DE693569C - Verfahren und Vorrichtung zum Gasschneiden von Werkstuecken aus Staehlen mit Lufthaertungseigenschaften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Gasschneiden von Werkstücken aus Stählen, die Lufthärtungseigenschaften aufweisen oder durch Abschrecken härtbar sind, unter örtlicher Wärmebehandlung oder zusätzlicher Erhitzung auf eine die Entzündungstemperatur nicht übersteigende Temperatur.

Beim Gasschneiden derartiger Stähle wurde

to gefunden, daß die Wärme von den Schneidflächen oder Kanten mit solcher Geschwindigkeit abgezogen wird, daß das diesen Flächen oder Kanten benachbarte Metall unzulässig hart und spröde wird und hohen örtlichen Spannungen ausgesetzt ist, wodurch eine Neigung zur Oberflächenverwerfung oder zu Sprüngen auftritt, so· daß die Oberflächen oder Kanten schwieriger zu bearbeiten und im Gebrauch unsicher sind.

Beim Auftreten dieses Zustandes mußte gewohnlich besondere Wärmebehandlung angewendet werden, um die auftretenden Spannungen zu beseitigen. Wenn das Schneiden auf dem Bau vorgenommen wird, ist eine allgemeine Wärmebehandlung etwa mittels eines Ofens undurchführbar. Aber selbst in Fabrik-' anlagen, wo ein Ofen verfügbar sein kann, welcher allen erwünschten Abmessungen von geschnittenen Metallkörpern genügt, ist eine derartige Wärmebehandlung teuer und zeitraubend und beansprucht Wartung und genaue Beaufsichtigung durch einen erfahrenen Arbeiter. Beim Schneiden gewisser Stahlformlinge, wie beispielsweise Manganstahlschienen, Kreuzungsherzstücke und anderer selbsthärtender Stahlstücke, hat die Anwendung einer nachfolgenden Glühbehandlung im Ofen die Zerstörung der ursprünglichen

693560

Kornstruktur zur Folge, was eine zusätzliche Behandlung zu ihrer Wiederherstellung erfordert. ·

Man hat daher bereits zu einer örtlichen Wärmebehandlung, etwa durch- zusätzliche Wärmezufuhr zur einen Seite des zu schneidenden Metalls, gegriffen, aber dieses Verfahren ist unter gewissen Bedingungen unbefriedigend, beispielsweise wenn der zu to schneidende Körper zufolge seiner großen Wärmekapazität die Wärme Von der Schneidkante mit so großer Geschwindigkeit ableitet, daß eine Abschreckhärtung bewirkt wird. Eine derartige Abschreckhärtung tritt nicht nur bei dicken Platten auf, welche durch eine auf die eine Fläche gerichtete Flamme nicht genügend durcherhitzt werden, sondern auch bei gewissen Formungen mit Metallansätzen nahe der Schneidkante. Wenn beispielsweise ein vergleichsweise dünner Flansch von einem T-Stück oder einer Schiene mit der Flamme abgeschnitten wird, kann die Wärme durch den verbleibenden Flansch und den benachbarten Steg so rasch abgeleitet werden, daß Härtungswirkungen auftreten, selbst wenn der einen Fläche des geschnittenen Flansches zusätzliche Wärme zugeführt wird.

Die Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, wodurch dicke, lufthärtende und durch Abschrecken härtbare Stähle wirtschaftlich geschnitten werden können, während gleichzeitig nachteilige Änderungen in der metallurgischen Struktur der Stähle vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die örtliche zusätzliche Wärmezufuhr gleichzeitig auf entgegengesetzten· Seiten des Werkstückes so erfolgt, daß eine Erwärmungszone beiderseits der zu schneidenden Linie geschaffen wird, die breiter ist als die durch das Schneiden bedingte Erwärmungszone. Vorteilhaft wird die zusätzliche Wärme auch nach Einwirkung des Schneidstrahles zugeführt. Unter zusätzlicher Wärme wird eine Erhitzung verstanden, die zusätzlich zu jener angewandt wird, welche durch die Vorwärm- und Schneidsauerstoff strahlen des Schnei d-' brenners erzeugt wird. Diese zusätzliche Erhitzüng kann durch einen Heizbrenner, elektrischen Lichtbogen oder eine ähnliche Wärmequelle erhalten werden.

Bei einer zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeigneten Vorrichtung ist vorteilhaft zwischen dem Schneidbrenner und den Hilfsbrennern ein vorzugsweise wassergekühlter Wärmeschutzschild angeordnet. Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Fig. ι zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung sowie ein dickes Metallstück, teilweise im Schnitt, welches von jener Vorrichtung geschnitten wird.

Fig. 2 ist ein Teilgrundriß der Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit Teilschnitt nach Linie 2-2 von Fig. i.

Fig. 3 zeigt schematisch und in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche zum Abschneiden eines Flansches von einem Bauelement geeignet ist.

Die Zeichnungen zeigen einen Vorwärmkopf 10 oder 10' und einen gegenüber angeordneten Vorwärmkopf 11 oder 11', welche in solchem Abstand voneinander angeordnet sind, daß zwischen ihnen in Richtung des Pfeiles das Werkstück M bzw. M' hindurchgeführt werden kann. In den Fig. 1 und 2 umfaßt der Vorwärmkopf 10 ein hohles Gehäuse oder einen mit Wassermantel ausgerüsteten Kör- ^o per 12, von welchem eine Mehrzahl von Heizdüsen 13 sich gegen das Werkstück M hin erstrecken. Die aus den Düsen 13 heraustretenden Flammen schlagen auf das Werkstück M und erhitzen dieses. Der wassergekühlte Körper.12 schützt die Brennerdüsen 13 gegen die hierbei entwickelte starke Hitze. Ein Schild 14, welches mit dem wassergekühlten Körper 12 in Wärmeaustausch steht, erstreckt sich zu einem Punkt nahe dem Werkstück M, zwischen die Düsen 13 und einem Schneidbrenner B. Eine Düse 15, welche einen Teil des Schneidbrenners B bildet, ist im Abstand von dem Vorwärmkopf 10 und in solcher Stellung angeordnet, daß ein Sauerstoffstrahl auf das darunter vorbeigeführte Metall auf triff t und dieses durchschneidet.. Die Düse 15 ist mit den üblichen Hilfsmitteln ausgerüstet, um eine heiße Flamme zur Vorerhitzung des den Schneidegasstrahl unmittelbar benachbarten Metalls zu liefern. Die Düse 15 kann von üblicher Bauart sein, beispielsweise eine zentral angeordnete Bohrung für das Schneidgas aufweisen, welche von einer Mehrzahl von Bohrungen für das Brenngas umgeben ist. Die Düse 15 braucht nicht notwendigerweise mit einem Wassermantel ausgerüstet oder sonstwie gekühlt sein, da der wassergekühlte Schild 14 die Düse gegen die aus dem Vorwärmkopf 10 austretenden u° Heizflammen schützt. In gleicher Weise wie der Kopf 10 umfaßt der gegenüberliegende Vorwärmkopf 11 einen mit Wasserkühlung ausgerüsteten Körper 16, aus welchem eine Mehrzahl gegen das Werkstück M gerichtete "5 Düsen 17 hervorragen. Der Kopf 11 kann ebenfalls einen wassergekühlten Schild 18 aufweisen, welcher sich zu einem Punkte nahe dem Werkstück M erstreckt und dessen Aufgabe darin besteht, zu verhindern, daß die »2° von den Düsen 17 austretenden Flammen in den unteren Teil des im Werkstück erzeugten

695560

Schnittes eintreten und so das aus Düse 15 austretende Schneidgas stören.

Das Werkstück M kann eine vergleichsweise breite und dicke Metallplatte sein, welche auf den Walzen 19 gelagert ist, die in den Abbildungen in einer Drehrichtung entgegengesetzt der Uhrzeigerbewegung umlaufend angedeutet sind. Das Werkstück kann auf diese Weise, um die zusätzliche Erhitzung zu erfahren, zuerst an den Vorheizdüsen 13 und 17 und dann an der Schnerddüse 15 vorbeigeführt werden. Zu diesem Zwecke kann eine oder mehrere der Walzen 19 in bekannter Weise angetrieben werden. Es ist jedoch klar, daß die besonderen Erhitzungs- und Schneidmittel als einheitliche Anordnung auf geeigneten Bewegungseinrichtungen gelagert und relativ zum ruhenden Werkstück verschoben werden können. Ein oder mehrere Schirme 30 können unterhalb des Werk-■ Stückes M in solcher Lage angeordnet sein, daß die Walzen 19 vor der zerstörenden Wirkung der Schneid- und Heizstrahlen geschützt werden.

Unter gewissen Bedingungen kann es erwünscht sein, dem Werkstück M oder M' nach erfolgtem Schnitt zusätzliche Wärme zuzuführen. Demgemäß ist mindestens ein Paar Nachheizköpfe 20, 20' und 21, 21' vorgesehen, welche in den Fig. 1 und 2 in strichpunktierten Linien angedeutet sind und in Fig. 3 in ausgezogenen Linien und deren Bauart ähnlich jener der Vorheizköpfe 10 und 11 ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Nachheizköpfe so angeordnet, daß die aus den Düsen 23 bzw. 27 austretenden Flammen gegen die beiden Seiten des Werkstücks M gerichtet sind. Die Nachwärmköpfe sind ferner mit ihren wassergekühlten Schilden seitlich nahe zum Schneidbrenner, in der gezeichneten Weise angeordnet.

Wie in Fig. 3 ersichtlich, laufen die Heizköpfe hintereinander in einer senkrechten Ebene, und zwar im wesentlichen längs der Schneidlinie. - Gewünschtenfalls können die oberen Köpfe schwach geneigt sein, so daß sie senkrecht zur abgeschrägten Fläche des Flansches F stehen. In ähnlicher Weise können die unteren Heizköpfe in einer oder mehreren Reihen in irgendeinem Winkel so angeordnet sein, daß die Erhitzung gegen eine j ede entgegengesetzte oder benachbarte Fläche gerichtet wird. Aus Fig. 3 ist ersichtlich,-daß, obwohl ein vergleichsweise dünnes Metallstück geschnitten werden soll, eine beträchtliche Wärmeleitung längs des verbleibenden Flansches F' und in den Steg W stattfindet. Die Wärmeleitung ist sogar noch ausgeprägter, wenn auf der Oberseite des

Steges ein zweiter Flansch vorhanden ist, wie es bei normalen Balkenkonstruktionen der Fall ist, oder wenn ein Schienenkopf vorhanden ist. Es wurde daher gefunden, daß • die örtliche Zuführung von zusätzlicher Wärme zu mehr als einer Fläche nützlich ist, um die Härtungswirkung bei dicken Platten als auch bei Werkstücken von dünnerem Querschnitt auszuschalten, welche ein ungewöhnlich großes Wärmeableitungsvermögen besitzen.

Aus der obigen Beschreibung ist die Wirkungsweise des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung ersichtlich. *

Das Werkstück M, M' wird, wie in den Zeichnungen angedeutet, nach links bewegt, und die zusätzliche Wärme wird ständig sowohl den oberen als auch unteren Flächen des Werkstücks mit Hilfe der Heizköpfe 10, 10', 11, ii', 20, 20', 21, 21' örtlich zugeführt. Die eine Seite wird ferner durch die aus der Düse des Schneidbrenners B, B' - austretenden Brenngasflammen erhitzt, und das Metall wird durch den aus der nämlichen Düse austretenden Schneidgasstrahl zerschnitten. Die Heizköpfe 10, io', ii_; ii', 20, 20', 21, 21' können auch mit anderen Heizmitteln ausgerüstet sein, beispielsweise mit einem elektrischen Lichtbogen an Stelle einer heißen Gasflamme.

Das Werkstück M, M' wird so einer Vorerwärmung unterworfen, welche örtlich auf entgegengesetzten Seiten der Platte ausgeübt wird, und zwar vor der örtlichen Schneidvorerwärmung und Schneidbehandlung. Die Größe der Flammen und die Vorschubgeschwindigkeit werden so eingestellt, daß die Vorerhitzung in das" Metall-bis nahe der Schneidlinie eingedrungen ist, wobei "seine Temperatur auf einen solchen Grad gebracht wird, daß eine darauffolgende Härtung im wesentlichen oder völlig vermieden wird. Gleichzeitig unterstützt die Zuführung der Hilfsvorheizung die Vorbereitung des Metalls zum Schneiden, so daß eine erhöhte Schneidgeschwindigkeit und mithin ein erhöhter Durchsatz erzielt wird. Die zusätzliche Vorerwärmung kann hinreichend sein, um das Metall auf die Zündtemperatur zu erwarmen, ■ in welchem Falle die Schneidvorerwärmung entbehrlich ist. Da die Vorerhitzung sowohl no auf die untere als auf die obere Fläche ausgeübt wird, können Werkstücke von dickerem Querschnitt geschnitten werden. Wenn zur zusätzlichen örtlichen Nacherwärmung die ' Köpfe 20, 20', 21, 21' für die obere und untere Fläche benutzt werden, sei es allein oder in Verbindung mit der Vorerhitzung·, dänin wird eine Abkühlung des Metalls nahe der Schineidkante verzögert und die Abkühlungshärtung auf einen Mindestwert gebracht.

Es wurde gefunden, daß durch geeigneten Abstand der Quelle für die Nacherhitzung

'vom Schneidstrahl und durch richtige Mengenreglung der Vorerhitzung eine mäßige Abkühlhärtung unmittelbar nach dem Schneiden erhalten werden kann, in welchem Falle die Nacherhitzung dazu dienen kann, eine ' sekundäre Wärmebehandlung vorzunehmen, beispielsweise· ein Tempern, Anlassen, Normalisieren oder Beseitigen von anfänglichen Spannungen im Metall nahe der Schneidro kante.

In jedem Fall ist es mit Hilfe der vorliegenden Erfindung möglich, in wirtschaftlicher Weise Werkstücke aus Stählen mit Härtungseigenschaften dem Gasschneiden zu unterwerfen und gleichzeitig mit dem Schneiden die dadurch verursachte Härte zu verringern. Durch örtliche Anwendung bei aufeinanderfolgenden Flächen bei mehr als einer Werkstücksoberfläche können nunmehr Werkstücke gewisser Zusammensetzungen von übermäßiger Dicke oder besonderer Form, welche zufolge der Härtung einem Gasschneiden nicht oder nur schwierig unterworfen werden konnten, nunmehr auf diese

as Weise geschnitten werden, wobei alle damit zusammenhängenden Vorteile gewonnen werden, ohne daß schädliche Nachwirkungen zu befürchten sind. Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen sind besonders geeignet, um an irgendeiner Baustelle benutzt zu werden. Die Wärmebehandlung kann dadurch geregelt werden, daß die einzelnen Wärmequellen relativ zueinander in gewählten Abstand gebracht werden. Es kann ferner irgendeine erwünschte Anzahl und gegenseitige Anordnung der Heizdüsen 13, 17, 23 und 27 gewählt werden, um den besonderen Erfordernissen des Werkstücks zu genügen. Die besondere Anordnung gemäß Fig. 2 wurde lediglich gezeigt, um eine Ausbildungsform der Erfindung zu erläutern. Unter gewissen Bedingungen bildet der nahe der einen Seite des Schnittes verlaufende Streifen einen Abfall und bedarf daher keiner zusätzlichen Erhitzung. Infolgedessen kann irgendeine erwünschte Anzahl von Heizdüsen in geeigneter Weise unwirksam gemacht werden, um an Gas zu~ sparen. Unter gewöhnlichen Bedingungen, wo das zu beiden Seiten des Schnittes vorhandene Metall für eine spätere Verwendung dient, werden alle Düsen benutzt, wobei die Wärmequellen relativ zum Schnitt hintereinander angeordnet sind, und eine gleichzeitige örtliche Wärmebehandlung wird auf den zwei Einzelstücken vorgenommen. Durch die Verwendung einer Gruppe von kleinen Düsen an Stelle einer einzigen größeren Düse wird ferner eine höhere Wärmeausbeute erzielt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gasschneiden von Werkstücken aus Stählen, die Lufthärtungseigenschaften aufweisen und/oder durch Abschrecken härtbar sind, unter örtlicher Wärmebehandlung und Schaffung einer Erwärmungszone beiderseits der zu schneidenden Linie, die breiter als die durch das Schneiden bedingte Erwärmungszone ist, durch zusätzliche Er- hitzung auf eine" die Entzündungstemperatur nicht übersteigende Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die örtliche zusätzliche Wärmezufuhr auf entgegengesetzten Seiten des Werkstücks erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärme auch nach Einwirkung des Schneidstrahls zugeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schneidbrenner (B) und den Hilfsbrennern (13 bzw. 23) ein vorzugsweise wassergekühlter Wärmeschutzschild (14) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen