DE69025827T2

DE69025827T2 - Rostfreier korrosionsfester Stahl

Info

Publication number: DE69025827T2
Application number: DE69025827T
Authority: DE
Inventors: Shuji Furuya; Kenji Hirano; Kiyofumi Ishikawa; Norio Morishige
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1989-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: DE69025827D1; EP0415570A2; EP0415570B1; EP0415570A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf eine Technologie zum weiteren Verbessern der einem rostfreien Stahl innewohnenden Korrosionsfestigkeit, insbesondere auf plattierten rostfreien Stahl, der merklich in der Korrosionsfestigkeit verbessert ist, und auf ein Plattiermaterial zur Anwendung zur Bildung einer plattierenden Schicht auf der Oberfläche von rostfreiem Stahl mittels der Strahlungsenergie eines Lasers, um die Korrosionsfestigkeit zu verbessern. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum weiteren Verbessern der Korrosionsfestigkeit von rostfreiem Stahl, eine Vorrichtung, um einen Film von beschichtendem Material auf der inneren Oberfläche eines Rohrs zum Zwecke des Schaffens einer beschichtenden Lage von Korrosionsfestigkeit oder Ähnlichem darauf zu bilden, und einen Brenner für die Strahlungsenergie von Laserstrahlen, der insbesondere dazu geeignet ist, Strahlungsenergie eines Lasers auf die innere Oberfläche eines Rohrs zu bringen.
Im allgemeinen wird rostfreier Stahl weithin in Gebäuden, Brücken, Atomanlagen, Chemieanlagen und so weiter benutzt. Dem rostfreien Stahl wohnt eine gute Korrosionsfestigkeit inne, weil sich an der Atmosphäre das Chrom in seinem Gefüge mit Sauerstoff der Luft verbindet, um eine dünne passive Schicht von Chromoxid auf der Oberfläche des rostfreien Stahls zu bilden. Wenn jedoch der rostfreie Stahl in Berührung mit einem korrosiven Fluidum, wie Wasserstoffsulfid, Chlorion und ein Sauerstoff enthaltendes heißes Wasser kommt, können Lochfraßkorrosion oder korrosionsbedingte Risse in der Oberfläche des rostfreien Stahls auftreten.
Wenn bisher das Wirkungsvermögen von Korrosion an der Oberfläche von rostfreiem Stahl von Bedeutung ist, hat man gemeint, mit diesem Problem fertig zu werden, indem man eine Säure oder Ähnliches verwendet, um dessen passive Beschichtung zu stärken. Sogar wenn eine passive Beschichtung an der Oberfläche von rostfreiem Stahl durch Säure oder Ähnliches gestärkt worden ist, ist es unmöglich, ein allmähliches Fortschreiten eines Korrosionsphänomens zu verhindern, wenn nicht ein Zustand, bei dem der rostfreie Stahl in Berührung mit einem korrosiven Fluidum gehalten ist, beseitigt wird.
Im Hinblick auf das Obige haben die vorliegenden Erfinder daran gedacht, an der Oberfläche des rostfreien Stahls eine plattierende Schicht unter Verwendung eines Lasers zu bilden. Diese Bildung ist insbesondere als eine Beschichtung für die innere Oberfläche eines Rohrs nützlich, um die Korrosionsfestigkeit von Rohren und Ähnlichem bei Einrichtungen für einen Nuklearreaktor zu verbessern.
Inzwischen ist bisher als ein Verfahren zur Bildung eines Films von beschichtendem Material zum Zwecke des Schaffens einer korrosionsfesten beschichtenden Lage an der Oberfläche eines Metalls oder zu einem anderen Zweck Aufbürsten, Sprühen oder Ähnliches verwendet worden. Obwohl ein beschichtender Materialfilm von gleichförmiger Dicke einfach gebildet werden kann, wenn eine zu behandelnde Oberfläche nach außen gerichtet ist, ist es mit diesen Verfahren schwierig, den Film auf der im Inneren verborgenen Oberfläche, so wie die innere Mantelfläche eines Rohrs, zu bilden. Insbesondere ist es unmöglich, an einer tiefen Stelle in dem Rohr einen beschichtenden Materialfilm teilweise zu bilden. Für die Bildung einer solchen, weiter oben beschriebenen plattierenden Schicht ist jedoch eine einheitliche Aufbringung eines beschichtenden Materials auf der Oberfläche von rostfreiem Stahl notwendig, sogar wenn der zu behandelnde Gegenstand in einer Rohrform ist. Somit ist eine Vorrichtung erwünscht, die ohne weiteres in der Lage ist, ein beschichtendes Material von gleichförmiger Dicke auf der inneren Oberfläche eines Rohrs zu bilden.
Weiterhin ist ein Laser angewendet worden, um in einer Platte Löcher zu erzeugen, zu schneiden und so weiter, und es sind hierfür verschiedene Arten von Laser-Strahlungsenergie-Vorrichtungen geschaffen worden. Jedoch nur wenige Vorrichtungen unter diesen Vorrichtungen sind bei Gegenständen anwendbar, welche eigentümliche zu behandelnde Formen aufweisen. Insbesondere ist bisher keine Vorrichtung geschaffen worden, die ohne weiteres Laser-Strahlungsenergie auf die innere Oberfläche eines Rohrs von schmalem Durchmesser aufbringen kann. Die Gründe hierfür sind die technische Schwierigkeit, daß eine Vorrichtung oder ein Brenner nahe dem zu behandelnden Teil angeordnet ist, wo das Material kräftig spritzt und eine hohe Temperatur erreicht, und die geringe Notwendigkeit einer solchen Arbeitsweise. Für die Bildung einer oben beschriebenen plattierenden Schicht ist jedoch eine Vorrichtung erforderlich, um ohne weiteres Laser-Strahlungsenergie auf die innere Oberfläche eines Rohrs mit guter Betriebswirkung aufzubringen. Somit ist ein Brenner erwünscht, der die obige technische Schwierigkeit überwindet.
Von P.G. Moore und E. McCaffery wird in "Corrosion resistant surface alloys prepared by laser processing", Proc. Int. Congress Met. Corros. (1984), Bd. 2, S. 636-638 ein korrosionsfester rostfreier Stahl beschrieben, der eine geschmolzene plattierende Schicht umfaßt, die auf der Oberfläche einer Unterlage aus rostfreiem Stahl gebildet ist, die Chrom und Nickel enthält, wobei die plattierende Schicht eine Fe-Cr-Ni-Mo-Legierung ist. Rostfreier Schmiedestahl 304 wird als Unterlage verwendet. Bei den Oberflächenlegierungen war es erwünscht, einen Chromgehalt von 18-20 % aufrecht zu erhalten, den Nickelgehalt auf ungefähr 10 % zu steigern und Molybden-Gehalte bis zu 8 % zu erzeugen. Bis zu 30 abwechselnde Schichten von reinem Mo, eine 56 % Cr-46 % Ni (genauso)-Legierung und eine 90 % Ni-10 % Cr-Legierung werden durch einen Spritzniederschlag aufgebracht und mittels eines Laserstrahls geschmolzen. Die Lochfraß-Widerstandsfähigkeit der sich ergebenden Legierungen auf Eisenbasis wurde durch anodische Polarisation in 0,1 M NaCl untersucht. Durch Röntgenstrahlen-Fluoreszenzanalyse wurde festgestellt, daß eine nominelle 3 % Mo-Oberflächenlegierurig 19,0 % Cr, 25,6 % Ni und 4,0 % Mo enthält und daß eine nominelle 6 % Mo-Oberflächenlegierung 16,5 % Cr, 10,1 % Ni und 5,7 % Mo enthält. Die Lochfraß-Potentiale für die "3 % Mo"-Oberflächenlegierungen waren vergleichbar mit denen von rostfreiem Schmiedestahl 316, wogegen die "6 % Mo"- Oberflächenlegierungen bei Potentialen bis zur Sauerstoffentwicklung nicht korrodierten.
Laserbehandlung wird auch von L.S. Lyakhovich u.a. in "Laser Alloying", Metal Science and Heat Treatment, 29 (1987), Nr. 3-4, S. 177-183 erörtert.
Die JP-A-55-77599 (japanische Patent-Abstr., Bd. 4, Nr. 120, 1980) offenbart eine plattierende Schicht, die 16-18 Gew.% Cr, 12-16 Gew.% Ni, 2-3 Gew.% Mo, Rest Fe enthält und an einem gegossenen Eisenzylinder angewendet ist.
Die JP-A-61-123497 (japanische Patent-Abstr., Bd. 10, Nr. 311, 1986) offenbart eine plattierende Schicht, die 23-28 Gew.% Cr, 3-8 Gew.% Ni, 1-3 Gew.% Mo, Rest Fe enthält und bei Kohlenstoffstahl, niedrig legiertem Stahl oder einer austenitischen rostfreien Stahlgrundlage angewendet ist.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das Vorhergehende gemacht und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen rostfreien Stahl zu schaffen, der zusätzlich zu der einem rostfreien Stahl wegen dessen passiver Beschichtung innewohnenden Korrosionsfestigkeit eine merkliche Korrosionsfestigkeit besitzt.
Die vorliegende Erfindung schaffte einen korrosionsfesten rostfreien Stahl, der eine geschmolzene plattierende Schicht aufweist, die auf einer Oberfläche eines rostfreien Stahl- Trägerkörpers gebildet ist, der Chrom und Nickel enthält, und bei dem die plattierende Schicht eine Fe-Cr-Ni-Mo-Mischung ist, die 40-60 Gew.% Fe, 15-50 Gew.% Cr, mehr als 16-30 Gew.% Ni und 1-3 Gew.% Mo enthält.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen korrosionsfesten rostfreien Stahls, bei dem eine Oberfläche eines rostfreien Stahl-Trägerkörpers, der Chrom und Nickel enthält, mit einem Material, das Chrom, Nickel und Molybden enthält, beschichtet wird und das beschichtende Material geschmolzen wird, so daß es sich mit einem Teil des Trägerkörpers mischt, und eine plattierende Schicht erzeugt wird, die aus 40-60 Gew.% Fe, 15-50 Gew.% Cr, mehr als 16-30 Gew.% Ni und 1-3 Gew.% Mo zusammengesetzt ist; bei dem das beschichtende Material ein Metallpulver enthält, das aus 20-60 Gew.% Cr, 30-70 Gew.% Ni und dem Rest Mo zusammengesetzt ist oder aus 20-60 Gew.% Cr, 20-60 Gew.% Ni, weniger als 20 Gew.% Mo und dem Rest Fe zusammengesetzt ist.
Die Erfindung umfaßt z.B. die Schritte: Glätten einer Oberfläche von rostfreiem Stahl; Aufbringen eines beschichtenden Materials auf die Oberfläche des rostfreien Stahls, um einen beschichtenden Film zu bilden wobei das beschichtende Material eine Mischung eines Bindemittels und eines Metallpulvers, das aus einem Chromsystem-Präparat zusammengesetzt ist, ist; und Brennen des überdeckenden Films durch Laser-Strahlungsenergie, um eine plattierende Schicht zu bilden, um zusätzliche Korrosionsfestigkeit zu der Oberfläche des rostfreien Stahls hinzuzufügen.
Das Verfahren gebraucht z.B. eine Vorrichtung zum Gestalten eines überziehenden Films an einer inneren Oberfläche eines Rohrs, die umfaßt einen Stab zum Einsetzen in ein Rohr, ein den überziehenden Film gestaltendes Gerät, das an einer Seite des Einsatzstabs angebracht ist, wobei das Gerät an einer seiner äußeren Seiten versehen ist mit mindestens einer Führungsfläche und mit mindestens einer Gestaltungsfläche, die in radialer Richtung nach innen hin von der Führungsfläche einen Abstand aufweist, der der Dicke des zu gestaltenden beschichtenden Films entspricht, und zwischen dem Gerät und dem Einsatzglied angeordnete Mittel, um das Gerät radial nach außen zu drücken, umfaßt.
Bei einer praktischen Umsetzung der Erfindung läßt sich ein Brenner für Strahlungsenergie-Laserstrahlen verwenden, der umfaßt einen zylindrischen Brennerkörper, der an einem Ende einer optischen Faser, die Laserstrahlen überträgt, angebracht ist, in den Brennerkörper montierte Linsenmittel, um die Laserstrahlen, die von der optischen Faser in einer Längsrichtung des Brennerkörpers eingestrahlt werden, konvergieren zu lassen, einen zylindrischen Rohrkörper, der an einem Ende des Brennerkörpers angebracht ist und in dessen Längsrichtung bewegbar ist und der in seiner seitlichen Wandung eine Öffnung hat, und einen Reflexspiegel, der in den Rohrkörper montiert ist, um die Laserstrahlen zu reflektieren, die durch die Linsenmittel hindurch passiert sind, so daß die Laserstrahlen durch die Öffnung ausgesandt werden.
Der Brennerkörper ist vorzugsweise mit einem Rohrdurchlaß versehen, der mit dem Inneren des Brennerkörpers in Verbindung steht, um Reinigungsgas zuzuführen. Weiterhin sind z.B. die äußeren Umfangsflächen zu metallisch glänzenden Flächen wie Spiegel ausgearbeitet. Es ist bevorzugt, daß der Reflexspiegel aus Metall, wie z.B. Kupfer, gefertigt ist und eine reflektierende Fläche hat, die als Spiegel ausgearbeitet ist. Alternativ umfaßt der Reflexspiegel eine Spiegelplatte, die eine reflektierende Fläche anbietet und die durch Ankleben an ein Trägerglied angebracht ist, das an dem Rohrkörper angebracht ist.
Bei dem rostfreien Stahl gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung kommt, wenn die plattierende Schicht auf der Oberfläche gebildet ist, die ausgesetzte Oberfläche dieser plattierenden Schicht in Berührung mit einem korrosiven Fluidum.
In diesem Fall kann Cr, das ein Bestandteil der plattierenden Schicht ist und zu der Korrosionsfestigkeit beiträgt, auf einen beliebigen Betrag eingestellt sein, der größer ist als ein Cr-Anteil in dem Grundmetall des rostfreien Stahls. Dies macht es möglich, eine im Vergleich mit der Korrosionsfestigkeit des rostfreien Stahls selbst sehr gute Korrosionsfestigkeit zu schaffen. Zusätzlich verhindert der Einschluß eines geeigneten Betrags von Mo in der plattierenden Schicht das Auftreten von Lochfraßkorrosion besonders. Somit wird die plattierende Schicht mit einem hohen Betrag an Cr auf der Oberfläche des rostfreien Stahls gebildet und daher kann dessen Korrosionsfestigkeit weiter verbessert sein. Dieser plattierte rostfreie Stahl bringt auch eine exzellente Wirkung, indem er einen merkbaren Widerstand gegen Korrosion auch in einer Umgebung hat, in der die dem Stahl aufgrund seiner passiven Beschichtung innewohnende Korrosionsfestigkeit verdorben ist, nämlich bei einem Zustand, bei dem sich solche Faktoren wie die Gegenwart von Korrosionsfluidum, das Vorhandensein von restlicher Zugbeanspruchung und so weiter einander überlappen. Weiterhin kann durch den Einschluß von einem geeigneten Betrag an Mo in der plattierenden Schicht das Auftreten von Lochfraßkorrosion wirksam verhindert werden.
Das obige, dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung entsprechende Material, das das Metallpulver enthält, wird auf die Oberfläche von rostfreiem Stahl aufgebracht, um einen überziehenden Film mittels des Verfahrens entsprechend dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung zu bilden. Der beschichtende Film wird dann mittels der Strahlungsenergie des Lasers gebrannt, um die plattierende Schicht zu bilden. Zu dieser Zeit verschmelzen Cr, Ni und Mo, die sich zu dem beschichtenden Film zusammensetzen, durch die Strahlungsenergie des Lasers, um sich mit einem geschmolzenen Teil des Grundmetalls aus rostfreiem Stahl zu mischen, so daß die Bestandteile des ersteren und die des zweiteren untereinander verdünnt sind. Folglich wird die Zusammensetzung der plattierenden Schicht im wesentlichen etwas Zwischengeordnetes zwischen der Zusammensetzung des Metallpulvers und der des rostfreien Stahls sein. Die derart gebildete plattierende Schicht ist, verglichen mit der Korrosionsfestigkeit des rostfreien Stahls selbst, in der Korrosionsfestigkeit merklich verbessert und kann das Auftreten von Rissen und Ähnlichem verhindern. Weiterhin kann aufgrund der Zugabe eines geeigneten Betrags von Mo zu Cr und Ni das Auftreten von Lochfraßkorrosion verhindert werden.
Neben Cr, Ni und Mo kann ein geeigneter Betrag an Fe zugegeben werden. Diese Zugabe bringt das Ergebnis mit sich, daß das Ausbreiten der plattierenden Schicht auf der Oberfläche des rostfreien Stahls gesteigert ist, um die endgültige Oberfläche der plattierenden Schicht weiter zu glätten; dies tritt zu den obigen Wirkungen der die von rostfreiem Stahl selbst übersteigenden Korrosionsfestigkeit und der Verhinderung von Lochfraßkorrosion hinzu.
Es ist bevorzugt, daß das Plattierungsmaterial weiterhin ein Bindemittel enthält, das C enthält. Dieser Bestandteil des Bindemittels veranlaßt den beschichtenden Film, schwarz zu werden, so daß die Reflexion der Laserstrahlen vermindert werden kann, um die Wirksamkeit des Brennens zu verbessern. Weiterhin kann das Bindemittel einen geeigneten Betrag an SiO, enthalten, um die Hitzewiderstandsfähigkeit des beschichtenden Films zu verbessern, was es möglich macht, ein gleichmäßiges Brennen zu bewirken, während das Metallpulver an der Oberfläche des rostfreien Stahls haften bleibt.
Mit dem Plattierungsmaterial gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird daher die plattierende Schicht auf der Oberfläche des rostfreien Stahls durch die Strahlungsenergie des Lasers gebildet. Demgemäß wird die dem rostfreien Stahl innewohnende Korrosionsfestigkeit zu einer ungewöhnlichen Korrosionsfestigkeit weiter verbessert. Da weiterhin diese Bildung auf solch einem einfachen Weg, daß nämlich der beschichtende Film des gemischten Materials durch Laserstrahlen gebrannt wird, ausgeführt wird, ist das Verfahren gemäß dem dritten Gesichtspunkt der Erfindung auf jede Oberfläche des rostfreien Stahls anwendbar, die Korrosionsfestigkeit fordert. Das Plattierungsmaterial und das Verfahren gemäß der Erfindung bringen solche exzellenten Wirkungen mit sich.
Mit der den beschichtenden Film gestaltenden Vorrichtung gemäß dem vierten Gesichtspunkt der Erfindung wird, nachdem ein beschichtendes Material mit einer ausreichenden Dicke auf die innere Rohroberfläche bei einer vorbestimmten Stelle des Rohrs aufgebracht ist, das den bedeckenden Film gestaltende Gerät in das Rohr zusammen mit der Einsatzstange eingesetzt, die gegen die vorbestimmte Stelle gedrückt wird. In diesem Zustand kann durch Drehung der Einsatzstange der bedeckende Film einer vorbestimmten Dicke an der vorbestimmten Stelle gestaltet werden. Insbesondere wird das den bedeckenden Film gestaltende Gerät mittels des Druckmittels gegen die innere Rohroberfläche gedrückt, um die Führungsfläche in Berührung mit der inneren Rohrmantelfläche zu bringen; und das Gerät wird gedreht, wobei die gestaltende Fläche durch die Dicke des zu bildenden Films Abstand von der Rohrinnenfläche hat. Demzufolge wird überschüssiges bedeckendes Material, das über das zur Bildung des Films der vorbestimmten Dicke hinausgeht, durch ein gestaltendes Teil des den bedeckenden Film gestaltenden Geräts weggedrückt, wobei die vorbestimmte Dicke dem Abstand zwischen der Führungsfläche und der gestaltenden Fläche entspricht. So wird das an der vorbestimmten Stelle aufgebrachte bedeckende Material zu einem Film von gleichförmiger Dicke gestaltet.
Diese Vorrichtung zum Gestalten des bedeckenden Films bringt als Wirkung mit sich, daß die Wirkung eines bedeckenden Films gleichförmiger Dicke an der Innenfläche eines Rohrs, was bisher äußerst schwierig war, ohne weiteres verwirklicht werden kann, indem einfach ein bedeckendes Material auf die Rohrinnenfläche aufgebracht wird und dann das in das Rohr eingesetzte Gerät gedreht wird.
Mit dem dem fünften Gesichtspunkt der Erfindung entsprechenden Laser-Strahlungsenergie-Brenner kann der Abstand zwischen dem Brennpunkt der Laserstrahlen und dem Brennerkörper mit Leichtigkeit eingestellt werden, indem der Rohrkörper in Längsrichtung des Brennerkörpers gedreht wird. Nachdem der Abstand in Anpassung mit dem Innendurchmesser eines zu behandelnden Rohrs eingestellt wird, wird der Brenner in das Rohr entlang dessen Innenfläche eingesetzt, und die Laserstrahlen werden durch die optische Faser zugeführt, während der Brennerkörper gedreht wird oder in Längsrichtung des Rohrs bewegt wird. Dann kann der Laser nacheinanderfolgend mit seiner Strahlungsenergie auf jeden Teil der Innenfläche des Rohrs gerichtet werden, wobei der Brennpunkt in der Nachbarschaft der Rohrinnenfläche gelegen ist.
Zu dieser Zeit werden die Laserstrahlen, die von der optischen Faser in den Brennerkörper gestrahlt werden, durch die Linse gesammelt und durch den Reflexspiegel in der Richtung geändert, um seitlich aus dem Körperrohr oder in eine Richtung gegen die Rohrinnenfläche gesandt zu werden, und bilden die Laserstrahlen den Sammelpunkt der Strahlen in der Nachbarschaft der Rohrinnenfläche. Durch Bewegung des Körperrohrs zwecks Änderung des Brennpunkts kann nur ein Brenner ohne weiteres an Rohre verschiedener Innendurchmesser angepaßt werden.
Wenn der Rohrdurchgang in dem Brennerkörper vorgesehen ist, kann während des Betriebs ein Reinigungsgas durch den Rohrdurchgang in den Brennerkörper zugeführt werden. Ein Teil des Reinigungsgases, das in den Brennerkörper und das Körperrohr zugeführt ist, strömt durch die Öffnung aus, durch die der Laser emittiert ist. Dies hindert ein Beschichtungsmaterial und so weiter, das durch die Laserbestrahlung versprüht ist, daran, durch die Öffnung in den Brenner zu gelangen. Demgemäß werden Fehlfunktionen wegen Beschichtungsmaterials und Ähnlichem, das sich auf die Reflexionsfläche und so weiter gesetzt hat, verhindert. Weiterhin ist die Notwendigkeit vermieden, den Brenner häufig durch Ersetzung des Reflexspiegels und so weiter instand zu setzen, auf den sich Fremdstoffe gesetzt haben.
Wenn weiterhin die Außenflächen des Brennerkörpers und des Körperrohrs als Spiegel ausgebildet sind, weil die Reflexibilität gesteigert ist, absorbiert der Brenner wenig Energie der reflektierten Strahlen des Lasers und wird der Brenner nicht in der Temperatur erhöht. Es ist daher keinerlei Kühleinrichtung nötig, um die Beschädigung und Zerstörung von Teilen aufgrund einer hohen Temperatur zu behindern, und der Brenner kann in der Größe vermindert sein oder in einer kompakten Größe gebildet sein. Der Reflexspiegel hat verglichen mit anderen Teilen wegen der vom Laser verursachten Hitze eine kurze Lebensdauer und muß periodisch ersetzt werden; wenn dieser Reflexspiegel aus Metall, wie z.B. Kupfer gemacht ist, weil das Metall kostenmäßig günstig und für die Bearbeitung gut ist, können die Herstellungs- und Wartungskosten des Brenners vermindert werden. Wenn andererseits die reflektierende Fläche durch die Spiegelplatte gebildet ist, die durch Klebung an dem Tragglied angebracht wird, kann die Erneuerung des Reflexionsspiegels durch Ersatz nur der Spiegelplatte bewerkstelligt werden. Dies vermindert die Kosten der Instandhaltung des Brenners verglichen mit dem Fall, in dem der gesamte Reflexspiegel ersetzt werden muß.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 bis 4 sind Querschnitte von rostfreiem Stahl, die den Fortgang des die Korrosionsfestigkeit verbessernden Verfahrens entsprechend einer Ausführungsform des dritten Gesichtspunkts der Erfindung zeigen, wobei Fig. 1 den Oberflächenzustand des rostfreien Stahls vor der Behandlung zeigt, Fig. 2 den Oberflächenzustand nach einer Glättungsbehandlung zeigt, Fig. 3 den Zustand nach der Bildung eines Films von Beschichtungsmaterial zeigt und Fig. 4 den Zustand nach der Bildung einer plattierenden Schicht zeigt.
Fig. 5 ist ein Querschnitt, der gesondert auf seiner linken Hälfte einen Oberflächenzustand nach einem Korrosionsversuch an dem korrosionsfesten rostfreien Stahl gemäß einer Ausführungsform des ersten Gesichtspunkts der Erfindung zeigt und auf der rechten Hälfte den eines SUS-rostfreien Stahls ohne die Oberflächenbehandlung zeigt.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Gestaltung eines beschichtenden Films an einer Rohrinnenfläche, gemäß einer Ausführungsform des vierten Gesichtspunkts der Erfindung.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung zur Gestaltung eines beschichtenden Films an einer Rohrinnenfläche gemäß einer anderen Ausführungsform des vierten Gesichtspunkts der Erfindung.
Fig. 8 ist ein Querschnitt des Brenners zur Laserenergiestrahlung gemäß einer Ausführungsform des fünften Gesichtspunkts der Erfindung.
Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines Reflexspiegels zur Erklärung des Laser-Strahlungsenergiebrenners gemäß einer anderen Ausführungsform des fünften Gesichtspunkts der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN

AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es werden nun Ausführungsformen von verschiedenen Gesichtspunkten der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Erstens wird der korrosionsfeste rostfreie Stahl gemäß einer Ausführungsform eines Gesichtspunkts der Erfindung in Verbindung mit dem Korrosionsfestigkeit verbessernden Verfahren und dem plattierenden Material gemäß Ausführungsformen anderer Gesichtspunkte der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 bis 4 zeigen Oberflächenzustände von rostfreiem Stahl, die in Übereinstimmung mit dem Fortgang des Verfahrens verschieden sind. In diesen Figuren verdeutlicht der Bezugsbuchstabe L Laserstrahlen, die Bezugsziffer 1 das Grundmetall des rostfreien Stahls, 2 einen beschichtenden Film des Materials und 3 eine plattierende Schicht.

< OBERFLÄCHEN GLÄTTENDER VORGANG>

Wie in Fig. 1 in einem Zustand vor der die Korrosionsfestigkeit verbessernden Behandlung gezeigt, kann der rostfreie Stahl 1, der als eine Platte oder ein Rohr gebildet ist, eine Rauheit 1a haben, die an seiner Oberfläche und so fort oder im Fall eines Rohrs an der Innenfläche aufgrund von Kratzern und Ähnlichem während der Herstellung und nachfolgenden Vorgängen bleibt. In so einem Fall wird der Teil des rostfreien Stahls, der eine Verbesserung der Korrosionsfestigkeit benötigt, durch maschinelle Bearbeitung oder Oberflächenpolieren oberflächen-endbearbeitet bis zu einer Glätte mit einer Genauigkeit von z.B. der Bearbeitungsmarke vvv (Oberflächenrauheit 1,5 - 65 : JIS), so daß er eine geglättete Oberfläche 1b hat, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist.

< ENTFETTUNGSVORGANG>

Von dem glattflächigen rostfreien Stahl 1 werden Öle, Fette, Oxidbeläge und so weiter, die während des oberflächenglättenden Vorgangs aufgebracht sind, entfernt durch Reinigung mit einem organischen Lösungsmittel, Abbeizen oder Ähnliches.
Nach dem Entfettungsvorgang jedoch wird der behandelte rostfreie Stahl 1 wiederum direkt der Umgebungsluft ausgesetzt. Demgemäß kommt die geglättete Oberfläche 1b in Berührung mit Sauerstoff der Luft, um auf natürliche Weise mit einer dünnen passiven Schicht versehen zu werden.

< DEN BESCHICHTENDEN FILM BILDENDER VORGANG>

Als Hauptmaterial zur Bildung der plattierenden Schicht 3, die später beschrieben wird, wird ein Metallpulver eines Chromsystem-Gemischs bereitet. Das Zusammensetzungsverhältnis des Chromsystem-Gemischs wird wie in Tabelle 1 gezeigt angesetzt und eine Durchschnitts-Teilchengröße des Metallpulvers ist z.B. 40 µm. Tabelle 1 (Beispiele der Zusammensetzung des Metallpulvers) Zusammensetzungsverhältnis Zusammensetzung Vergleichsbeispiel
Weiterhin wird als ein Bindemittel zum Halten des Metallpulvers eine hitzefeste Farbe eines organischen Lösungssystems oder Ähnlichem vorbereitet. Die erforderlichen Charakteristika dieses Bindemittels sind, daß es während der Laserenergiebestrahlung sich nicht verflüchtigt oder nicht verfällt, um in der plattierenden Schicht 3 zu bleiben, und daß es genügend Hitzefestigkeit hat, um das Metallpulver an der Oberfläche an dem zu behandelnden Grundmetall (rostfreier Stahl) bei einem geringen Abstand von den Laserstrahlen zu halten. Um weiterhin das Auftreten von Wasserstoff-Rissen im Grundmetall zu verhindern, ist das Bindemittel vorzugsweise ein Bestandteil mit wenig Wasserstoff und z.B. eine Schwarze-Farbe-Gruppe, wie sie in Tabelle 2 gezeigt ist. Tabelle 2 (Beispiel der Zusammensetzung des Bindemittels) Material Bestandteilverhältnis weniger als
Das gemischte Beschichtungsmaterial des Metallpulvers, das die Chromsystem-Mischung und das Bindemittel enthält, wird auf die Oberfläche des rostfreien Stahls 1 gebracht, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, und wird erzwungenermaßen oder auf natürlichem Weg getrocknet, um den beschichtenden Film 2 zu bilden. Die Dicke des beschichtenden Films 2 ist in diesem Fall z.B. ungefähr 500 µm und der benutzte beschichtende Film 2 hat eine Hitzefestigkeit, um das Metallpulver an der Fläche des rostfreien Stahls 1 bis zu einer Temperatur von ungefähr 250ºC haftend zu halten.

< BRENNVORGANG MIT LASERSTRAHLUNGSENERGIE>

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird geheizt, um in der Umgebungsluft durch die Laserstrahlen L, wie z.B. YAG-Laser, zu schmelzen. Die Laserstrahlen L werden wie durch einen Pfeil (A) in Fig. 4 gezeigt bewegt, um den bedeckenden Film 2 nach und nach zu brennen. Geschmolzene Teile hinter den Laserstrahlen L kommen dann zur Erstarrung, um die plattierende Schicht 3 zu bilden.
Die Brennbehandlung mit dem YAG-Laser wird ausgeführt, um das Brennen in der Umgebungsluft in einem solchen Zustand zu bewirken, daß der Laserausstoß 600 W ist, der Durchmesser des Flecken, in dem die Laserstrahlen zusammengeführt sind, 0,8-2,5 mm ist, die Geschwindigkeit der Bewegung der Laserstrahlen 0,2-1,0 m/min ist und die Breite einer Schweißnaht, die an der plattierenden Schicht gebildet ist, wenn die Laserstrahlen einmal passieren, 1,0-2,0 mm ist.
In diesem Fall, wenn der bedeckende Film 2 von schwarzer Farbe ist, nämlich wenn ein geeigneter Betrag an Kohlenstoff-Schwarz mit dem Bindemittel gemäß Tabelle 2 gemischt ist, ist es möglich, die Reflexion der Laserstrahlen L an der Oberfläche des beschichtenden Films 2 zu vermindern, um die thermische Wirksamkeit zu verbessern. Wenn weiterhin ein geeigneter Betrag an SiO&sub2; mit dem Bindemittel vermischt ist, ist der beschichtende Film 2 in seiner Haftung bei einer hohen Temperatur verbessert. Demgemäß können die Metallpulver der Tabelle 1 sich an der Oberfläche des rostfreien Stahls 1 bis zu einer hohen Temperatur von z.B. ungefähr 250ºC haftend halten, wenn die Brennhitze durch die Laserstrahlen L auf den rostfreien Stahl 1 übertragen wird, um dessen Temperatur graduell zu steigern. So kann das Metallpulver gebrannt werden, während es gleichmäßig an der Oberfläche des rostfreien Stahls 1 haftet, was es möglich macht, die Betriebswirksamkeit des Brennens zu verbessern.

< BESTANDTEILE DER PLATTIERENDEN SCHICHT>

Durch die Laserstrahlen L wird ein Teil des Grundmetalls des rostfreien Stahls 1 sowie des beschichtenden Films 2 geschmolzen. Sowohl die Bestandteile des beschichtenden Films 2 als auch die des Grundmetalls kommen in einen geschmolzenen Zustand, was zu dem Phänomen führt, daß sie sich miteinander in dem geschmolzenen Teil vermischen. Demgemäß ist der geschmolzene Teil von einer Zusammensetzung, die im Bestandteilverhältnis im wesentlichen zwischen der Zusammensetzung des Metallpulvers und des rostfreien Stahls 1 ist. Wenn daher der geschmolzene Teil erstarrt ist, ist die plattierende Schicht 3 gebildet, wie es in Tabelle 3 gezeigt ist. Tabelle 3 (Bestandteilverhältnis der plattierenden Schicht) Bestandteil Bestandteilverhältnis
Wenn die Dicke des beschichtenden Films 2 ungefähr 500 µm ist, ist die plattierende Schicht, die durch Brennen mittels der Laserstrahlen L gebildet wird, ungefähr 250-300 µm dick und das Bestandteilverhältnis der plattierenden Schicht 3 variiert in Übereinstimmung mit Zusammensetzungsverhältnissen des Metallpulvers.
Der derart erzielte plattierte rostfreie Stahl mit den obigen Bestandteilen hat eine glatte Oberfläche ohne Fehler wie Risse und so weiter in der plattierenden Schicht 3. Insbesondere die Metallpulver der Zusammensetzung 1 und der Zusammensetzung 2 in der Tabelle 1 sind gut in der Oberflächengestaltung der plattierenden Schichten 3. Man nimmt an, daß sich dies infolge der verbesserten Versprühung der plattierenden Schichten über die Oberfläche des rostfreien Stahls 1 durch die Zugabe eines geeigneten Betrags an Fe ergibt.

< BEISPIEL EINER KORROSIONSPRÜFUNG>

Um die Korrosionsfestigkeit zu berechnen, werden Muster # 1 bis # 15 von rostfreiem Stahl vorbereitet, die entsprechende plattierende Schichten mit verschiedenen Bestandteilverhältnis hatten. Diese Muster wurden gefertigt aus SUS-304-Platten einer Dicke von 5 mm und SUS-304-Rohren eines Innendurchmessers von 35 mm und durch Bilden von 500 µm dicken beschichtenden Filmen mit verschiedenen beschichtenden Materialien an den Oberflächen der Platten und den Innenflächen der Rohre sowie durch Brennen dieser Filme mittels des Lasers. Eine Korrostonsprüfung wurde durchgeführt, indem die Muster für 33 Stunden in eine kochende Lösung getaucht werden, die NaCl von 5 %iger Konzentration enthält und deren pH-Wert durch Zugabe von Schwefelsäure auf 1 eingestellt war; die Korrosionsprüfung brachte das in Tabelle 4 gezeigte Ergebnis. In der Berechnungsspalte von Tabelle 4 stellt das Zeichen X das Auftreten von schwerer Korrosion dar, das Zeichen A das Auftreten von leichter Korrosion und das Zeichen O kein Auftreten von Korrosion. Tabelle 4 (Ergebnis der Korrosionsprüfung) Muster Zusammensetzungsverhältnis des Metallpulvers Bewertung Riß Korrosionsfestigkeit vorhanden nicht Vergleichsmuster
Die Verhältnisse der Bestandteile Cr, Ni, Mo und Fe von entsprechend gebildeten plattierenden Schichten sind wie folgt:
(die unterstrichenen Muster entsprechen der Erfindung) Muster und
Eine ähnliche Prüfung wurde mit einem Prüfstück ohne die Oberflächenbehandlung durchgeführt, das das Grundmetall von rostfreiem SUS-304-Stahl selbst war und keine darauf gebildete plattierende Schicht hatte. Im Ergebnis trat schwere Korrosion an diesem Prüfstück auf, wie in der rechten Hälfte in Fig. 5 gezeigt ist, wogegen das Muster #15, das mit der geeigneten plattierenden Schicht 3 versehen ist, an seiner Oberfläche glatt blieb und in seinem vor der Korrosionsprüfung gegebenen früheren Zustand blieb, wie in der linken Hälfte von Fig. 5 gezeigt ist.
Es wurde aus dem obigen Ergebnis der Korrosionsprüfung festgestellt, daß die Muster #10 bis #15 des plattierten rostfreien Stahls gemäß Tabelle 4 kein Vorhandensein irgendeines Risses hatten und eine exzellente Wirkung an Korrosionsfestigkeit erbrachten.
Als Folge davon können dann, wenn die zu behandelnde Oberfläche die Innenfläche eines rostfreien Rohrs ist, die Laserstrahlen, z.B. YAG-Laser ausgestrahlt werden unter Verwendung der Vorrichtungen gemäß den Ausführungsformen gemäß anderen Gesichtspunkten der Erfindung, die später beschrieben werden. Folglich ist das erfindungsgemäße Verfahren auf das Rohr mit einem geringen Durchmesser von z.B. ungefähr 35 mm angewendet.
Die Vorrichtung zur Gestaltung eines beschichtenden Films auf der Innenfläche eines Rohrs entsprechend einer Ausführungsform eines noch weiteren Gesichtspunkts der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.
In Fig. 6 ist mit der Bezugsziffer 10 eine Einsatzstange bezeichnet. Die Einsatzstange 10 ist geeignet zum Einsetzen in ein Rohr 12, an dessen Innenfläche ein beschichtender Film zu bilden ist, und ist geeignet, von einer in der Figur nichtgezeigten Antriebseinrichtung zum Drehen um die eigene Achse angetrieben zu werden.
Ein den beschichtenden Film gestaltendes Gerät 13 ist an diese Einsatzstange 12 angebracht. Das den beschichtenden Film gestaltende Gerät 13 ist zusammengesetzt aus Montageteilen 15, 15, von denen jedes längliche Löcher 14 aufweist, durch die die Einsatzstange 10 eingesetzt ist, aus Führungsteilen 16, 16, die jeweils an einem Ende der Montageteile 15, 15, angebracht sind, und aus einem Gestaltungsteil 17, das zum Verbinden der Führungsteile 16,16 vorgesehen ist. Die Führungsteile 16,16 haben jeweils Führungsflächen 16a, die zur Berührung mit der Innenfläche des Rohrs 12 ausgebildet sind. Weiterhin ist das Gestaltungsteil 17 um eine Dicke I des zu bildenden beschichtenden Films innerhalb der Führungsfläche 6a angeordnet und hat das Gestaltungsteil eine Gestaltungsfläche 17a, die in Form eines Bandes ausgebildet ist, das als Ganzes in Bezug auf die Einsatzstange 10 spiralförmig verdreht ist.
Die Führungsteile 16, 16 sind in Längsrichtung des Rohrs um eine Länge D voneinander beabstandet, die dem Ausmaß entspricht, über das der beschichtende Film gebildet werden soll. Eine Länge des Gestaltungsteils 17 in Längsrichtung des Rohrs ist mit anderen Werten der Länge D gleichzusetzen.
Drängende oder drückende Einrichtungen 18 sind in den jeweiligen länglichen Löchern 14, 14 des den beschichtenden Films gestaltenden Geräts 13 vorgesehen, um zwischen der Einsatzstange 10 und den Rückseiten des Führungsteils 16 angeordnet zu sein. Die Druckeinrichtungen 18, die z.B. Federn oder Ähnliches umfassen, üben zur Erweiterung des Abstands zwischen der Einsatzstange 10 und den entsprechenden Rückseiten der Führungsteile 16 Kräfte aus, so daß das den beschichtenden Film gestaltende Gerät 13 als Ganzes gegen die Rohrinnenfläche gedrückt wird, um die Führungsflächen 16a der Führungsteile 16 in Berührung mit der Rohrinnenfläche zu bringen.
In dem hier vorliegenden Fall ist das Rohr 12 wie in Fig. 6 gezeigt in einer vertikalen Richtung angeordnet und ist der beschichtende Film an einer speziellen Stelle der Rohrinnenfläche zu bilden und wird ein erforderlicher Betrag an beschichtendem Material auf die spezielle Stelle aufgebracht. Dann wird die Einsatzstange 10 in das Rohr 12 axial eingesetzt und das Gestaltungsteil 17 des den beschichtenden Film gestaltenden Geräts 13 wird an der speziellen Stelle angeordnet. Wenn in diesem Zustand die Einsatzstange 10 in einer durch einen Pfeil in Fig. 6 angedeuteten Richtung gedreht wird, kann der beschichtende Film der vorgegebenen Dicke T mit einem Ausmaß gebildet werden, das von einer der Länge D entsprechenden Breite ist.
Mehr ins Einzelne gehend: Das den beschichtenden Film gestaltende Gerät 13 wird mittels der Druckeinrichtungen gegen die Rohrinnenfläche 12 gedrückt und wird entlang der Rohrinnenfläche in einen Zustand gedreht, daß die Führungsflächen 16a, 16a der Führungsteile 16, 16 in Berührung mit der Rohrinnenfläche gehalten sind und die Gestaltungsfläche 17a der Gestaltungsteile 17 von der Rohrinnenfläche um die Dicke T des Films beabstandet ist. Demgemäß wird überschüssiges Beschichtungsmaterial, das über dem Notwendigen zur Bildung des Films der vorbestimmten Dicke T ist, durch das Gestaltungsteil 17 des den beschichtenden Film gestaltenden Geräts 13 weggerissen, so daß das beschichtende Material, das auf die Innenfläche des Rohrs 12 aufgebracht ist, zu dem Film einer einheitlichen Dicke gestaltet ist.
Zu der Zeit, wenn die Gestaltungsfläche 17a bzgl. der Achse des Rohrs gedreht wird, wird das beschichtende Material aufwärts gebreitet, um sich über den ganzen inneren Umfang des Rohrs so zu erstrecken, daß es den beschichtenden Film bildet. Während des Vorgangs ist also ein Herabsinken oder Niedrigerwerden des beschichtenden Materials verhindert. Sogar wenn die Einsatzstange nicht genau entlang der Achse des Rohrs angeordnet ist, wird das den beschichtenden Film bildende Gerät bewegt, um einen solchen Unterschied zu absorbieren, so daß es ohne weiteres gedreht werden kann, während dessen Führungsteil immer in Berührung mit der Rohrinnenfläche gehalten ist.
Entsprechend der den beschichtenden Film gestaltenden Einrichtung der obigen Ausführungsform wird eine Wirkung eingebracht, daß die Bildung des beschichtenden Films gleichförmiger Dicke, die bisher äußerst schwierig war, nun ohne weiteres verwirklicht werden kann, indem einfach das beschichtende Material auf die Rohrinnenfläche aufgebracht wird und dann das in das Rohr gesteckte Gerät gedreht wird.
Weiterhin: Sogar wenn das Rohr entlang einer vertikalen Richtung angeordnet ist, ist, da das beschichtende Material daran gehindert ist, während des Vorgangs herabzusinken oder niedriger zu werden, ein Fehler, wie unebene Teile, die in dem beschichtenden Film aufgrund eines Herabsinkens oder Niedrigerwerdens von beschichtendem Material, und so weiter, vermieden und wird ein beschichtender Film von guter Qualität erhalten.
Außerdem: Die den überziehenden Film gestaltende Einrichtung der obigen Ausführungsform hat das gestaltende Teil 17 zwischen den beiden Führungsteilen 16 angeordnet, so daß der Abstand D zwischen den Führungsteilen einer Breite entspricht, mit der der beschichtende Film gebildet ist. Daher hat die Einrichtung eine Wirkung, daß das Ausmaß an Bildung des beschichtenden Films mit Genauigkeit durch Einstellung des Abstands D festgelegt werden kann. Weiterhin kann die Dicke des beschichtenden Films durch Einstellung der Größe T festgelegt werden.
Da weiterhin die den beschichtenden Film gestaltende Einrichtung der obigen Ausführungsform durch eine sehr einfache Maßnahme des Drehens der Einsatzstange und deren Achse betrieben werden kann, hat es zur Wirkung, daß die Antriebseinrichtung eine einfache Einrichtung unter Verwendung bekannten Standes der Technik ist.
Nachfolgend wird die den beschichtenden Film gestaltende Einrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform des vierten Gesichtspunkts der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.
In Fig. 7 ist durch die Bezugsziffer 21 eine Einsatzstange bezeichnet. Die Einsatzstange 21 kann in ein Rohr 22 eingesetzt werden, an dessen Innenfläche ein zu beschichtender Film zu bilden ist, und kann mittels einer in der Figur nicht gezeigten Antriebseinrichtung getrieben werden, so daß sie sich entlang der Rohrinnenfläche rund dreht.
Ein den beschichtenden Film gestaltendes Gerät 23 ist an die Einsatzstange 12 an einer Seite davon angebracht, wobei es der Innenfläche des Rohrs 22 zugewendet ist. Das den beschichtenden Film gestaltende Gerät 23 umfaßt Führungsteile 26, 26, die jeweils Führungsflächen 26a haben, die so gebildet sind, daß sie mit der Innenfläche des Rohrs 22 in Berührung kommen, und umfaßt ein Gestaltungsteil 27, das zum Verbinden der Führungsteile 26, 26 vorgesehen ist und eine Führungsfläche 27a hat, die um einen Abstand, der der Dicke des zu bildenden beschichtenden Films entspricht, innerhalb der Führungsfläche 26a liegt.
Die beiden Führungsteile 26, 26 des den beschichtenden Film gestaltenden Geräts 23 sind in der Längsrichtung des Rohrs um die Länge D beabstandet, die einem Ausmaß entspricht, über das hin der beschichtende Film gebildet werden soll. Mit anderen Worten: Ein Längenbereich des Gestaltungsteils 27 in der Längsrichtung des Rohrs wird gleich der Länge D eingestellt.
Ein drängende oder drückende Einrichtung 28 ist zwischen dem den beschichtenden Film gestaltenden Gerät 23 und der Einsatzstange 21 angeordnet. Die Druckeinrichtung 28 ist aus einem Material mit guter Elastizität, z.B. Gummi oder Ähnlichem gefertigt.
Im Fall der Bildung des beschichtenden Films an einer speziellen Stelle der Innenfläche des Rohrs 22, das z.B. wie in Fig. 7 gezeigt in vertikaler Richtung angeordnet ist, wird zunächst ein erforderlicher Betrag eines beschichtenden Materials an der speziellen Stelle aufgebracht. Dann wird die Einsatzstange 21 in das Rohr 22 eingesetzt und wird das den beschichtenden Film gestaltende Gerät 23 gegen die spezielle Stelle gepreßt. Wenn in diesem Zustand die Einsatzstange 21 entlang der Rohrinnenfläche rundgedreht wird, kann ähnlich dem Fall der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung der beschichtende Film vorbestimmter Dicke T mit dem Ausmaß gebildet werden, das von einer der Länge D entsprechenden Breite ist.
Die den beschichtenden Film gestaltende Einrichtung der zweiten Ausführungsform bringt, ähnlich der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung, als Wirkung mit sich, daß die Bildung des beschichtenden Films gleichbleibender Dicke, die bisher äußerst schwierig war, ohne weiteres verwirklicht werden kann durch einen einfachen Vollzug der Aufbringung des beschichtenden Materials auf die Rohrinnenfläche und des dann folgenden Drehens des in das Rohr eingeführten Geräts.
Es ist gegeben, daß auch bei der in Fig. 7 gezeigten Einrichtung die gestaltende Fläche 27a des den beschichtenden Film gestaltenden Geräts 26 dargestellt ist als in der Breite im wesentlichen gleich den Führungsflächen 26, wobei die gestaltende Fläche nicht nur auf diese spezielle Form beschränkt ist. Z.B. kann die gestaltende Fläche eine Bandform einer schmalen Breite haben, die bzgl. der Einsatzstange 21 ist wie im Fall der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung verdreht ist. In diesem Fall wird, ähnlich der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung, eine Wirkung der Verhinderung des Niedrigerwerdens und Absinkens des beschichtenden Materials mitgebracht.
Im Gegensatz dazu kann ein solches Gerät wie das den beschichtenden Film gestaltende Gerät 23 der in Fig. 7 gezeigten Einrichtung in der in Fig. 6 gezeigten Einrichtung verwendet werden.
Nachfolgend wird der Laser-Strahlungsenergie-Brenner gemäß einer Ausführungsform eines auch weiteren Gesichtspunkts der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben.
Fig. 8 ist ein Querschnitt des Laser-Strahlungsenergie-Brenners, worin die Bezugsziffer 101 einen Brennerkörper bezeichnet. Der Brennerkörper 101 weist eine im wesentlichen zylindrische Gestalt als Ganzes auf und weist an einem Ende des Brennerkörpers an einem inneren Umfang Schraubgewinde 101a auf. Eine optische Faser 104 und ein Rohrdurchlaß 105 sind über Befestigungsflansche 102, 103 mit dem Ende des Brennerkörpers 101 verbunden, das dem einen Ende entgegengesetzt ist, an dem die Schraubgewinde gebildet sind. Die optische Faser 104 ist mit einem lasererzeugenden, in der Figur nichtgezeigten Apparat verbunden, um die Strahlen eines Lasers zu übertragen. Das Ende der optischen Faser ist auf der Mittellinie des Brennerkörpers angeordnet, um die Laserstrahlen entlang der Mittellinie zu strahlen. Der Rohrdurchlaß 105 steht mit dem Inneren des Brennerkörpers 101 über Durchlässe 103a, 103b in Verbindung, die in dem Befestigungsflansch gebildet sind, und ist mit einem nichtgezeigten Gaszylinder oder einem Kompressor verbunden, um ein Reinigungsgas in das Innere des Brennerkörpers einzuführen.
In dem Brennerkörper 101 ist eine Linseneinheit 106 vorgesehen, um die von der optischen Faser 4 abgestrahlten Laserstrahlen zu bündeln. Die Linseneinheit 106 ist aus zwei halbkugeligen Linsen zusammengesetzt und ist an ihrem äußeren Umfang in einem zylindrischen Glied 107 befestigt. Das zylindrische Glied 107 hat ein Flanschteil 107a, das mit dem Schraubgewinde 101a verschraubt ist, und die Linseneinheit ist in den Brennerkörper 101 durch das zylindrische Glied 107 eingebaut. Die Räume in dem Brennerkörper 101 auf beiden Seiten der Linseneinheit 106 stehen miteinander in Verbindung durch ein nicht gezeigtes Loch und einen Spalt 108 zwischen dem zylindrischen Glied 107 und der Innenfläche des Brennerkörpers 101, wobei das Durchgangsloch in der Nachbarschaft des Flanschteils 107a des Zylinderglieds 107 gebildet ist. Somit ist die Innenseite des Brennerkörpers 101 trotz der Linseneinheit 106 nicht blockiert.
Es gehört dazu, daß die Linseneinheit 106 nicht nur auf die Einheit der zwei semizylindrischen Linsen beschränkt ist und aus einer doppeltkonvexen Linse oder einer Meniskuslinse zusammengesetzt sein kann.
Es ist ein Körperrohr 109 an dem freien Ende des Brennerkörpers 101 vorgesehen. Das Körperrohr 109 ist als Ganzes in einer im wesentlichen zylindrischen Gestalt gehalten. Das Körperrohr 109 ist am Außenumfang am einen Ende davon mit Schraubgewinden, die mit den Schraubgewinden 101a verschraubt sind, und durch eine Seitenwand an der anderen Endseite davon mit einem kleinen Loch 110 versehen. Das Körperrohr 109 ist an einem Ende in den Brennerkörper 101 geschraubt, um an dem Brennerkörper in dessen Längsrichtung beweglich angebaut zu sein.
Der Durchmesser des kleinen Lochs 110 ist vorzugsweise so klein wie möglich. Wenn z.B. der Außendurchmesser des Brenners 20 mm ist, ist es wünschenswert, daß der Durchmesser des kleinen Lochs kleiner als 5 mm ist.
Der Reflexspiegel 111 ist im Inneren am freien Ende des Brennerkörpers 101 vorgesehen. Der Reflexspiegel 111 ist von einem Säulenglied gebildet, das aus Kupfer besteht und mit einem Winkel von 450 bzgl. der Mittellinie des Glieds schräg geschnitten ist. Der Schnitt des Glieds ist spiegelgestaltet, um eine reflektierende Fläche 112 zu bilden. Der Reflexspiegel 111 ist mit seinem Außenumfang in den Brennerkörper 101 geschraubt, um daran abnehmbar befestigt zu sein.
Die Spiegelbearbeitung der reflektierenden Fläche 112 ist z.B. durch Polieren oder Ähnliches erfolgt. Weiterhin sind die Installationsstellung und Position des Reflexspiegels 111 so eingestellt, daß er die durch die Linseneinheit 106 hindurchgetretenen Laserstrahlen reflektiert, um dieselben durch das kleine Loch 110 seitliche am Körperrohr 109 auszuschicken.
Die Außenflächen des Brennerkörpers 101 und des Körperrohrs 109 können mit Aluminium oder nitriertem Titan beschichtet sein, um als Spiegel ausgebildet zu sein.
Bei dem Brenner zur Laserstrahlung, der gemäß dem Obigen und in Übereinstimmung mit dem Innendurchmesser eines Rohrs, in dem der Laser zu strahlen hat, gestaltet ist, wird das Körperrohr 109 gedreht, um sich zwecks Einstellung der Brennpunktstellung der Laserstrahlen, die von der optischen Faser 104 abgestrahlt werden, zu bewegen. Nach der Einstellung wird der Brenner in das Rohr 113 entlang dessen Mittellinie eingesetzt und die Laserstrahlen werden zugeführt, während der Brenner gedreht oder bewegt wird, wobei das Reinigungsgas durch den Rohrdurchgang 105 zugeführt wird. Dann kann der Laser in Folge an jede Stelle der Innenfläche des Rohrs 113 gestrahlt werden, wobei die Konvergenzstelle in der Nachbarschaft der Innenfläche des Rohrs 113 angeordnet ist.
Im Einzelnen werden zu dieser Zeit die Laserstrahlen 114, die von der optischen Faser abgestrahlt werden, durch die Linseneinheit 106 gesammelt und durch den Reflexspiegel 111 in der Richtung geändert, um seitlich am Körperrohr 109 ausgeschickt zu werden oder gegen die Innenfläche des Rohrs 113 durch die Öffnung 110 des Körperrohrs 109 ausgeschickt zu werden, um einen Brennpunkt in der Nachbarschaft der Innenfläche des Rohrs 113 zu bilden.
Während des Betriebs wird das Reinigungsgas in den Brennerkörper 101 und das Körperrohr 109 zugeführt und ein Teil des Gases strömt aus dem kleinen Loch 110 aus, durch das der Laser ausgeschickt wird. Demzufolge und in Verbindung mit der Tatsache, daß der Durchmesser des Lochs 110 klein angesetzt ist, wird ein beschichtendes Material und so weiter, das durch die Strahlung des Lasers versprüht wird, daran gehindert, den Brenner durch die Öffnung 110 zu betreten.
Wenn weiterhin die äußeren Flächen des Brennerkörpers 101 und des Körperrohrs 109 als Spiegel gestaltet sind, wobei die Reflexibilität groß gemacht ist, absorbiert der Brenner sehr wenig Energie der reflektierten Strahlen des gestrahlten Lasers und steigt der Brenner nicht in der Temperatur.
Als Reinigungsgas kann ein inertes Gas wie Argon, Luft oder Ähnliches verwendet werden. Weiterhin kann als Quelle des Reinigungsgases jede Einrichtung verwendet werden, wenn sie das Gas mit einem höheren Druck zuführen kann als einem Druck in dem Rohr 113, der die Atmosphäre des Brenners ist. Z.B. kann, wie oben beschrieben ist, eine Gasflasche oder ein Gaszylinder oder ein Gaskompressor zu diesem Zweck verwendet werden. Wenn weiterhin eine flexible optische Faser als optische Faser 104 verwendet wird und ein an den Rohrdurchgang 105 angeschlossener Reinigungsgas-Zufuhrschlauch flexibel ist, dann können Drehung und Bewegung des Brenners ohne weiteres mittels einer Antriebseinrichtung durchgeführt werden, die von herkömmlicher Bauweise ist.
Der in Fig. 8 gezeigte und oben beschriebene Brenner bringt die folgenden Vorteile mit sich: Der Brenner ist nämlich dazu geeignet, in ein Rohr eingesetzt zu werden und ohne weiteres sowie fortlaufend Laser auf jeden Teil des Rohrs zu strahlen, und kann verhindern, daß ein Beschichtungsmaterial und Ähnliches, das von dem Laser zu dieser Zeit versprüht wird, in den Brenner eindringen kann. Folglich sind Fehlfunktionen wegen des Beschichtungsmaterials und Ähnlichem, das an der reflektierenden Fläche oder Ähnlichem festsitzt, verhindert. Dies verhindert die Notwendigkeit, häufig Instandhaltungsmaßnahmen am Brenner durchzuführen, indem der Reflexspiegel oder Ähnliches ersetzt wird, an dem fremde Stoffe sitzen.
Folglich kann die Laserstrahlung auf die Innenfläche eines Rohrs mit kleinem Durchmesser ohne weiteres mit guter Betriebswirksamkeit durchgeführt werden; diese Strahlung war bisher schwierig, ohne daß der ungünstige Zustand beseitigt ist, daß die Strahlung mit einem Brenner durchgeführt wird, der dem mit dem Laser zu bestrahlenden Gegenstand nahe ist und daher fremde Stoffe dazu neigen, in den Brenner einzudringen.
Weiterhin absorbiert der Brenner der obigen Ausführungsform sehr wenig Energie der reflektierten Strahlen des Lasers und somit steigt die Temperatur des Brenners nicht. Deshalb ist es nicht nötig, eine Kühleinrichtung vorzusehen, um Verformung oder Zerstörung von Teilen wegen hoher Temperatur zu verhindern, und der Brenner kann in der Größe verkleinert sein.
Weiterhin ist der Reflexspiegel 111 aus Kupfer gefertigt, das billig und gut zu verarbeiten ist; der Reflexspiegel hat wegen der Temperatur verglichen mit anderen Teilen eine relativ lange Lebensdauer und muß in Abständen ersetzt werden. Daher kann eine Verminderung der Herstellungs- und Unterhaltungskosten des Brenners verwirklicht werden.
Nachfolgend wird der Brenner gemäß der anderen Ausführungsform des fünften Gesichtspunkts der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.
Der Brenner der zweiten Ausführungsform ist durch die Gestaltung eines Reflexspiegels gekennzeichnet und die anderen Konstruktionsteile sowie die Betriebsweise dieses Brenners sind mit denen des Brenners der ersten Ausführungsform identisch.
Mehr im Einzelnen: Der Reflexspiegel 124 ist, wie in Fig. 9 gezeigt, aus einem Trägerglied 120 und einer Spiegelplatte 123 zusammengesetzt. Das Trägerglied 120 ist in der im wesentlichen gleichen Weise ausgebildet, wie der des Reflexspiegels 111 der ersten Ausführungsform und ist zum Einbau an das Körperrohr 109 geeignet. Die Spiegelplatte 123 umfaßt eine Grundplatte 121, die aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist und an deren einer Seite eine Beschichtungslage 122 aus Aluminium oder Gold gebildet ist. Die Spiegelplatte 123 ist durch Klebung an das schräg geschnittene Ende des Trägerglieds 120 angebracht, wobei die Beschichtungslage 122 nach außen gewendet ist, um eine reflektierende Fläche zu bilden.
Mit dem Brenner der zweiten Ausführungsform wird zusätzlich zu ähnlichen Vorteilen wie denen des Brenners der ersten Ausführungsform das folgende Ergebnis erzielt. Zur Erneuerung des Reflexspiegels 124 muß nur die an das Trägerglied 120 geklebte Spiegelplatte 123 ersetzt werden. Folglich können die Instandhaltungskosten für dieses Ende im Vergleich mit dem Fall, wo der ganze Reflexspiegel ersetzt werden muß, vermindert werden.

Claims

1. Korrosionsfester rostfreier Stahl, der eine geschmolzene plattierende Schicht aufweist, die auf einer Oberfläche eines rostfreien Stahl-Trägerkörpers gebildet ist, der Chrom und Nickel enthält, und bei dem die plattierende Schicht eine Fe-Cr-Ni-Mo-Mischung ist, die 40-60 Gew.% Fe, 15-50 Gew.% Cr, mehr als 16-30 Gew.% Ni und 1-3 Gew.% Mo enthält.

2. Korrosionsfreier Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt der plattierenden Schicht höher ist als der des Trägerkörpers.

3. Verfahren zur Herstellung eines korrosionsfesten rostfreien Stahls nach Anspruch 1, bei dem eine Oberfläche eines rostfreien Stahl-Trägerkörpers, der Chrom und Nickel enthält, mit einem Material, das Chrom, Nickel und Molybdän enthält, beschichtet wird und das beschichtende Material geschmolzen wird, so daß es sich mit einem Teil des Trägerkörpers mischt, und eine plattierende Schicht erzeugt wird, die aus 40-60 Gew.% Fe, 15-50 Gew.% Cr, mehr als 16-30 Gew.% Ni und 1-3 Gew.% Mo zusammengesetzt ist; bei dem das beschichtende Material ein Metallpulver enthält, das aus 20-60 Gew.% Cr, 30-70 Gew.% Ni und dem Rest Mo zusammengesetzt ist oder aus 20-60 Gew.% Cr, 20-60 Gew.% Ni, weniger als 20 Gew.% Mo und dem Rest Fe zusammengesetzt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die plattierende Schicht eine Zusammensetzung hat, die im Bestandteilverhältnis im wesentlichen zwischen der Zusammensetzung des beschichtenden Materials und der Zusammensetzung des Trägerkörpers ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das beschichtende Material durch Laserstrahlung geschmolzen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem ein Bindemittel mit dem Metallpulver vermischt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Bindemittel enthält C : 20-50 Gew.%; Al&sub2;O&sub3; weniger als 40 Gew.%; SiO&sub2;:10-60 Gew.%, und H : weniger als 2 Gew.%.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 bei dem das Bindemittel in der Farbe schwarz ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, das vor der Anwendung des beschichtenden Materials umfaßt ein Entfetten der Oberfläche des Trägerkörpers und ein Aussetzen der Oberfläche einer atmosphärischen Luft, um darauf eine passive Schicht zu bilden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem man Laserstrahlen sich dem beschichtenden Material nähern läßt und entlang der Oberfläche des Trägerkörpers bewegen läßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, bei dem die Oberfläche eine innere Oberfläche eines Rohres ist und das beschichtende Material zu einem beschichtenden Film in einer Vorrichtung gestaltet wird, die ein Einsatzglied (10) zum Einsetzen in das Rohr, ein den beschichtenden Film gestaltendes Gerät (13), das an eine Seite des Einsatzgliedes (10) angebracht ist, wobei das Gerät (13) versehen ist an einer seiner äußeren Seiten mit mindestens einer Führungsfläche (16a) und mit mindestens einer Gestaltungsfläche (17a), die in radialer Richtung nach innen hin von der Führungsfläche (16a) einen Abstand (T) aufweist, der der Dicke des zu gestaltenden beschichtenden Films entspricht, und zwischen dem Gerät (13) und dem Einsatzglied (10) angeordnete Mittel (18), um das Gerät (13) radial nach außen zu drücken, umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Führungsflächen (16a) mit einem in axialer Richtung des Rohres verlaufenden Abstand (D) zwischen sich angeordnet sind und die Gestaltungsfläche (17a) sich zwischen den beiden Führungsflächen (16a) erstreckt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Gestaltungsfläche (17a) in der Gestalt eines Bandes geformt ist, das in Spiralform relativ zu einer Achse des Einsatzglieds (10) verdreht ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Einsatzglied (10) um eine Achse davon drehbar ist, wobei die Führungsflächen (16a) in Berührung mit der inneren Oberfläche des Rohres gehalten werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das Einsatzmittel (10) in dem Rohr entlang dessen innerer Oberfläche kreisdrehbar ist, wobei die Führungsfläche (16a) in Berührung mit der inneren Oberfläche gehalten wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, bei dem das beschichtende Material mit Laserstrahlung durch einen Brenner bestrahlt wird, der umfaßt: einen im wesentlichen zylindrischen Brennerkörper (101)' der an einem Ende einer optischen Faser (104), die Laserstrahlen überträgt, angebracht ist; in den Brennerkörper (101) montierte Linsenmittel (106), um die Laserstrahlen, die von der optischen Faser (104) in einer Längsrichtung des Brennerkörpers eingestrahlt werden, konvergieren zu lassen; ein im wesentlichen zylindrisches Rohr (109), das an einem Ende des Brennerkörpers (101) angebracht ist und in dessen Längsrichtung bewegbar ist und das (109) in seiner seitlichen Wandung eine Öffnung (110) hat; und einen Spiegel (111, 124), der in das Rohr (109) montiert ist, um die Laserstrahlen zu reflektieren, die durch die Linsenmittel (106) hindurchpassiert sind, so daß die Laserstrahlen durch die Öffnung (110) ausgesandt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem durch einen Rohrdurchlaß (105), der mit dem Inneren des Brennerkörpers (101) in Verbindung steht, Reinigungsgas zugeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem äußere Umfangsflächen des Brennerkörpers (101) und des Rohres (109) zu metallisch glänzenden Flächen wie Spiegeln ausgearbeitet sind.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Spiegel (111) aus Metall, vorzugsweise Kupfer, gefertigt ist und eine reflektierende Fläche (112) hat, die als Spiegel ausgearbeitet ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Spiegel (124) eine Spiegelplatte (123) umfaßt, die eine reflektierende Fläche bildet, und die Spiegelplatte durch Ankleben an ein Trägerglied (120) angebracht ist, das in dem Rohr (109) montiert ist.