na povrchu tohoto místa se vede paprsek plynného kyslíku s vysokou intensitou, čímž se vyvolá -mžikový začátek odokujňovací reakce a vytvoření roztavené kaluže na - uvedeném místě, pokračuje -se ve vedení kyslíkového paprsku o vysoké intensitě na uvedenou kaluž, -až se tato kaluž rozšíří na předem zvolenou šířku.

Podle výhodného provedení vynálezu se vyvolá relativní -pohyb mezi obrobkem -a laserem a -kyslíkovým paprskem pří normální odokujňovací rychlosti bez přerušení před uvedením místa, kde má začít odokujňovací reakce, do styku -s laserovým svazkem a před vedením paprsku plynného kyslíku na toto místo a při těchto- krocích.

Podle dalšího provedení vynálezu se relativní pohyb -mezi obrobkem a laserem -a kyslíkovým paprskem zahájí při normální odokujňovací -rychlosti po -styku laserového svazku s uvedeným místem na povrchu obrobku.

S výhodou se laserový svazek uvede do styku -s -povrchem- obrobku v místě ležícím uvnitř části povrchu obrobku -obsahující oblast, - která je ve styku s proudem kyslíkového paprsku o vysoké intensitě po jeho -dopadu na tento povrch, a probíhá za tuto oblast až do- vzdálenosti 10 cm před bodem, ve kterém - se -středová čára kyslíkového paprsku setká s- povrchem obrobku.

Podle -výhodného provedení - vynálezu se kyslíkový paprsek o vysoké intensitě na místo obrobku směruje pod dopad.ovým - úhlem 30° až- 80°, kterýžto úhel je tvořen středovou osou paprsku a povrchem obrobku a - .má -takovou -orientaci, že kaluž -se rozšíří kolmo ke směru, relativního pohybu.

S výhodou se -na roztavenou kaluž vede plošný proud odokujňovacího kyslíku v -ostrém úhlu k povrchu obrobku.

Podle dalšího provedení vynálezu - se intensita plošného- proudu odokujňovacího - kyslíku- postupně co -do intensity -zmenšuje směrem k -okrajům tohoto proudu a dosáhne nulové Intensity -na bočních okrajích -otvoru, ze kterého- je proud vypouštěn.

S výhodou se intensita plošného proudu odokujňovacího kyslíku postupně zmenšuje směrem k -okrajům proudu, -avšak zůstává větší než nulová intensita na bočních okrajích otvoru, ze kterého je -proud vypouštěn.

Podle jiného provedení je intensita - plošného proudu odokujňovacího kyslíku- v podstatě - rovnoměrná na celé šířce -otvoru, ze kterého je vypouštěn.

Šířka plošného proudu kyslíku je účelně taková, že šířka vytvořeného zářezu je rovna - nebo větší než šířka započaté kaluže.

Podle jiného provedení je šířka plošného proudu kyslíku taková, že je stejná nebo větší než šířka započaté kaluže.

Účelně je šířka vytvořeného loupacího zářezu ^: rovna nebo větší než šířka · započaté kaluže.

Výraz „.mžikový“, používaný v souvislosti s provedením termochemického . startu v popisu 1 definici, zahrnuje „letmé starty“, jakož i starty, kde nenastává žádný relativní pohyb mezi · obrobkem a loupacím přístrojem až do okamžiku, kdy laserový svazek vstoupí do styku s předem určeným· místem. V okamžiku styku však se okamžitě zahájí normální loupači rychlost (aniž se čeká na vytvoření kaluže jako u dřívějšího stavu techniky), takže se startovací děj provádí za relativního pohybu mezi obrokem a loupacím přístrojem·. jestliže se po styku s laserovým svazkem pohyb nezahájí okamžitě, vyhloubí kyslíkový paprsek otvor v obrobku v průběhu velmi krátké doby. Relativní pohyb může být ovšem vyvolán. buď tím, že se povrch obrobku pohybuje vůči nepohyblivému loupacímu přístroji, nebo · obráceně.

Pod pojmem „proud čisticího· kyslíku“, jak se ho užívá v popisu a de6inici, se rozumí proud plynného kyslíku, který je namířen šikmo na povrch obrobku a má dostatečnou intensitu, aby termochemicky odstranil. povrchovou vrstvu kovu, obvykle do hloubky 1 až 8 mm, a aby vytvořil loupači zářez široký alespoň 25 mm. Proudy čisticího kyslíku jsou s výhodou plošné, avšak mohou být také kruhové nebo· mít jiný tvar.

Jednotlivý bezotřepový místní loupači zářez může být proveden tím, že se na kaluž vypouští šikmý plochý proud plynného čisticího kyslíku, jehož intensita proudění se postupně snižuje směrem k okrajům proudu a dosahuje nulové intensity na bočních okrajích otvoru trysky, ze kterého· je vypouštěn a který vytváří zářez užší, než je šířka tohoto otvoru.

Má-li být selektivní místní očištění celého povrchu obrobku provedeno v jediném průchodu, pak loupači zářezy musí být provedeny nejen bez otřepů, .avšak také takovým způsobem, že sousední zářezy se ani nepřekrývají ani mezi sebou neponechávají nadměrně vysoká žebra nebo hluboké drážky. To vyžaduje možnosti, aby se na kaluž vypouštěly navzájem po straně k sobě přilehlé proudy čisticího kyslíku, z nichž každého· se intensita proudění postupně snižuje směrem k jeho okrajům .a z nichž každý vytváří loupači zářez, který je alespoň tak široký jako jeho výstupní otvor. Trysky pro vytváření takových loupačích zářezů jsou popsány v USA pat. spisu č. 4 01'3 486. Když tyto loupači jednotky přecházejí přes obrobek normální loupači rychlostí, mohou být předem určeným způsobem spouštěny a zastavovány, aby odstranily jakýkoliv nahodilý obrazec vad umístěný na povrchu obrobku.

Má-li být proveden běžný loupači průpich, může to být provedeno tak, že se směruje šikmý plošný proud čisticího kyslíku na kaluž z obvyklé · obdélníkově tvarované trysky, přičemž intensita proudění je v podstatě rovnoměrná po celé šířce trysky. V takovém případě dává mžikový loupači start tu výhodu, že je možné zahájit loupači nebo čisticí reakci na obrobku, když přijde do jedné čáry s loupacími jednotkami, aniž je zapotřebí zpomalit nebo zastavit buď obrobek, nebo uvedené jednotky za účelem. zahájení čisticí reakce, jak je to nutné, když se používá odvyklých předehřívacích plamenů. Mžikový start umožňuje okamžité zahájení loupacího děje po uvedení přístroje do .styku s obrobkem.

Obr. 1 je nárys znázorňující způsob .a přístroj pro. vytváření jednotlivého bezotřepového. místního loupacího. zářezu se .mžikovým startem podle vynálezu.

Obr. 2 je pohled zpředu na otvor trysky o doku jňovacího kyslíku podle čáry 2—2 v obr. 1.

Obr. 3, 4, 5 a. 6 jsou schematické znázornění .sledu reakcí, pozorováno shora podél čar

3—3 na obr. 1, kterýžto sled nastane · na obrokbu, když se provede mžikový start podle vynálezu.

Obr. 7 znázorňuje v šikmém průmětu přístroj k provádění vynálezu uložený vetknutým způsobem za účelem dálkového řízení.

Obr. 8 a 9 znázorňují pozměněná provedení přístroje podle obr. 7.

Obr. 10 znázorňuje v šikmém průmětu další provedení vynálezu totiž. větší množství sousedních loupačích jednotek k provádění mžikově zahájeného, selektivního mnohazářezového místního loupání celé šířky obrobku v jediném průpichu.

Obr. 11 je pozměněný tvar laserového uspořádání znázorněného na obr. 10.

Obr. .12 je pohled na přední stranu otvorů trysky čisticího kyslíku použité v loupačích jednotkách znázorněných v obr. · 10.

Obr. 13 je pohled shora na obr. 10 a znázorňuje způsob, jakým vynález funguje, aby vytvořil větší počet mžikově zahájených místních . loupačích zářezů v jediném průchodu na celé šířce obrobku.

Podle .obr. 1 je laserová jednotka 1, obsahující zaostřující čočku 4, uložena buď na loupacím stroji, nebo od něho odděleně a uspořádána tak, že laserová skvrna přichází do styku s povrchem .obrobku v bodě A, což je bod, kde má začít místní čisticí reakce, právě před vadným místem. Kyslíková rozšiřovací tryska 2 může být obyčejná tryska s kulatým otvorem 1—5 cm. Bude vytvářet kaluže .o šířce b—25 cm. Tryska 2 je na výstupním konci v úhlu nakloněna k povrchu obrobku, takže průmět střední čáry kyslíkového paprsku (nadále označovaný jako bod dopadu kyslíku) 30, vystupujícího z rozšiřovací trysky, narazí na povrch obrobku v bodě B. Bod A může být před bodem. B a může být . také za· bodem B jako bod C. Bod C je průmět vnitřního průměru rozšiřovací trysky 2. Loupači jednotka 3 sestává z ob205074

7· vyklého horního a -dolního předehřívacího bloku 12, popřípadě 13, které mohou být opatřeny - řadou otvorů 14 a 15 pro předehřívací plameny, míšené předem nebo dodatečně, a vhodnými průchody pro - . pyln. Používá-li ' se předehřívacích plamenů -s -dostatečným míšením - a tyto jsou výhodnější z důvodů větší bezpečnosti, užije - se otvorů 14 a 15 pro - vypouštění topného plynu, který hoří po zapálení přimíšením kyslíkového- proudu -s nízkou - -rychlostí, který - vystupuje ze štěrbiny 16 trysky odokujňovacího kyslíku, tvořené dolním povrchem 17 horního předehřívacího- bloku 12 a horním povrchem 18 dolního* předehřívacfho- -bloku 13. Štěrbinová kyslíková tryska 16 končí ve výstupním otvoru 19. Za účelem- vytvoření - jednotlivého -bezotřepového místního loupacího zářezu- má -otvor 18 tvar znázorněný v obr. -2. Kyslík -a topný plyn -se dodávají do loupači jednotky 3 přívodními vedeními 23 a 21, popřípadě známými pomůckami.

Přístroj znázorněný v obr. 1 působí takto: Nejdříve se předehřívači plameny vycházející z loupači -jednotky 3 zapálí tím, že - . se vyvolá proud topného- plynu z řady předehřívacích -otvorů 14 a 15 a slabý -tok plynného kyslíku- otvorem- 19. Tyto předehřívači plameny, -naznačené čarami 22, narazí na povrch obrobku a jsou odchylovány -vzhůru a nazpět. - Když se vadná oblast, která má být odstraněna nebo· -odloupnuta s pohybujícího se obrobku - W, _dostane na malou vzdálenost před -bod BF, vypustí Se- z trysky 2 paprsek kyslíku o vysoké intensitě a narazí na bod B na povrchu obrobku. Když vadná - oblast dojde - - do bodu A, - uvede -se - laserový -svazek do impulsů a způsobí, že - uvedené místo okamžitě dosáhne zápalné -teploty, čímž se zahájí mžiková ' čisticí reakce. Kyslíkový- paprsek - z -trysky 2 způsobí, že malá kaluž vytvořená laserovým impulsem se velmi rychle rozšíří na svou plnou . šířku, v kteréžto době se tryska -zastaví a proud čisticího kyslíku z -otvoru 19, namířený na bod D na povrchu obrobku, - se zvýší - na jeho - loupači rychlost,- aby převzal -reakci od rozšiřovací trysky. Proud -odokujňovacího kyslíku se udržuje tak dlouho, pokud je zapotřebí provádět loupači zářez.

Kroky následující za zapálením předehřívacích plamenů vypouštěných z loupači jednotky - 3 - - mohou - být - «automatizovány, takže pracují například za pomocí celé řady nařízených -časovačích ústrojí, -relé a solenoidových - ventilů, takže -pracovník - nebo nějaký vhodný signál zahájí a -samočinně provádí shora uvedený -sled kroků. - Druhého -signálu je - zapotřebí pro· - ukončení zářezu zastavením- nebo snížením proudu čisticího kyslíku na množství právě postačující pro udržení předehřívacích plamenů. V tomto -stavu je přístroj připraven k opětnému mžikovému místnímu čištění.

Dalším možným- způsobem provádění shora -uvedených kroků postupu je spustit proud čisticího kyslíku ve -stejné době jako- paprsek- rozlišovací trysky. Tento paprsek, který má větší -náraznou sílu, bude - řídit - průběh teirmochemického děje, - tj. způsobí rozšíření roztaveného místa. Když se pak kyslíkový paprsek rozšiřovací trysky zastaví, „převezme“ proud čisticího kyslíku celou reakci velmi postupným· a - rovnoměrným, i když rychlým způsobem.

Obr. 2 znázorňuje -otvor 19 loupači trysky použité v loupači jednotce podle obr. i pro vytvoření jednotlivého bezotřepové-ho loupacího zářezu. Je důležité -si všimnout, že kritickým parametrem - - takové trysky je - - okolnost, -aby zářez, který vytváří, byl -užší než šířka trysky samotné. Toho je zapotřebí -pro obdržení bezotřepového - -místního loupacího zářezu. Tato· okolnost však zabraňuje, aby takových trysek nebylo použito v těsném sou- i sedství s jinou takovou tryskou, jelikož rovnoběžné zářezy, které tyto- trysky vytvářejí, zůstaví mezi zářezy neočištěný povrch. Z toho důvodu jsou -takové trysky použitelné ₄ pouze pro - provádění jednotlivých bezotřepových zářezů. Obr. 2, který je pohled na obr. i podle čáry 2—2, znázorňuje horní a dolní předehřívači bloky 12 a 13, které obsahují řady horních a dolních otvorů 14, popřípadě 15 pro předehřívači topný plyn. Otvor -19 kyslíkové trysky - obsahuje trojúhelníkové -vložky 25 na každém konci otvoru 19, čímž - způsobí, že okraje kyslíkového proudu vycházejícího z -otvoru 19 jsou -postupně - méně intensivní, tj. mají menší - dopad - na povrch obrobku.

Je třeba poznamenat, - že i kyž v obr. - i - - je bod A za- bodem B, může se tato vzdálenost měnit, takže- -bod A může být za - bodem B ve vzdálenosti - asi od 10 -cm až do vzdálenosti, která je určena průmětem vnitřního průměru trysky - 2, viz bod C. (Bod C je - tedy - - určen velikostí a tvarem trysky 2J. Vzdálenost mezi body A a B - je s výhodou taková, že bod A je -přibližně 1 cm před bodem B. Optimální rozsah vzdálenosti -mezi - body A a - B závisí na úhlu a, ve kterém je - - kyslíkový paprsek směrován na povrch obrobku, - a na velikost trysky paprsku.- Úhel a může - -kolísat asi od 30° do 80°; výhodný úhel je mezi 50° a - 60°. Jessiiže úhel a trysky je -30° a užije-li se -okrouhlé trysky -s -vnitřním průměrem 2 centimetry, má být -rozsah vzdálenosti mezi A a B od 0 do 8 cm. JesUi^e se užije stejné velikosti trysky - a úhel - a je - 80°, pak uvedený _t rozsah je 0 až 3 cm. Bod C, který je průsečíkem průmětu zadní -strany rozšiřovací trysky 2 a ocelového povrchu, je hranicí vzdálenosti, kterou může - být bod - A za - bodem B a -stále provádět - letmý start. ¹

Obr. -3 až 6 jsou náčrty znázorňující, jak se provádějí mžikové nebo letmé starty podle vynálezu. Je důležité si -uvědomit, že sled kroků znázorněný v obr. 3 až 6 představuje reakce, které probíhají v době přibližně -1 -s.

Obr. 3 představuje okamžik, kdy laserový svazek vešel do -styku -s bodem A, což je bod, - kde má -začít místní ' - loupači průpich.

Šipka znázorňuje směr, ve - kterém postupu205074

Je’ obrobek W rychlostí přibližně 15 cm/min. Současně vyvolá kyslík z rozšiřovací trysky 2 zapálení povrchu obrobku. To· zase roztaví oblast 23 -obklopující bod A. Mžikový start je zahájen.

Obr. 4 znázorňuje stejnou oblast přibližně o jednu - čtvrtinu sekundy později než na obr. 3. - Když se -ocelový obrobek dále pohybuje ve směru šipky, začne se roztavená kaluž 24 rozšiřovat působením kyslíkového- paprsku z -rozšiřovací trysky vějířovitým tvarem.

Obr. 5 znázorňuje vadnou oblast přibližně o polovinu sekundy později než obr. 3. Oblast 25 znázorňuje roztavenou kaluž, která je- rozprostřena na pohybujícím se obrobku W trvalým vypouštěním kyslíku z rozšiřovací trysky 2. Když byla kaluž rozšířena na její maximální šířku, -přibližně .25 cm, -zastaví -se kyslík z trysky 2 a -zvětší se průtoková rychlost odokujňovacího kyslíku z loupači jednotky 3 za účelem „převzetí“ čisticí reakce. Proud odokujňovacího kyslíku, který zasáhl kaluž, pokračuje -v loupání v oblasti 26. Oblast 26 obsahuje jak roztavený kov, tak i -strusku na povrchu nečištěné -ocele -a je jasně rozeznatelná od úplně roztavené oblasti kaluže 25.

Způsob, jaký -reakce postupuje, je patrný na obr. -6, který představuje reakci přibližně o jednu sekundu později než na obr. 3. Oblast 27 byla oloupnuta, oblast 28 je roztavena, avšak kov ještě nebyl -odstraněn, -a oblast 39 obsahuje -směs strusky -a -roztaveného kovu na povrchu neočištěné -oceli. Když -se povrch kovu pohybuje pod loupacím přístrojem, prochází třemi jasně -rozeznatelnými obdobími, z nichž první je oblast roztaveného kovu a strusky na povrchu nečištěné oceli, druhé je samotný roztavený kov -a třetí je očištěná oblast. V -době znázorněné na obr. -6 byl proud rozšiřovacíhokyslíku zastaven a provádí -se loupači řez v plné šířce loupači jednotkou 3. Je důležité upozornit, že šířka zářezu z loupači trysky je - stejná jako šířka, na kterou -rozšiřovací tryska 2 -rozšířila kaluž. To je -důležité pro zamezení tvoření otřepů.

Obr. 7 -znázorňuje šikmý průmět přístroje - podle obr. 1, který je -uležen -konsioJovitě, •alby loupači přístroj byl pohyblivý jak v bočním směru napříč šířky -obrobku W, tak i podélně - po jeho- délce. Vodorovný formový člen 31 je pevně připevněn k pultu 32 pracovníka uloženému na kolejnici. Pult- 32 obsahuje řídicí ústrojí pro činnost přístroje, včetně řízení laseru, kyslíku vypouštěného z rozšiřovací - trysky 2, jakož i kyslíku a topných - plynů, které jsou dodávány do- loupači jednotky 3 přívodními vedení 20, popřípadě 21. Pult 32 je -bočně pohyblivý podél obrob^ku ^W, na kolejnicí^ 33. Ozubnice 34^, pevně připojená k jedné z kolejnic, - je v záběru -s motorem poháněným neznázorněným pastorkem uloženým pod pultem 32 -a umožňujícím, aby celá konsotovltě uložená loupači soustava a - pult byly řízené pohyblivé po dél kolejnic 33. Loupači -soustava, sestávající - z - loupači jednotky 3, trysky 2 a laserové soustavy 5, je celá pevně připojena- k vozíku 37, který -se -posouvá nahoru a dolů na desce 38, která zase je pevně - připojena ke skříni 40. Motor 39 slouží k řízenému zvedání a spouštění loupači soustavy neznázorněným uspořádáním -ozubnice -a - pastorku, přičemž ozubnice je pevně připojena k desce 38.

Loupači soustava a -skříň 48 mohou být také mechanicky pohybovány napříč šířky obrobku W motoricky poháněným- pastorkem 35, který zabírá s ozuibnicí 36, pevně připojenou k rámu 31.'

Přístroj znázorněný v obr. 7 může být použit k selektivnímu místnímu odstraňování nahodile umístěných vad na povrchu obrobku tím, že se pohybuje ve -stejné čáře s vadou a pak postupuje podélně - přes vadnou oblast. Oblast 41 znázorňuje typicky -místní loupači zářez, provedený znázorněným- přístrojem.

Obr. 8 znázorňuje další možnost - umístění laserové hlavy 5. V tomto vyobrazení jsou součástky obdobné součástem v -obr. 7 -označeny -stejnými vztahovými značkami. Laser sám je umístěn zvlášť. Použitím optického· uspořádání, v tomto případě hranolu -s úhlem 90°, směruje -se laserový -svazek na -bod B -od pravé strany obrobku. V uspořádání znázorněném na obr. 9 je tryska 2 - namířena na - bod B z pravé strany obrobku W - a způsobuje, že- kaluž -se posouvá směrem k levé -straně obrobku před loupači jednotku 3. Toto· -uspořádání - umožňuje -rozšířit výchozí kaluž -rychleji na širší oblast a -umožní provedení širšího loupacího zářezu než -s uspořádáním trysky o stejných rozměrech, jak je znázorněno v -obr. 7 a 8. Tryska 2 může být - ovšem také umístěna na levé -. straně obrobku - nebo -v kterémkoliv mezilehlém místě. Lze také použít kombinace obsahující dvě takové trysky, totiž uspořádání podle obr. 7 nebo 8, pro- zahájení rozšiřování kaluže na obr. 9.

Obr. 10 znázorňuje v šikmém průmětu větší počet loupačích jednotek opatřených tryskami pro provádění selektivního, mnohazářezového místního loupání s mžikovými nebo- - letmými starty na celé šířce -obrobku- W v jediném- průpichu. Soustava loupačích jednotek 51, laserová hlava 52 s - četnými optickými ústrojími a rozšiřovací tryska 53 jsou všechny pevně uloženy na pohyblivém vozíku 54, který pojíždí po kolejnicích 55 a 56 prostřednictvím pohybového - ústrojí napříč - ozubnice a pastorku. Kolejnice 55 a 56 jsou - pevně uleženy na nosných členech 57. Laserová soustava 52 může obsahovat -skříň H proplachoivanoiu dusíkem _ nebo- jiným plynem. - Ve skříni H jsou v předem - určených intervalech umístěny hranoly - P -s úhlem 90°,, částečně - propouštějící a- částečně odrážející. - - Hranoly umožňují štěpení energie- laserového - svazku a její rozdělení na větší počet míst na povrchu obrobku. - Jiná možnost je použít zrcadel -s úhlem 9O°, -která jsou za205074 řazena do dráhy svazku nebo mimo dráhu svazku za účelem směrování svazku к žádanému místu. Lze ovšem užít jakékoliv optické soustavy na zásadě buď štěpení svazku, nebo výběru svazku. Celá soustava přilehlých loupačích jednotek s letmým startem může postupovat po celé délce obrobku W, čímž celá šířka může být selektivně loupána nebo čištěna při normální loupači rychlosti selektivním uváděním v činnost každé z loupačích soustav odděleně. I když v přístroji znázorněném na obr. 10 je obrobek nepohyblivý a loupači přístroj se přes něj pohybuje, je možné a v některých případech výhodné, udělat to obráceně; totiž upravit loupači přístroj nepohyblivě a obrobky pod ním postupují na válcích poháněných normální loupači rychlostí.

Obr. 11 znázorňuje další provedení přístroje znázorněného v obr. 10. U tohoto provedení směruje jedno zrcadlo M laserový svazek od laserové hlavy L na větší počet pevných zrcadel F, uložených tak, že směrují svazek dopadající na tato zrcadla na povrch obrobku W zaostřující čočkou G.

Když se provádí mnohazářezové selektivní místní loupání přístrojem znázorněným v obr. 10 a 11, kterým lze provést dva nebo několik zářezů navzájem se trvale přesahujících a které mohou být spuštěny v různých dobách, avšak u nichž rychlost obou přístrojů je určena relativním pohybem mezi obrobkem a loupači soustavou, nelze připustit žádnou přestávku nebo zpomalení v loupači rychlosti od okamžiku započetí prvního zářezu až do ukončení posledního zářezu. Příčinou toho je, že přestávka by nekontrolovatelným způsobem ovlivnila zářez právě probíhajícím působením přilehlé jednotky. Jinými slovy, musí-li být soustava zpomalena, například pro předehřívací účely jako u dosavadních přístrojů, vyhloubí přilehlá soustava, ve které je čisticí kyslík spuštěn, hluboký otvor v obrobku. Je tedy zřejmé, proč nelze připustit žádné zpomalení mnohazářezového selektivního bodového loupacího děje a proč mžikový nebo letmý start má takovou zásadní důležitost pro správnou funkci způsobu podle vynálezu.

Kromě toho je důležité, aby tento způsob nevyvolával loupači zářezy, které buď přesahují oblast určenou pro loupání přilehlou jednotkou, nebo vyvolávají nadměrné otřepy nebo žebra me.zi sousedními loupacími zářezy. Tomuto požadavku se vyhoví tím, že se upraví „skupinové“ trysky s loupacím kyslíkem, tj. větší počet přilehlých loupačích jednotek s tryskami znázorněnými na obr. 1'2.

Obr. 12 znázorňuje přední stranu loupačích jednotek užitých pro skupinové loupači trysky podle obr. 10. Tyto trysky obsahují každá řadu horních a dolních otvorů 61 a 62 pro palivový plyn s dostatečným míšením, a to nahoře, popřípadě pod výstupním otvorem 63 pro loupači kyslík. Otvor 63 je typicky vysoký přibližně 0,i6 cm a široký cm. Jeho okraje jsou částečně uzavřeny koncovými stěnovými členy 64. Tyto členy jsou typicky přibližně 3 cm dlouhé podél spodního okraje, 0,4 c,m vysoké (ina jejich největší výšce) a obsahují šikmý výřez a vnitřním úhlem přibližně 10°. Takové koncové stěnové členy 64 jsou upraveny na každém konci každého otvoru 63 loupacího kyslíku, aby proud kyslíku byl směrem к okrajům každé jednotky postupně zmenšován, ainiž by se však úplně uzavřel okraj jednotky, jak tomu je v případě otvoru znázorněného na obr. 2. Zatímco otvory typu znázorněného na obr. 2 vytvářejí na obrobku loupači zářez, který je užší než šířka otvoru, ze kterého je kyslík vypouštěn, vytváří skupinový otvor 63 podle obr. 12 zářez, který, i když se zužuje směrem к jeho vnějším okrajům, má alespoň stejnou šířku jako otvor 63 samotný.

Obr. 13 je pohled shora znázorňující způsob, jakým přístroj znázorněný v obr. 10 a 11 působí za účelem vytvoření selektivních mnohazárezových místních loupačích zářezů s letmými starty na obrobku. Na obr. 10 je znázorněn větší počet přilehlých loupačích jednotek 51, z nichž každá obsahuje kyslíkovou rozšlřovací trysku 53 a optickou soustavu s hranoly P a zaostrovacími čočkami v trubici T a ke každé loupači jednotce je upraveno ústrojí pro přívod kyslíku a topného plynu.

Oblasti obsahující vady na povrchu obrobku W, které mají být místně odstraněny, jsou označeny 81, 82, 83, 84 a 85. Když pohybující se skupina přilehlých loupačích jednotek (nyní označených značkami 71, 72, 73, 74 a 75) přijde do styku s obrobkem W, musí být proveden letmý start jednotkou 74, když dojde к přednímu konci 86 oblasti 84, a jednotka musí zůstat v činnosti, až dosáhne zadního konce 87 oblasti 84, v kterémžto okamžiku se jednotka 74 odpojí, zatímco jednotky 71 a 72 provedou letmý start. Když skupina loupačích jednotek postupuje přes obrobek, zůstane jednotka 72 v činnosti, až dosáhne zadního konce vadné oblasti 82, v kterémžto okamžiku se odpojí buď pracovníkem, nebo mechanickým, nebo elektrickým signálem, zatímco jednotka 71 zůstane v činnosti. Jednotka 74 se opět spustí za účelem místního loupání oblasti označené 85. Když se skupina loupačích jednotek přiblíží к začátku oblasti 83, spustí se jednotka 73, jednotka 74 se zastaví, když se dosáhne konce oblasti 85 a jednotka 71 se zastaví, když se dosáhne konce oblasti 81. Při celém průpichu místního loupání zůstává jednotka 75 odpojena, jelikož v tom pásmu obrobku, přes které tato určitá jednotka přechází, nejsou obsaženy žádné vady.

Příklad

Množství laserové energie potřebné к provádění tohoto vynálezu bude kolísat v závislosti na takových proměnných, jako je loupači rychlost, složení a teplota obrobku, proudění a -čistota kyslíku atd. Avšak za účelem ilustrace zásad vynálezu pro- použití odborníky bude nyní podán příklad jedné možnosti provádění vynálezu.

Bylo použito- zařízení znázorněného- v obr.

1. Šířka loupači jednotky byla 15 cm. Proud kyslíku- otvorem' 19 byl 570 m3/h. Proud topného plynu byl 40- - m³/h. Rychlost obrobku vůči loupači jednotce byla 14m/min. Kyslíková rozšiřovací tryska měla okrouhlý průřez a měla vnitřní průměr -22 cm. Úhel trysky k o-celi byl -50°. Proud kyslíku z rozšiřovací trysky byl 850 m³/h. Laser byl polovodičový impulsový laser Nd/YAG. Průměr svazku vystupujícího z laseru byl 1 cm. Roz-bíhavost svazku byla -5 milliradiánů. Šířka laserového· impulsu byla 1,0 mikrosekund. Energie laseru byla - 50 joulů. Velikost laserové skvrny měla průměr 2,0 mm a laserová skvrna A byla 1 cm před průmětem B . -střední čáry rozšiřovací trysky. Čočky o- ohniskové vzdálenosti 50 cm bylo použito pro zaostření svazku na jedno- místo.

Při práci byl zapálen plamen loupači jednotky a zahájen -relativní pohyb -mezi loupači jednotkou a obrobkem. Signál pro- započetí místního- loupání zahajil proud z rozšiřovací trysky a když bylo dosaženo- plného proudu, byl laser uveden do impulsů za vytvoření roztaveného -místa v oceli a- -mžikové zahájení termochemické reakce. Přibližně V2 -sekundy po laserovém impulsu byl proud kyslíku z rozšiřovací trysky postupně zastavován, takže з/з -sekundy po impulsu byl tok rozšiřovací trysky nulový.

Claims (12)

1. PŘEDMÉT

   1. Způsob mžikového zahájení termochemické reakce na povrchu kovového- obrobku určeného -k odokujnění, vyznačující -se tím, že předem zvolené místo na tomto- povrchu, kde má začít odokujňovací reakce, -se uvede do styku -s laserovým svazkem pro uvedení tohoto- místa na jeho zápalnou teplotu, na povrchu tohoto místa se vede paprsek plynného· kyslíku s -vysokou intenzitou, čímž se vyvolá mžikový začátek o-dokujňovací reakce a vytvoření roztavené kaluže na uvedeném místě, pokračuje se ve vedení kyslíkového paprsku o- vysoké intezitě na uvedenou -kaluž, -až se tato kaluž rozšíří -na předem zvolenou šířku.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se vyvolá relativní pohyb mezi obrobkem a laserem a kyslíkovým paprskem při normální odokujňovací rychlosti bez přerušení před uvedením místa, kde má -začít odokujňovací reakce, -do styku s laserovým svazkem a před vedením paprsku plynného kyslíku na toto- místo a při těchto- krocích.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že relativní pohyb mezi obrobkem a laserem a kyslíkovým paprskem- se zahájí při normální -odokujňovací rychlosti po styku la-

   Odkujňovací proud byl -spuštěn tak, že alespoň '50 % plného proudu -bylo dosaženo, když laser pulsoval. Odokujňovací kyslík -pak udržoval loupači průpich, až tento- průpich byl ukončen předem určeným signálem. Šířka vytvořeného průpichu byla 15 cm, hloubka byla -3 mm. Teplota oceli byla 20 C Složení byla nízko -uhlíčená ocel a topným plynem byl zemní -plyn.

   Způsob podle vynálezu -může být prováděn zapálením plamene loupači jednotky z roztavené kaluže vytvořené laserem a rozšiřovací -tryskou.

   I když vynález byl popsán se zřetelem- na určitá výhodná provedení, je zřejmé, že lze provést různé úpravy -co do uspořádání částí a - co - do- posloupnosti jednotlivých kroků, aniž se vyjde z rozsahu nebo· odchýlí od zásady -vynálezu. Například je možné použít kontinuálního laserového· -svazku, jelikož čára tvořená takovým -svazkem bude -odloupnuta, když loupači reakce postupuje.

   Také lze použít dvou - nebo více kyslíkových paprsků ze -dvou nebo více trysek o různých tvarech a velikostech za účelem rozšíření roztaveného místa vytvořeného- laserem na jakoukoliv žádanou -šířku -místního- loupání. Dále lze užít -dvou nebo více laserových hlav, je-li to- potřebné nebo žádoucí. I když byl vynález popsán v souvislosti -s termochemickým čištěním těles ze železného- kovu, je zřejmé, že vynález je i^ptřebiiieelný pro- jakékoliv kovové těleso, které je způsobilé pro termochemické čištění -za použití kyslíku.

   VYNALEZU sérového -svazku -s -uvedeným -místem na povrchu obrobku.
4. 4. Způsob podle bodu 2, vyznačující -se tím, že laserový svazek -se uvede do styku -s -povrchem -obrobku v místě - ležícím uvnitř části povrchu obrobku, obsahující oblast, která je ve -styku - s proudem kyslíkového- paprsku o vysoké intenzitě po jeho dopadu na -tento povrch a probíhá za tuto -oblast - až do vzdálenosti 10 cm před bodem, ve kterém středová čára kyslíkového paprsku se setká -s povrchem obrobku.
5. 5. Způsob podle bodu 2, vyznačující -se tím, že kyslíkový paprsek o vysoké intezitě se na místo- obrobku směruje pod dopadovým úhlem 30° -až 80°, kterýžto- úhel je tvořen středovou osou paprsku a povrchem obrobku a -má takovou orientaci, že kaluž se rozšíří kolmo ke směru relativního - pohybu.
6. 6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že -se na roztavenou kaluž vede plošný proud odokujňovacího kyslíku v ostrém úhlu k povrchu obrobku.
7. 7. Způsob podle bodu -6, vyznačující se tím, že intezita plošného proudu odokujňovacíhokyslíku se postupně co- do intenzity zmenšuje směrem k okrajům tohoto- proudu- a

   1S dosáhne nulové intenzity na bočních okrajích otvoru, ze kterého je proud vypouštěn.
8. 8. Způsob podle bodu 6, vyznačující se tím, že intenzita plošného proudu odokujňovacího kyslíku se postupně zmenšuje směrem к okrajům proudu, avšak zůstává větší než nulová intenzita na bočních okrajích otvoru, ze kterého je proud vypouštěn.
9. 9. Způsob podle bodu 7, vyznačující se tím, že intenzita plošného proudu odokujňovacího kyslíku je v podstatě rovnoměrná na celé šířce otvoru, ze kterého je vypouštěn.
10. 10. Způsob podle bodu 7, vyznačující se tím, že šířka plošného proudu kyslíku je taková, že šířka vytvořeného zářezu je rovna· nebo· větší než šířka započaté kaluže.
11. 11. Způsob podle bodu 8, vyznačující se tím, že šířka plošného proudu kyslíku je stejná nebo větší než šířka započaté kaluže.
12. 12. Způsob podle bodu 9, vyznačující se tím, že šířka vytvořeného loupaicího zářezu je rovna nebo větší než šířka započaté kaluže.