DE2600876A1 - Verfahren zum durchfuehren von flaemmschnellstarts - Google Patents
Verfahren zum durchfuehren von flaemmschnellstartsInfo
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Description
PATENTANWALT DlPL-ING. GERHARD SCHWAN
8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 2600876
L-9768-G 12. Jan. 1976
UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A,
Die Erfindung befaßt sich mit dem thermochemischen Abtragen
von Metall von einer Werkstückoberfläche, ein Verfahren, für das sich der Begriff "Flämmen11 eingeführt hat. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen
von Schnellstarts oder fliegenden Starts bei Flämmarbeitsgängen. Unter einem fliegenden Start soll vorliegend das
praktisch augenblickliche Einleiten einer thermochemischen Reaktion.auf einem Werkstück verstanden werden, das sich
gegenüber der Flämm-Maschine mit seiner normalen Flämmgeschwindigkeit bewegt, d.h. einer Geschwindigkeit
zwischen ungefähr 6 und 45 m/min. Mit Geschwindigkeiten am unteren Ende dieses Bereichs wird beim Flammen von kalten
Werkstücken gearbeitet, während die Geschwindigkeiten am oberen Bereichsende für das Flammen von warmen Werkstücken
benutzt werden.
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Bekanntlich wird eine Flämrnreaktion eingeleitet, indem das
metallische Werkstück auf seine Schmelz- oder Zündtemperatur vorgewärmt wird, was normalerweise mit Hilfe von auf einen
relativ kleinen Bereich gerichteten Vorwärmflammen geschieht,
bevor auf das Schmelzbad ein schräg verlaufender Strom , aus sich rasch vorwärtsbewegendem Flämmsauerstoff aufgeblasen
wird. Der Flämmsauerstoffstrom hat eine zweifache Aufgäbet
zum einen soll er eine thermochemische Reaktion mit dem Metall bewirken; zum anderen soll er das in Reaktion gegangene
Metall wegblasen, wodurch für die Flämmreaktion frisches Metall freigelegt wird.
Es ist seit langem bekannt (beispielsweise US-PS 2 2O5 89O),
Metallstäbe zu verwenden, um bei Handflämmvorgängen raschere
Starts zu erzielen. In diesem Fall muß das Werkstück stillstehen; der Flämmer muß entsprechend geschickt sein, um sowohl
die Zeitdauer des Flämmsauerstoffstroms vorzugeben als auch
den Brenner und den Stab in geeignetem Winkel zu halten. Es ist auch bekannt (US-PS 2 309 096) maschinelle Flämmreaktionen
mit Drähten oder Stäben einzuleiten. Die dort beschriebenen Flämmstarts sind jedoch gleichfalls nur bei einem stillstehenden Werkstück möglich.
In der einschlägigen Technik sind ferner fliegende Starts
bekannt, Ihre Durchführung war jedoch nur mit Hilfe von komplizierten, aufwendigen und unzureichend zuverlässigen
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Verfahren möglich. Infolge dessen hatten sie in der Praxis
nur sehr geringen Erfolg. So ist es bekannt, fliegende
Starts mit Hilfe von Metallpulver (US-PS 3 216 876), oder durch Verwendung einer mit Strom gespeisten Elektrode
(US-PSen 2 513 425 und 3 658 599) durchzuführen. Pulverstarts sind wegen der raschen Abnutzung der Pulverzuführung
unzuverlässig; deshalb sowie angesichts der Kosten des Metallpulvers sind Pulverstarts nicht befriedigend. Die
Durchführung von Starts unter Zufuhr von elektrischem Strom ist wegen der dabei anfallenden Kosten und der verhältnismäßig komplizierten Einrichtungen problematisch.
Bisher war es nicht möglich, einen echten Schnellstart oder einen fliegenden Start an einem sich bewegenden Werkstück
ohne die Anwendung von Metallpulver oder einem mit elektrischem Strom gespeisten Metallstab oder einer keramischen
Elektrode durchzuführen.
Mit der Erfindung soll ein einfaches, kostensparendes und verläßliches Verfahren geschaffen werden, das es erlaubt, einen
Schnellstart oder fliegenden Start an einem Werkstück ohne Zufuhr von Metallpulver oder elektrischem Strom durchzuführen.
Individuelle gratfreie Fleckflämmschnitte sollen an einem metallischen Werkstück sofort vorgenommen werden können, ohne
daß es der Zufuhr von Metallpulver oder von elektrischer Energie bedarf. Im Verlauf eines einmaligen Überfahrens der Werkstück-
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oberfläche sollen mehrere augenblicklich eingeleitete, willkürlich angeordnete selektive Flämmschnitte auf der Oberflache eines Werkstückes ausgeführt werden können, das sich
mit normaler Flämmgeschwindigkeit bewegt. Daneben soll es auch möglich sein, einen momentan eingeleiteten Flämmschnitt
voller Breite auf der Oberfläche eines sich mit normaler Geschwindigkeit bewegenden Werkstückes auszuführen.
Bei einem Verfahren zum Durchfuhren eines thermochemischen
Schnellstarts auf der Oberfläche eines Werkstückes aus einem Eisenmetall wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß das Ende eines aus einem Eisenmetall bestehenden Drahtes, der in einer Sauerstoffatmosphäre auf Zündtemperatur erwärmt
wurde, mit einer vorbestimmten Stelle der Oberfläche, an der die Flämmreaktion beginnen soll, in Berührung gebracht wird,
ein Sauerstoffgasstrahl hoher Intensität unter Einleitung einer sofortigen Flämmreaktion und Ausbildung eines Schmelzbades an der Stelle zum Auftreffen auf einen ungefähr 1 bis 15 cm
hinter der Stelle liegenden Punkt der Oberfläche gebracht wird
und ein Sauerstoffstrahl hoher Intensität weiter auf das
Schmelzbad gerichtet wird, bis sich das Schmelzbad auf «ine
vorbestimmt· Breite ausgedehnt hat.
Der vorliegend verwendet« Begriff "Schnellstart" soll sowohl
fliegende Starts als auch Starts einschließen, bei denen zwischen dem Werkstück und der Flämmvorrichtung keine Relativ-
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bewegung erfolgt, bis der Kontakt zwischen dem heißen Draht und der vorbestimmten Stelle hergestellt wird. Im Augenblick des Kontaktes wird jedoch sofort mit der normalen
Flämmgeschwindigkeit begonnen (ohne daß in der bekannten Weise auf die Ausbildung des Schmelzbades gewartet wird),
so daß der Start erfolgt, während sich Werkstück und Flämmvorrichtung gegeneinander bewegen. Würde die Vorschubbewegung
nicht sofort bei dem Kontakt mit dem heißen Draht eingeleitet, würde der Sauerstoffstrahl innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne in dem Werkstück ein Loch ausbilden. Es versteht sich,
daß die Relativbewegung erfolgen kann, indem entweder die Werkstückoberfläche gegenüber einer stillstehenden Flämmvorrichtung bewegt wird oder umgekehrt.
Nachdem das Schmelzbad auf seine vorgewählte Breite ausgebreitet ist, ist der Schnellstart abgeschlossen. Der Ausbreitsauerstoffstrom kann dann eingeschaltet bleiben und benutzt
werden, um die Flämmreqktion durchzuführen; er kann aber auch abgeschaltet werden, und es kann ein anderer Sauerstoffstrom zum Auftreffen auf das ausgebreitete Schmelzbad unter
einem spitzen Winkel zur Werkstückoberfläche gebracht werden, um die Flämmreaktion zu übernehmen und durchzuführen. Die
Art des erwünschten Flämmschnittes bestimmt die Art des FlämmsauerstoffStroms, der vorgesehen wird, um die Flämmreaktion von dem Ausbreitstrom zu übernehmen.
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Ein einzelner gratfreier Fleckflämmschnitt läßt sich durchführen, indem auf das Schmelzbad ein schräger, flächiger
Flammsauerstoffgasstrom gerichtet wird, dessen Strömungsintensität in Richtung auf die Ränder des Stromes allmählich
vermindert wird, um an den Seitenkanten der DUsenöffnung,
aus welcher er austritt, die Intensität Null zu erreichen;
dabei wird ein Schnitt ausgebildet, dessen Breite kleiner als
die Breit« der Austrittsöffnung ist.
Soll ein selektives Fleckflänvnen der gesamten Oberfläche eines
Werkstuckes in einem einzigen Durchgang erfolgen, müssen die Flämmschnitte nicht nur gratfrei sein, sondern auch in der
Weise ausgebildet werden, daß einander benachbarte Schnitte sich weder überlappen noch übermäßig hohe Wülste oder tiefe
Auskehlungen zwischen den Schnitten entstehen. Dies erfordert die Möglichkeit, am Schmelzbad seitlich aneinander angrenzende
Flämmsauerstoffströme austreten zu lassen, deren Strömungsintensität jeweils in Richtung auf ihre Ränder allmählich abnimmt
und von denen jeder einen Flämmschnitt erzeugt, der mindestens ebenso breit wie die betreffende Austrittsöffnung ist. Wenn
diese Flämmeinheiten mit normaler Flämmgeschwindigkeit Über
das Werkstück laufen, können sie in vorgewählter Weise ein- und ausgeschaltet werden, um jede beliebige willkürliche
Verteilung von Fehlerstellen auf der Werkstückoberfläche auszuflammen. Soll ein herkömmlicher Flämmvorgang ausgeführt
werden, kann dies erfolgen, indem ein schräg verlaufender
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flächiger Flämmsauerstoffstrom, dessen Strömungsintensität
Über die volle Breite im wesentlichen gleichförmig ist, von
einer herkömmlichen rechteckförmigen DUse aus auf das Schmelzbad gerichtet wird. In einem solchen Fall bietet der Flammsehne.1 Istart den Vorzug, daß die Flämmreaktion auf einem
Werkstück eingeleitet werden kann, wenn dieses mit den Flammeinheiten in entsprechende Ausrichtung kommt, ohne daß das Werkstück oder die Flämmeinheiten verlangsamt oder angehalten zu
werden brauchen, um die Flämmreaktion beginnen zu lassen, wie dies bei der Verwendung von herkömmlichen Vorwärmflammen erforderlich ist. Der Schnellstart erlaubt es, mit
dem Flämmvorgang unmittelbar auf den Kontakt der Vorrichtung mit dem Werkstück hin zu beginnen.
Oi* Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Xn den beiliegenden
Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, aus der das Verfahren und die dabei verwendete Vorrichtung zum
Durchführen eines einzelnen gratfreien Fleckflämmschnittes mit einem Schnellstart entsprechend
der Erfindung zu erkennen sind;
Fig. 2 eine Stirnansicht der Flämmsauerstoffdlisenöffnung
entsprechend der Linie 2-2 der Fig. 1{
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Fig. 3, 4, 5 und 6
schematische Darstellungen, die, gesehen νοττ ofcreiT
entlang der Linie 3-3 der Fig. 1, die Folge von Reaktionen erkennen lassen, die auf dem Werkstück
bei der Durchführung eines erfindungsgemäSen •Schnellstarts stattfinden,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung bestimmten Vorrichtung, die zum Zwecke der Fernsteuerung an einem
Ausleger montiert ist}
Fig. β eine abgewandelte AusfUhrungsform der Vorrichtung nach
Fig. 7;
Fig« 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der mit mehreren
einander benachbarten Flämmeinheiten gearbeitet wird,
um in einem einzigen Durchgang für ein selektives Mehrschnitt-Fleckflämmen der vollen Werkstückbreit·
mit Schnellstart zu sorgen}
Fig. 11 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 9, aus der zu erkennen ist, wie mit Hilfe des Verfahrens noch
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der Erfindung mehrere Fleckflämmschnitte mit Schnellstart in einem einzigen Durchgang über die volle WerkstUckbreite hinweg durchgeführt werden.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 läuft der Startdraht 1 , der auf
•ine (nicht veranschaulichte) Spule aufgewickelt sein kann, über ein Drahtrichtgerät 4, eine Drahtvorschubeinrichtung
und eine Drahtführung 9. Er kommt mit der Oberfläche des
Werkstückes W an dem Punkt A in Kontakt, d.h. dem Punkt, an dem die Fleckflämmreaktion unmittelbar vor der Fehlerstelle
beginnen soll. Die Drahtvorschubeinrichtung 5 ist mit einem Drahtvorschubmotor 6 fest verbunden, der seinerseits an
einem Befestigungsbügel 7 montiert ist. Der Draht 1 kann mittels eines Antriebsrades 8 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung verschoben werden. Nach Betätigen des Motors 6 werden ungefähr 5 cm Draht in Vorwärtsrichtung vorgeschoben,
um den Draht am Punkt A mit der Werkstückoberfläche in Kontakt zu bringen. Es ist ein Sauerstoffausbreitbrenner
vorgesehen, bei dem es'sich um eine einfache 1 bis 5 cm
Runddüse handeln kann. Der Brenner bildet Schmelzbäder mit einer Breite von ungefähr 5 cm bis 35 cm aus. Der Brenner
ist an seinem austrittsseitigen Ende mit einem solchen
Winkel gegenüber der Werkstückoberfläche geneigt, daß die projezierte Mittellinie des aus dem Ausbreitbrenner 2 austretenden Sauerstoffstrahls 30 die Werkstückoberfläche an
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einem Punkt B ungefähr 5 cm hinter dem Punkt A trifft. Eine Flämmeinheit 3 weist herkömmliche obere und untere Vorwärmblöcke 12 bzw. 13 auf, die mit einer Reihe von Vorwärnflammenauslässen 14 bzw. 15 für vorvermischte bzw. nachvermischte Vorwärmflammeη sowie mit geeigneten Gasdurchlässen
versehen sein können. Wird mit vorvermischten Vorwärmflammen gearbeitet, was im Hinblick auf eine größtmögliche Sicherheit vorzuziehen ist, tritt aus den Auslässen 14 und 15 ein
Brenngas aus, das nach Zünden durch Vermischen mit einem langsamen Sauerstoffstrom brennt, der den Flämmsauerstoffdüsenschlitz 16 verläßt, der von der Unterseite 17 des oberen
Vorwärmblockes 12 und der Oberseite 18 des unteren Vorwärmblockes 13 gebildet wird. Die schlitzförmige Sauerstoffdüse 16 endet in einer Austrittsöffnung 19. Um einen einzelnen gratfreien Fleckflämmschnitt zu erzeugen, ist die
Öffnung 19 in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise geformt. Sauerstoff und Brenngas werden der Flämmeinheit 3 in bekannter Weise über die Zuleitungen 20 bzw. 21 zugeführt.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet wie· folgt. Zunächst
werden die von der Flämmeinheit 3 ausgehenden Vorwärmflammen gezündet, indem man Brenngas aus den Reihen der
Vorwärmauslässe 14 und 15 austreten läßt und einen niedrigen Sauerstoffgasstrom über die Öffnung 19 zuführt. Diese mit
den Linien 22 angedeuteten Vorwärmflammen erreichen die Werkstückoberfläche und werden nach oben umgelenkt, so daß
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sie.auf das Ende Drahtes 1 treffen und dieses bis zu einer
hellen Rotglut erhitzen, was erkennen läßt, daß sich die Drahtspitze auf der Sauerstoffzündtemperatur befindet, d.h.
ihrer ZUndtemperatur in einer Sauerstoffatmosphäre. Wenn der
auszuflammende fehlerhafte Bereich des sich bewegenden Werkstückes W einen unmittelbar vor dem Punkt A liegenden
Punkt erreicht, wird der Drahtvorschubmotor 6 betätigt, wodurch das heiße Ende des Drahtes 1 in festen Kontakt mit der
Werkstückoberfläche gebracht wird. Gleichzeitig wird ein Hochdruckstrahl aus Sauerstoff aus dem Brenner 2 abgegeben
und zum Auftreffen auf den mit der Werkstückoberfläche in Kpntakt befindlichen heißen Draht gebracht, so daß sofort
mit einer Flämmreaktion begonnen und an der Fehlerstelle ein Schmelzbad ausgebildet wird. Der Draht 1 wird dann
zurückgezogen, um sein weiteres Schmelzen zu verhindern. Der Sauerstoffstrahl aus dem Brenner 2 bewirkt, daß das
Schmelzbad sehr rasch auf seine volle Breite anwächst, worauf dieser Sauerstoffstrahl abgeschaltet und der aus der
Öffnung 19 austretende Flämmsauerstoffstrahl, der. auf den Punkt C der Werkstückoberfläche gerichtet ist, auf seine
Flämmdurchflußmenge gesteigert wird, um die Reaktion von dem Ausbreitstrahl zu übernehmen. Der Flämmsauerstoffstrom
bleibt eingeschaltet, so lange der Flämmschnitt erwünscht ist,
Di· Schritte, die dem Zünden der von der Flämmeinheit abgegebenen Vorwärmflammen folgen, lassen sich automatisieren und
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über eine Reihe von Taktfolgezeitgliedern, Relais und Magnetventilen
steuern, so daß ein Flämmer oder ein zweckentsprechendes Signal die oben erläuterte Schrittabfolge einleitet
und selbsttätig durchführt. Ein zweites Signal ist erforderlich, um den Schnitt zu beenden, indem der Flämmsauerstof
fstrom abgeschaltet oder auf einen Wert herabgesetzt
wird, der gerade ausreicht, um die Vorwärmflammen weiterbrennen
zu lassen. In diesem Zustand ist die Vorrichtung bereit, um sofort einen weiteren Fleckflämmvorgang durchzuführen.
Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der vorstehend
erläuterten Schrittabfolge wird der Flämmsauerstoffstrom
gleichzeitig mit dem Ausbreitstrahl eingeschaltet. Letzterer hat eine wesentlich größere Wucht oder Stoßkraft
und steuert daher den Ablauf der thermochemischen Operation, d.h. er bewirkt die Bildung und Ausbreitung des Schmelzbades.
Wenn dann der Ausbreitstrahl abgeschaltet wird, übernimmt der Flämmsauerstof fstrom die Reaktion 8S"1" allmählich
und gleichmäßig, jedoch gleichwohl rasch.
Fig. 2 zeigt zeigt die Flämmdüsenöffnung 19, die bei der
Flämmeinheit nach Fig. 1 verwendet wird, um einen einzelnen gratfreien Flämmschnitt auszubilden. Grundsätzlich kann aber
auch mit anderen Arten" von FlämmdUsen gearbeitet werden.
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- 13 Hervorzuheben ist, daß ein kritisches Merkmal einer solchen
Düse darin besteht, daß der erzeugte Schnitt eine geringere
Breite als die Düse selbst hat. Dies ist notwendig, um einen gratfreien Fleckflämmschnitt zu erreichen. Gleichzeitig wird
es dadurch jedoch unmöglich, solche Düsen Seite an Seite mit einer weiteren derartigen Düse zu benutzen, weil die dabei
erhaltenen parallelen Schnitte zwischen den einzelnen Schnitten einen nicht geflammten Oberflächenbereich stehen lassen
. würden. Infolge dessen eignen sich derartige Düsen nur zur Ausbildung von einzelnen gratfreien Schnitten. Fig. 2
läßt den oberen und den unteren Vorwärmblock 12 und 13 erkennen, die mit den Reihen von oberen und unteren Vorwärmbrenngasauslässen
14 bzw. 15 ausgestattet sind. An beiden Enden der Öffnung 19 der Sauerstoffdüse befinden sich dreieckige
Einsätze 25, die bewirken, daß die Intensität der Randteile des die Öffnung 19 verlassenden Sauerstoffst^oms allmählich
abnimmt, d.h., daß die auf die Werkstückoberfläche übertragene Stoßkraft geringer wird.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 beträgt der Abstand zwischen den Punkten A und B ungefähr 5 cm. Dieser Abstand kann jedoch
zwischen ungefähr 1 cm und 15 cm schwanken; vorzugsweise
wird er zwischen 5 und 10 cm gehalten. Der günstigste Abstand zwischen den Punkten A und B hängt von dem Winkel «£»
ab, unter dem der Sauerstoffstrahl auf die Werkstückoberfläche gerichtet wird. Je größer dieser Winkel ist, desto kleiner
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ist der Abstand zwischen den Punkten. Der Winkel «6 kann zwischen
ungefähr 30 und 80 schwanken} vorzugsweise liegt der Winkel zwischen 50° und 60°. Bei einem Winkel ·* des Strahls von
30° sollte der Abstand seinen Höchstwert von ungefähr 15 cm
haben; bei einem Winkel von 80 wird vorzugsweise mit dem Kleinstabstand von 1 cm gearbeitet. Die Punkte A und B dürfen
jedoch nicht übereinanderliegen; d.h., die Projektion 30 soll die Projektion des Drahtes 1 nicht auf der Werkstückoberfläche
schneiden, da dies einen augenblicklichen Start verhindert. Der Punkt C sollte geringfügig hinter dem Punkt B liegen} vorzugsweise
sollte er sich ungefähr O bis 15 cm hinter dem Punkt B
befinden.
Die Skizzen gemäß den Fig. 3 bis 6 zeigen, wie entsprechend dem vorliegend geschilderten Verfahren durchgeführte Schnellstarts
oder fliegende Starts ablaufen. Es ist dabei hervorzuheben, daß die in den Fig. 3 bis 6 veranschaulichte Schrittfolge
die Reaktionen darstellt, die in ungefähr 1 1/2 s ablaufen.
Fig. 3 gilt für den Zeitpunkt, zu dem das Ende des heißen Drahtes 1 mit dem Punkt A unmittelbar vor der Fehlerstelle
auf der sich bewegenden Werkstückoberfläche in Kontakt gekommen ist. Der Pfeil deutet die Richtung an, in der das
Werkstück W mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 15m pro min
läuft. Gleichzeitig bewirkt aus dem Ausbreitbrenner 2 austretender
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Sauerstoff ein Zünden des heißen Drahtendes, das sich mit der Oberfläche des Werkstückes in Kontakt befindet. Dadurch wird
der den Punkt A umgebende Bereich 23 aufgeschmolzen. Der Schnell- oder Momentanstart hat begonnen.
Fig. 4 zeigt den gleichen Bereich ungefähr eine halbe Sekunde später als im Falle der Fig. 3. Während sich das Stahlwerkstück
in Pfeilrichtung weiterbewegt, beginnt sich das Schmelzbad 24 unter dem Einfluß des Sauerstoffausbreitstrahles
des Brenners 2 fächerförmig auszubreiten.
Fig. 5 stellt den Fehlerbereich ungefähr eine Sekunde später als Fig. 3 dar. Der Bereich 25' zeigt das Schmelzbad, das
sich auf dem weiterbewegten Werkstück W aufgrund des fortgesetzten Austritts von Sauerstoff aus dem Ausbreitbrenner 2
ausgebreitet hat. Der Startdraht 1 ist jetzt zurückgezogen. Wenn das Schmelzbad auf seine maximale Breite von ungefähr
25 cm ausgebreitet ist, wird der den Brenner 2 verlassende Sauerstoff abgestellt! die Durchflußmenge des die Flämmeinheit
3 verlassenden Flämmsauerstoffs wird erhöht, um die Flämmreaktion zu übernehmen. Der Flämmsauerstoffstrom erfaßt
das Schmelzbad und setzt den Flämmschnitt in dem Bereich 26 fort. Der Bereich 26 enthält sowohl schmelzflüssiges Metall
als auch Schlacke auf der Oberseite von ungeflämmtem Stahl; er ist von dem durchgehend aufgeschmolzenen Badbereich 25*
klar zu unterscheiden.
! ' 609829/0302
Die Art, in der die Reaktion fortschreitet,ist in Fig. 6 dargestellt,
die die Reaktion ungefähr 1 1/2 s später als die Fig. 3 wiedergibt. Der Bereich 27 wurde geflammt; der
Bereich 28 ist aufgeschmolzen, jedoch hat noch kein Flämmen stattgefunden; innerhalb des Bereiches 29 befindet sich ein
Gemisch aus Schlacke und schmelzflüssigem Metall auf der Oberseite von ungeflämmtem Stahl. Während die Oberfläche des
metallischen Werkstückes unter der Flämmvorrichtung hindurchbewegt wird, durchläuft sie drei deutlich unterscheidbare
Stufen. Bei der ersten Stufe handelt es sich um einen Bereich von geschmolzenem Metall und Schlacke auf nicht geflammtem
Stahl. In der zweiten Stufe ist nur schmelzflüssiges Metal] anzutreffen. In der dritten Stufe ist der betreffende Bereich
geflammt. Zu dem in Fig. 6 veranschaulichten Zeitpunkt ist
der Startdraht zurückgezogen; der Ausbreitsauerstoffstrom
ist ausgeschaltet; die Flämmeinheit 3 führt einen Flämmschnitt
voller Breite aus. Es ist wichtig festzuhalten, daß die Breite des von der Flämmdüse ausgeführten Schnittes gleich
der Breite ist, über die h.inweg die Ausbreitdüse 2 das Schmelzbad ausgebreitet hat. Dies ist wichtig, um eine Gratbildung
zu vermeiden.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach
Fig. 1, die an einem Ausleger montiert ist, um cjie Flämmvorrichtung
sowohl in Querrichtung über die Breite des
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/17
Werkstückes W hinweg als auch in Längsrichtung entlang der
Längsabmessung des Werkstückes verstellen zu können. Ein waagrechtes Rahmenteil 31 ist an einer auf Schienen geführten
Steuerkqnzel 32 befestigt. Die Kanzel 32 enthält die Steuerung für den Betrieb der Vorrichtung, so unter anderem für den
über die Drahtvorschubeinrichtung 5 zugeführten Startdraht, den den Ausbreitbrenner 2 verlassenden Sauerstoff sowie den
Sauerstoff und das Brenngas, die der Flämmeinheit 3 über die Zuleitungen 20 bzw. 21 zugeführt werden. Die Kanzel 32 ist
in seitlicher Richtung entlang dem Werkstück W auf Schienen verfahrbar. Eine an einer der Schienen befestigte Zahnstange
34 steht mit einem unter der Kanzel 32 sitzenden, nicht veranschaulichten, motorisch angetriebenen Ritzel in
Eingriff, wodurch die gesamte an einem Ausleger montierte Flämmanordnung und die Kanzel in gewünschter Weise entlang
den Schienen 33 bewegt werden können. Die aus der Flämmeinheit 3, dem Brenner oder Blasrohr 2 und der Drahtvorschubeinrichtung
5 bestehende Flämmanordnung ist an einem Wagen befestigt, der an einer Platte 38 auf- und abläuft, die
ihrerseits an ein Gehäuse 40 angebracht ist. Mit Hilfe eines Motors 39 wird die Flämmanordnung über eine nicht veranschaulichte
Kombination von Zahnstange und Ritzel in gesteuerter Weise angehoben und abgesenkt, wobei die Zahnstange an der
Platte 38 befestigt ist.
/18
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-.18 -
Die Flämmanordnung und das Gehäuse 40 lassen sich über die
Breite des Werkstückes W hinweg mit Hilfe eines motorisch angetriebenen Ritzels 35 verstellen, das mit einer am
Rahmen 31 befestigten Zahnstange 36 zusammenwirkt.
Mit Hilfe der in Fig. 7 veranschaulichten Vorrichtung
können wahllos auf der Oberfläche des Werkstückes verteilte Fehlerstellen selektiv ausgeflämmt werden, indem die Vorrichtung
mit der Fehlerstelle ausgerichtet und dann in Längsrichtung über die Fehlerstelle hinweg bewegt wird. Der
Bereich 41 stellt einen typischen, mittels der veranschaulichten Vorrichtung ausgeführten Fleckflämmschnitt dar.
Fig. 8 zeigt eine gegenüber der Lösung nach Fig. 7 abgewandelte
Anordnung des Brenners 2. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist der Brenner 2 auf den Punkt B von der rechten
Seite des Werkstückes W ausgerichtet, so daß das Schmelzbad in Richtung auf die linke Seite des Werkstückes vor die
Flämmeinheit 3 getrieben wird. Diese Anordnung erlaubt es, das Startschmelzbad rascher über eine breitere Fläche
hinweg auszubreiten, so daß breitere Flämmschnitte ausgeführt werden können, als dies mit einer Brenneranordnung gleicher
Größe im Falle der Fig. 7 der Fall ist. Es versteht sich, daß der Brenner 2 auch auf der linken Seite oder in einer
beliebigen Zwischenstellung angebracht sein kann. Ferner kann auch mit einer Kombination von zwei derartigen Brennern
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oder DUsen gearbeitet werden, wobei die Anordnung nach
Fig. 7 dem Starten und die Anordnung nach Fig. 8 dem Ausbreiten des1 Schmelzbades dient.
Fig. 9 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Mehrzahl von Flämmeinheiten, die mit Düsen ausgestattet sind, um die
volle Breite eines Werkstückes W in einem einzigen Durchgang in einer Mehrzahl von Schnitten unter Durchführung von
Schnellstarts oder fliegenden Starts selektiv zu flammen. Die Flämmeinheiten 51, die entsprechenden Drahtvorschubeinrichtungen 52 unddie Ausbreitbrenner oder -Düsen 53 sind
auf einem verfahrbaren Wagen 54 fest montiert, der auf Portalgerüstschienen 55 und 56 läuft und über Zahnstangen-Ritzel-Antriebe verschoben werden kann. Die Schienen 55 und
sind auf Portalgerüstträgern 57 montiert. Die Gesamtanordnung der nebeneinandersitzenden, für einen fliegenden Start geeigneten Flämmeinheiten kann über die volle Länge des Werkstückes W hinweglaufen, so daß die gesamte Breite mit
normaler Flämmgeschwindigkeit selektiv geflammt werden kann, indem jede der Flämmanordnungen gesondert selektiv betätigt
wird. Obwohl bei der in Fig. 9 veranschaulichten Vorrichtung das Werkstück stillsteht und die Flämmvorrichtung
Über das Werkstück hinwegläuft, ist es möglich und in einigen Fällen günstiger, umgekehrt vorzugehen, d.h., mit
einer stillstehenden Flämmvorrichtung zu arbeiten, unter der die Werkstücke auf Rollen hindurchlaufen, die mit normaler
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Wenn mit der in Fig. 9 veranschaulichten Vorrichtung selektive
Mehrschnitt-Fleckflämmvorgänge ausgeführt werden, bei denen
zwei oder mehr Schnitte von einander überlappender Dauer gemacht werden müssen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten
eingeleitet werden können, bei denen beiden jedoch die Geschwindigkeit durch die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Flämmanordnung bestimmt ist, kann keine Pause
oder Absenkung der Flämmgeschwindigkeit von dem Augenblick an toleriert werden, zu dem der erste Schnitt begonnen wird, bis
der letzte Schnitt abgeschlossen ist. Der Grund dafür ist, daß eine Pause in unkontrollierbarer Weise einen von einer
benachbarten Einheit gerade durchgeführten Schnitt beeinträchtigen würde. Mit anderen Worten, wenn beispielsweise
die Anordnung zu dem bei bekannten Anlagen üblichen Vorwärmen verlangsamt werden muß, würde eine benachbarte Anordnung,
. bei welcher der Flämmsauerstoff eingeschaltet ist, in dem Werkstück ein tiefes Loch ausbilden. Daraus ist klar ersichtlich, daß bei einem selektiven Mehrschnitt-Fleckflämmvorgang
keine Verlangsamung toleriert werden kann und daß für ein· einwandfreie Durchführung eines solchen Verfahrens ein
Sofortstart oder ein fliegender Start von derart ausschlaggebender Wichtigkeit ist.
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Außerdem ist es wesentlich, daß bei diesem Verfahren keine Flämmschnitte verursacht werden, die entweder den von einer
benachbarten Einheit zu flammenden Bereich überlappen oder aber Grate oder Wülste zwischen benachbarten Flämmschnitten
verursachen. Dieses Erfordernis wird erfüllt, indem für einen Gruppendurchgang geeignete Flämmsauerstoffdüsen vorgesehen
werden, d.h. mehrere nebeneinander angeordnete Flämmeinheiten mit Düsen der in Fig. 10 veranschaulichten Art.
Fig. 1O zeigt die Stirnfläche der Flämmeinheit, die für die
Gruppendurchgang-Flämmdüsen gemäß Fig. 9 vorgesehen sind. Diese Düsen umfassen jeweils eine Reihe von oberen und unteren
f^achmisch-Brenngasauslässen 61 bzw. 62, die oberhalb bzw. unterhalb
einer Auslaßöffnung 63 für den Flämmsauerstoff sitzen.
Die Öffnung 63 ist typischerweise ungefähr 6 mm hoch und 20 cm breit. Ihre Kanten sind durch Endwandteile 64 teilweise
abgeschlossen. Diese sind im Bereich ihrer unteren Kante typischerweise ungefähr 3 cm lang; ihre größte Höhe beträgt
4 mm; sie weisen einen Schrägschnitt mit einem Innenwinkel von ungefähr 10° auf. Derartige Endwandteile 64 sind an jedem
Ende jeder Flämmsauerstofföffnung 63 vorhanden, um den Sauerstoffstrom in Richtung auf die Kanten jeder Einheit
allmählich zu verringern, ohne jedoch die Kante der Einheit völlig zu verschließen, wie dies für die in Fig. 2 veranschaulichte
Öffnung der Fall ist. Öffnungen der in Fig. 2 dargestellten Art erzeugen auf dem Werkstück einen Flämmschnitt,
609829/0302 /22
dessen Breite geringer als di© Breite der ©ffnung ist, aus
welcher der Sauerstoff austritt, wohingegen die Gruppendurchgang-Öffnung
63 gemäß Fig. 10 zu einem Schnitt führt, der zwar in Richtung auf seine Außenkanten hin flacher wird,
jedoch die gleiche Breite wie die Öffnung 63 selbst hat. Es wird daher ein Schnitt erhalten, der sich gerade an den
benachbarten Schnitt anschließt, ohne diesen zu überlappen, ohne übermäßig hohe Wülste auszubilden und ohne Grate auf
der Metalloberfläche entstehen zu lassen.
Fig. 11 stellt eine Draufsicht dar, die erkennen läßt, wie die Vorrichtung gemäß Fig. 10 arbeitet, wenn ein Werkstück
mit fliegenden Starts in mehreren Schnittbahnen selektiv fleckgeflämmt werden soll. Dabei sind in Fig. 11 mehrere
nebeneinandersitzende Flämmeinheiten 71, 72, 73, 74 und 75 dargestellt, von denen jede eine Sauerstoffausbreitdüse 76
und einen heißen Startdraht 77 aufweist und von denen jede mit Sauerstoff und Brenngas und Kanäle 78 bzw. 79 versorgt
wird.
Die Fehlerstellen aufweisenden Bereiche auf der Oberfläche des Werkstückes W1 die selektiv ausgeflammt werden sollen,
sind mit 81, 82, 83, 84 und 85 bezeichnet. Wenn die sich
bewegende Gruppe von benachbarten Flämmeinheiten mit dem Werkstück W in Kontakt kommt, muß die Einheit 74 einen
fliegenden Start durchführen, wenn sie das vordere Ende 86
/23
609829/0302 '
des Bereichs 84 erreicht. Die Einheit 74 muß eingeschaltet
bleiben, bis sie am hinteren Ende 87 des Bereichs 84 ankommt. Dann wird die Einheit 74 abgeschaltet, während die Einheiten
und 72 fliegend gestartet werden. Während die Gruppe der Flämmeinheiten über das Werkstück läuft, bleibt die Einheit
eingeschaltet, bis sie das hintere Ende des fehlerhaften Bereichs 82 erreicht. Sie wird dann entweder durch den
Flämmer oder aber aufgrund eines mechanischen oder elektrischen Signals hin abgesperrt, während die Einheit 71 eingeschaltet bleibt. Die Einheit 74 wird erneut eingeschaltet,
um mit dem Fleckflammen des Bereiches 85 zu beginnen.' Wenn
sich die Flämmeinheitengruppe dem Anfang des Bereichs 83 nähert, wird die Einheit 73 eingeschaltet, während die
Einheit 74 am Ende des Bereichs 65 abgeschaltet wird. Die Einheit 71 wird abgeschaltet, wenn das Ende des
Bereichs 81 erreicht ist. Das Abschalten der Einheit 73 erfolgt am Ende des Bereichs 83. Während des gesamten
Fleckflämmdurchganges bleibt die Einheit 75 ausgeschaltet, da in der von dieser Einheit Überlaufenen Zone des WerketUckes keine Fehler vorlagen.
Ansprüche:
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zum Durchführen eines thermochemischen Schnellstarts auf der Oberflache eines Werkstückes aus einem Eisenmetall, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende eines aus einem Eisenmetall bestehenden Drahtes, der in einer Sauerstoffatmosphäre auf Zündtemperatur vorgewärmt wurde, mit einer vorbestimmten Stelle der Oberfläche, an der die Flämmreaktion beginnen soll, in Berührung gebracht wird, ein Sauerstoffgasstrahl hoher Intensität unter Einleitung einer sofortigen Flämmreaktion und Ausbildung eines Schmelzbades an der Stelle zum Auftreffen auf einen ungefähr 1 bis 15 cm hinter der Stelle liegenden Punkt der Oberfläche gebracht wird, und ein Sauerstoffstrahl hoher Intensität weiter auf das Schmelzbad gerichtet wird, bic sich das Schmelzbad auf eine vorbestimmt· Breite ausgedehnt hat.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines fliegenden Starts das Werkstück und die Flämmvorrichtung mit normaler Flämmgeschwindigkeit und ohne Unterbrechung gegeneinander bewegt werden./25609829/03023. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Flämmvorrichtung mit normaler Flämmgeschwindigkeit eingeleitet wird, wenn der Draht mit der Stelle in Berührung kommt.4. -Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß der Startdraht mittels Flammen vorgewärmt wird, die auf das Ende des Drahtes auftreffen.5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Auslösen der Flämmreaktion dienende rasche Sauerstoff-Strahl von einer derartigen Stellung aus auf den Punkt gerichtet wird, daß der eingeschlossene Winkel zwischen der Mittelachse des Strahls und der Vorschubrichtung auf der Werkstückoberfläche 30°·bis 80° beträgt und das Schmelzbad parallel zur Richtung der Relativbewegung ausgebreitet wird.6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Auslösen der Flämmreaktion dienende rasche Sauerstoffstrahl von einer derartigen Stellung aus auf den Punkt gerichtet wird, daß der eingeschlossene Winkel zwischen der Mittelachse des Strahls und der WerkstückoDerfläche 30° bis 80° beträgt und das Schmelzbad senkrecht zur Richtung der Relativbewegung ausgebreitet wird.609829/0302 /267. Verfahren nach Ansprueh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammen gegen die Oberfläche gerichtet und von dieser nach oben zum Auftreffen auf den Draht umgelenkt werden.8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Flämmen der Oberfläche ein flächiger Flämmsauerstoffstrom in einem spitzen Winkel zu der Werkstückoberfläche auf das Schmelzbad gerichtet wird.9. Verfahren nach Ansprueh 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines einzelnen gratfreien Flämmschnittes, dessen Breite kleiner als die Breite der Austrittsöffnung für den Flämmsauerstoffstrom ist, die Intensität des flächigen Flämmsauerstoffstromes in Richtung auf die Ränder des Stroms allmählich bis auf die Intensität Null an den Seitenkanten dieser Austrittsöffnung vermindert wird.10. Verfahren nach Ansprueh 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des flächigen Flämmsauerstoffstroms in Richtung auf die Ränder des Stromes allmählich vermindert, jedoch auf einem Intensitätswert von Über Null an den Seitenkanten der Öffnung gehalten wird, aus welcher der Flämmsauerstoffstrahl austritt, wodurch ein gratfreier Fleckflämmschnitt ausgebildet wird, dessen Breite gleich der Breite der Austrittsöffnung ist und der keine übermäßig hohen Vorsprünge oder tiefe Ausnehmungen zwischen/27609829/0302gleichzeitig hergestellten, nebeneinanderliegenden Schnitten entstehen läßt.11, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines herkömmlichen Flämmschnitts mit einem flächigen Flänvnsauerstoffstrom gearbeitet wird, der eine über die gesamte Breite der zugehörigen Austrittsöffnung im wesentlichen gleichförmige Intensität hat.12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des ausgebildeten Schnittes gleich oder größer als die Breite des anfänglichen Schmelzbades gemacht wird.609.829/0302
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