NO140738B - Belagte glassfibre samt middel for fremstilling derav - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for termisk behandling av metallflater og brenner for utførelse av fremgangsmåten.

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for termisk behandling av metallflater og en brenner for utførelse av fremgangsmåten, hvor det anvendes opphetende flammer som frembringes ved for-brenning av gassblandinger ved supersoniske hastigheter.

Blant de forskjellige termiske behand-linger i hvilke den foreliggende oppfinnelse kan nyttes er gjennomhulling, kutting, sveising og flammeherding av metaller.

Hittil har de mest anvendte metoder

for tilføring av varme til et arbeidsstykke ved hjelp av oksygenbrennstoff-flammer vært begrenset til bruk av flammer som har forholdsvis lave gasshastigheter og lave forhold mellom oksygen og brennstoffgass.

I den følgende beskrivelse anvendes ut-trykket «hastighet» i henhold til vanlig praksis for å betegne det volum gass som passerer gjennom en åpning av gitt areal pr. en tidsenhet, og de angitte trykk er målt over atmosfæretrykket.

Generelt har den typiske oksy-acetylen-forvarmningsflamme, som kalles nøytral flamme, et maksimalinnhold av oksygen i forhold til acetylen på ca. 1:1. For andre brennstoff gasser enn acetylen kan dette forhold variere fra 1,3 til 1 til 1,7 til 1 for naturgass og 3,5 til 1 til 4 til 1 for propan. Hastigheten av de blandede gasser som forlater dyseflammeportene ligger som regel mellom 107 og 168 m/sek. Slike lave utstrømningshastigheter ansees nødven-dige for å holde gassflammene ved portene, d. v. s. å unngå at flammene «blåses bort», hvilket ofte inntrer ved store hastigheter.

Disse forvarmningsflammer, som har lav hastighet og lavt forhold mellom oksygen og brennstoff, stemmer med den al-minneligst anerkjente teori for oppnåelse av en effektiv forvarmning. Denne teori er basert på den antagelse, at jo større volum forvarmningsgass man anvender, desto kortere tid vil det behøves for å forvarme et metallarbeidsstykke til dettes antennel-sestemperatur. Dette vil med andre ord si, at det tilførtes mere forvarmningsgass og at størrelsen av forvarmningsflammeport-ene øktes. Det ble tatt lite eller intet hensyn til hva som nå er blitt funnet å være en langt viktigere faktor for oppnåelse av en effektiv forvarmning, nemlig kombina-sjonen av utstrømningsgasshastigheten og forholdet oksygen : brennstoffgass. Resultatet av den vanlige anvendelse av denne teori, spesielt i kutteoperasjoner, er at den nødvendige forvarmningstid blir forholdsvis lang. Eksempelvis er det, for å starte en kuttereaksjon i en stålplate ved romtemperatur som regel nødvendig å heve metallets temperatur til dets «svette»-temperatur på ca. 982° C. Anvendes de foran nevnte forvarmningsflammer av lav hastighet og lavt oksygen-brennstoff-forhold, vil den forvarmningstid som behøves for å bringe en 13 mm tykk eller tykkere

stålplate til dens «svette»-temperatur

variere fra 15 sek. til iy2 min. før gjen-nomhullingsstarten, d. v. s. når kuttet startes ved at det frembringes et hull i

platens indre. For start fra platekanten behøves det som regel 5 til 20 sekunder, avhengig av hastighet, forhold og volum hos de benyttede gasser.

Hva økonomien ved metallkutting angår ble i lang tid, da materialprisen var den viktigste økonomiske faktor, forvarm-ningstider på så meget som iy2 min. ansett som akseptable i industrien. Men de stig-ende arbeidslønninger har gjort arbeids-tidens utnyttelse til den aller viktigste faktor, og slike lange forvarmningsperioder ble særdeles uønskede. Eksempel blir ved mekanisert drift det prosentvis største antall av metallkutt initiert ved hull-start-metoden, som krever den lengste forvarmningstid. Hvis denne mekaniserte drift kombineres med en kuttingsoperasjon hvor det skal utføres en stor mengde korte kutt, vil forvarmningstiden komme til å utgjøre en stor prosent av det samlede tidsforbruk pr. kutt, og altså utgjøre en stor omkost-ningsfaktor.

I den senere tid utførte forsøksarbeider har ført til en klarere forståelse av betyd-ningen av forvarmningsgassens utstrøm-ningshastighet og av forholdet mellom oksygen og brennstoffgass, når det gjelder å oppnå en mere effektiv opphetningsflamme. Det ble funnet, at en vei til å øke forvarm-ningsflammers effektivitet er å øke forholdet av oksygen til brennstoffgass i flammen til over det nøytrale eller molare forhold, idet flammens temperatur derved blir høyere. Dette gjør det også mulig å anvende noe høyere utgangsgasshastigheter hvilket viser seg å øke varmeoverførings-hastigheten. Men for å oppnå full utnyttelse av de fordeler som flammer av større hastighet kan gi, kreves det som regel bruk av flammeholdere, f. eks. styreflammer av liten hastighet, eller dyser med «skjørt» som sikrer at forvarmningsflammene holdes ved flammeportene. Ved å anvende slike trekk kan det oppnås å bruke utstrøm-ningshastigheter på opp til 305 m/sek. Hittil har imidlertid bruk av slike hastigheter i forbindelse med andre brennstoffgasser enn acetylen, vært begrenset, på grunn av de høye brennstoffgasstrykk som kreves for å oppnå slike hastigheter ved anvendelse av de vanlig benyttede brennere og dyser. Av samme grunner har behovet for bruk av høye brennstoffgasstrykk gjort det umulig å benytte slike store utløpshastig-heter for lavtrykks brennstoffgasser, d. v. s. for brennstoffgasser som leveres fra lavtrykks gassledninger med et trykk på 35 g/ cm<2> eller mindre.

En annen ulempe ved de ovenfor beskrevne fremgangsmåter ligger i det hjel-peutstyr som kreves for å oppnå slike hastigheter. Bruk av styreflammer som har liten hastighet, for å opprettholde hoved-opphetningsflammene ved brennerdysen, krever som regel enten ytterligere omkost-ninger og komplikasjoner ved anvendelse av to atskilte gass-systemer for tilføring av nødvendig brennstoffgass og oksygen til de to sett av flammer, eller at det anordnes gassinnsnevrende passasjer, som fører til styreflammeportene. Nytten av dyser som er utstyrt med «skjørt» for å holde hurtig-strømmende flammer ved dyseportene, er begrenset fordi skjørtets effektivitet med hensyn til å holde flammene i virksomhet er en funksjon av skjørtets dybde. Et skjørt som er tilstrekkelig dypt til å være virkelig effektivt for å holde de hurtig-gående flammer tilbake, blir snart ødelagt av disse flammer.

Det innses lett, at før den foreliggende oppfinnelse har det vært umulig å oppnå

full fordel ved å øke stor hastighet og høyt

oksygen-brennstoff-forhold hos gassblan-dingene. Når det gjelder acetylen og brennstoffgass med lavt trykk, kunne disse fordeler ikke oppnås i det hele tatt.

Et formål for oppfinnelsen består derfor i å skaffe en fremgangsmåte og en brenner som gir en mere effektiv opphetningsflamme, som gir en bedre varmeover-føring fra flammen til arbeidsstykket. Et videre formål er å skaffe en forbedret fremgangsmåte for forvarmning av en metallflate før det startes en kutteoperasjon på eller i denne.

Spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for termisk behandling av en metallflate ved at det mot denne rettes opphetende flammer som dannes ved å forene en høytrykks strøm av et oksydasjonsmiddel med en lavtrykks strøm av et brennstoff slik at det dannes en strøm av brennbar gassblanding, hvor denne strøm i rekkefølge innsnevres og forhåndsekspanderes, hvoretter strømmen får ekspandere og brenne i atmosfæren. I henhold til oppfinnelsen er denne karakterisert ved at strømmen av forbrennbar gassblanding mens den flyter mot et mottrykk som ikke overstiger 1,05 kg/cm- over atmosfæretrykk, innsnevres tilstrekkelig meget til at dens hastighet heves til den kritiske hastighet, og at strømmen øyeblikkelig etter sådan innsnevring ekspanderes i sideretning med en forut bestemt, jevn hastighet, som ikke overskrider den hastighet ved hvilken en ytterligere økning av ekspansjon vil bevirke en nedsettelse av strømningshastigheten.

Oppfinnelsen omfatter videre en brenner for termisk behandling av en metallflate, som har en gasstilføringspassasje som kan oppta en strøm av brennbar gassblanding og som kommuniserer med en eller flere utløpspassasj er som har utvidet tverrsnitt, hvor de ytre åpninger av en flerhet av disse utløpsåpninger befinner seg meget nær ved hverandre. Denne brenner utmerker seg i henhold til oppfinnelsen ved at utløpspassasj en eller -passasjene er forsynt med en måleåpning som gir en ut-løpskoeffisient på minst 0,9 og med vegger som divergerer utover fra måleåpningen med en vinkel seg imellom som ikke overstiger 3 grader.

På de vedføyede tegninger viser fig. 1 et lengdesnitt gjennom en blåserørdyse,

fig. 2 i større målestokk et snitt gjennom en del av dysens utløpsparti,

fig. 3 et snitt etter linjen 3—3 i fig. 2,

og fig. 4, 5, 6, 7 og 8 viser grafisk re-sultatene ved å anvende den beskrevne fremgangsmåte for kutting av metaller.

Selv om den ikke er begrenset hertil, blir brennerkonstruksjonen nå bekrevet i forbindelse med en kuttedyse, som er egnet til å monteres i en vanlig blåserørinnret-ning.

Den i fig. 1 og 2 viste kuttedyse har en indre kjernedel 12 og en ytre kappe 14 med et ringformet kammer 16 mellom dem. Innerdelens gassinnløpsende har et sete, f. eks. i form av en avkortet konusflate 18, som kan bringes i gasstett forbindelse med et blåserørhode, slik at en strøm av oksygen kan tilføres til den sentrale passasje 20. Fra denne sentrale passasje ledes oksygen normalt mot en metallflate som er blitt tilstrekkelig foropphetet for kutting eller for fjernelse av metall.

En annen avkortet konusflate 22, som er praktisk talt konsentrisk med den først-nevnte avkortede konusflate, er også i inn-grep med blåserøret, slik at det dannes en gasstett forsegling for forvarmningsgassene. Denne gassblanding kan, i henhold til praksis, bestå av en brennstoffgass, som f. eks. acetylen, propan eller naturgass, samt en forbrenningsunder-holdende gass, som f. eks. oksygen. Gjennom en flerhet av boringer eller kanaler 24 føres forvarmningsgassen fra blåserør-hodet til det ringformede kammer 16. Disse kanaler kan danne en ringt omkring den sentrale oksygenpassasje, og har fortrinsvis ens innbyrdes avstand, for at det skal fås en jevn innstrømning av forvarmings-gass i kammeret.

Kappen 14 utgjøres av en langstrakt, sylindrisk del, som har en sentral boring 23 som smalner av hen mot dysens utløps-ende og ender i en kort, sylindrisk åpning 28.

Kappen 14 omgir innerdelen 12 praktisk talt konsentrisk, og når disse deler er satt sammen ligger kappen 14 baktil an mot en omkretsskulder 26 på delen 12 og gir en gasstett forbindelse og regulerer de resp. delers aksiale stilling i blåserørhodet. Vanlige festeanordninger, f. eks. en ring-mutter (ikke vist) kan anvendes for å fast-holde den todelte dyse tilstrekkelig sikkert i blåserørhodet, til at oksygen og forvarm-ningsblanding kan passere uten lekkasje. Den forreste ende av inner- resp. ytter-delene har slik form at de er i glidbar kontakt med hinannen, når de er riktig plas-sert. Som det sees av fig. 1 og 2 svarer formen av kappens 14 sentrale boring 23 til profilet av kjernen 12 på en slik måte ta det dannes den ringformede passasje 16. Boringen 23 ender i den forreste, sylindriske åpning 28, som omgir den forreste ende av kjernen 12. Like bakenfor åpningen 28 øker den sentrale borings diameter skarpt og avgrenser derved skulder-tilnærmelsen 38 til flammeporten som strekker seg fra samme til dysens for-side, og som skal bli beskrevet nøyaktig i det følgende. Denne tilnærmelse har fortrinsvis en vinkel på ca. 120° for å lede gass innover mot kjernedelen og å minske motstanden eller trykkfallet langs til-nærmelsen til de nevnte porter.

Hele den beskrevne dyse representerer en konstruksjon av stort sett vanlig art for kuttedyser. Det spesielle trekk ved den foreliggende oppfinnelse ligger i den egenartede utformning av dysens utløpsparti, og spesielt i konfigurasjonen av forvarm-ningsgassportene 30.

Som foran nevnt består en metode for å oppnå hurtigere forvarmning av et metall, som skal kuttes, deri at det tilføres en større mengde gass til kutteområdet. Dette kunne naturligvis gjøres ved å an-ordne et tilstrekkelig stort antall utløps-porter og/eller ved å øke gasstrykket så det fås en ønsket, større strøm. Men det har vist seg at effektiviteten av forvarmningsflammer er langt mindre en funksjon av det volum forvarmningsgass som tilføres til metallarbeidsstykket enn en funksjon av den hastighet og det oksygen-brennstoff-forhold med hvilke disse forvarmningsflammer tilføres til arbeidsstykket. I første rekke har oppfinnerne funnet, at ved å benytte visse oksygen/brenselforhold, som er avhengige av den spesielle brenselgass, som anvendes, og ved å tilføre for-varmningsgassblandingen med hastigheter på ca. 305 m/sek. kan det oppnås en meget kortere forvarmningsperiode.

Den foretrukne fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen omfatter i hovedsaken kombinert bruk av sterkt oksyderende flammer, som utmerker seg ved et høyt okygen/brensel-forhold, og tilføring av sådan gassblanding med supersonisk hastighet, for forvarmning av en metallflate. Det optimale forhold av oksygen/brenselgass varierer som nevnt fra det ene brenn-stof til det annet, og er det som gir den høyeste flammetemperatur. Eksempelvis har forsøk vist, at de mest effektive flammer fra naturgass — uttrykt som den forvarmningstid som behøves for å initiere kuttereaksjonen — fås når forholdet mellom oksygen og naturgass er ca. 2 : 1. Dette er grafisk fremstillet i fig. 4. Av denne sees, at for de samme betingelser — nemlig starting av hulldannelse i en 5 cm tykk plate med en forvarmningshastighet på 305 m/sek. og en tilførsel av naturgass på 1,84 m'<!>/time — vil en økning av oksygen-naturgassforholdet fra den vanligst anvendte verdi 1,7 : 1 til 2,0 : 1 medføre at forvarmningstiden forkortes fra 12 sek. til under 5,5 sek., altså med over 50 pst. Enn-videre viser denne figurs kurve, at hvis oksygen-naturgass-forholdet økes til over 2,1 : 1, begynner forvarmningstiden å tilta igjen, i første rekke fordi overskuddet av oksygen tenderer til å kjøle flammen.

På liknende måte viser kurven i fig. 5 at forvarmningstiden nedsettes hvis forholdet oksygen/naturgass holdes konstant på 2 : 1, men at flammens uttredelseshas-tighet økes. Oppfinnerne har fra disse, ved kurvene angitte, resultater utledet at det synes å være avtagende fordel (hvis noen i det hele tatt) ved å øke gasshastigheten til over 488 m/sek. og at den største re-duksjon av forvarmningstiden oppnås ved ca. 305 m/sek.

For sammenligning viser kurven i fig. 6 den forholdsvis lille innvirkning på forvarmningstiden som oppnås ved bare å øke volumet av tilført gass sammenlignet med hva som oppnås ved den kombinerte re-gulering av oksygen/naturgass-forholdet og av gasshastigheten.

Om enn naturgass på grunn av sin lavere pris for tiden er den mest anvendte brenselgass blir dog propan og acetylen fremdeles meget anvendt for spesielle formål. Oppfinnernes forsøk har vist at et oksygen/propan-forhold på ca. 5:1 (se fig. 7) gir de mest effektive oksygen/propan-forvarmningsflammer. Det er også blitt vist at et oksygen/acetylenforhold på 1,5 : 1 gir de mest effektive oksygen-ace-tylenflammer. Ved de nevnte forhold får flammene maksimal temperatur.

Fig. 8 viser forholdet mellom anbrin-gelsen av flammespissen med hensyn på arbeidsstykkets overflate og den tid som kreves for å forvarme platen tilstrekkelig for påbegynnelsen av kuttet. Det er klart fra denne grafiske fremstilling at en for-skyvning av flammespissen fra plateover-flaten med så lite som 1,6 mm i hver retning resulterer i en økning i forvarmings-tiden på ca. 30 pst.

I hvert enkelt tilfelle har ca. 305 m/ sek. vist seg å være den beste hastighets-verdi da det er ved denne at den største forkortelse av forvarmningstiden oppnås. Videre har man den fordel, at denne hastighet kan oppnås ved bruk av dysen i henhold til oppfinnelsen, selv når det anvendes acetylen og lavtrykks brenselgasser tilføres med et trykk på 35 g/cm- eller lavere.

Den økede varmeoverføringshastighet som oppnås ved at forvarmningsgassene trer ut fra flammeportene med supersonisk hastighet, og den resulterende forkortelse

av forvarmningstiden, skyldes for en del

den mere intime kontakt mellom de hete gassmolekyler og arbeidsstykkets overflate, som fås på grunn av deres store hastighet. Denne mere intime kontakt med-fører en skrubbende virkning langs arbeidsstykkets overflate, som tenderer til å for-trenge den koldere gass hurtigere fra overflaten.

Den økede effektivitet av de oksyderende forvarmningsflammer — målt som nedsatt forvarmningstid — er ikke bare et resultat av den høyere flammetemperatur,

som fås på grunn av tilstedeværelsen av

den større mengde oksygen, men skyldes også at en del av dette oksygen forbinder seg kjemisk med metallet i arbeidsstykket. Det er således blitt bemerket at den kje-miske oksydasjonsreaksjon finner sted hur-tigst mulig etter starten av forvarmningen og bevirker en hurtig temperaturstigning i metallet. Det er derfor ikke lenger nød-vendig at metallet, f. eks. stål, bringes opp ti! en «svette»-temperatur på ca. 982° C, før en hurtig oksydering av metallet finner sted. Med det høye forhold av oksygen/brennstoff, som benyttes i henhold til oppfinnelsen, har det vist seg at den virke-

lige kuttende reaksjon finner sted auto-matisk ved en temperatur av ca. 760° C og videre har prosessen den fordel at den lett kan iakttas og følges av operatøren. Derfor vil selv en uerfaren operatør vite nøyaktig på hvilket tidspunkt det kuttende oksygen skal settes inn. En annen, og en-dog viktigere faktor ved oppnåelsen av denne større varmeoverføringshastighet med hete molekyler av supersonisk hastighet, er den sterkere konsentrering av varme pr. enhetsareal av arbeidsflate som skal opphetes.

Den hurtige forvarmning som mulig-gjøres ved oppfinnelsen førte til forvarm-ningstider på 5 sek. eller mindre for start av gjennomhulling av alle slags jern-metaller med en tykkelse på 13 mm eller større. Eksempelvis ble en slik gjennom-hullingsstart oppnådd i løpet av 1,1 sek. i en 5 cm tykk jernmetallplate ved anvendelse av 0,71 m<:!>/time acetylen og et oksygen/acetylen-forhold på 1,5 : 1 og en hastighet av 305 m/sek. En liknende gjennom-hullingsstart ble oppnådd i løpet av 3,4 sek. ved anvendelse av 0,85 m-ytime progran i et oksygen/propan-forhold på 5 : 1 og en hastighet av 305 m/sek.

Under fornyet henvisning til fig. 1 skal det bemerkes, at for oppnåelse av den ønskede supersoniske hastighet av forvarmningsgassen ved dysens utløp er utløps-koeffisienten av forvarmningsgassens ut-løpsåpning en meget viktig faktor. Ut-trykket «utløpskoeffisient» betyr her, som også ellers alminnelig anvendt, dysens ka-rakteristikk uttrykt ved forholdet mellom virkelig strømning gjennom dysen og (di-vidert med) den teoretiske strømning; den maksimale koeffisient er naturligvis lik 1,0. Eksempelvis er det i vanlige dyser ikke usedvanlig å ha gassporter i hvilke utløps-koeffisienten er ca. 0,5 til 0,6 men i et slikt tilfelle er det, for å oppnå supersonisk ut-løpshastighet, nødvendig å øke gasstrykket til 1,4 eller 2,1 kg/cm- overtrykk. Oppfinnerne har funnet at når man anvender det her beskrevne utløp for forvarmningsgassen, hvor utløpskoeffisienten nærmer seg til 1,0, er det mulig å få en hastighet på 305 m/sek og mere med trykk så lave som 0,98 kg/cm- overtrykk i dysehodet. Dette er særlig fordelaktig når det som brennstoff anvendes en lavtrykks gass som leveres fra en mateledning med et trykk av 35 g/cm<2> eller mindre. Med de nå til-gjengelige, mere effektive injektorer i brennerapparater er det nå mulig å suge inn den nødvendige lavtrykks brenselgass-strøm til den blandede gasstrøm i brenner-apparatet mot et trykk i dysen på 0,98— 1,05 kg/cm<2>. Derfor gjør flammeportkon-figurasjonen i henhold til oppfinnelsen, som har en utløpskoeffisient på ca. 1,0 (0,90 eller større), det mulig ganske lett å skaffe supersoniske gassutløpshastigheter under anvendelse av brenselgasser som har et så lavt trykk som 35 g/cm<2>.

Generelt kan naturligvis kritisk hastighet av en hvilken som helst gass i munningen av en åpning eller port oppnås ved å innstille gasstrykket slik at det absolutte trykk bak åpningens munning er lik eller mere enn 1,89 ganger det absolutte trykk ved åpningens nedstrømside. Dette krever et minimum på ca. 0,95 kg/cm<2> på opp-strømsiden når gassen ledes ut i atmosfæren. Hvor det anvendes forvarmningsporter av vanlig sylindrisk type, hvis ut-løpskoeffient ligger mellom 0,5 og 0,6 må trykkfallet gjennom portens sylindriske seksjon oppstrøms i forhold til munningen adderes til munningstrykket 0,95 kg/cm2 for å få det totale oppstrøms trykk som kreves for at man skal oppnå kritisk eller lydhastighet hos gassen i åpningens munning. For oksygens vedkommende er lyd-hastigheten ca. 300 m/sek.

Konfigurasjonen av forvarmingsporten i henhold til oppfinnelsen, som utgjør et vesentlig trekk ved oppfinnelsen, utmerker seg ved at lengden av måleåpningen er holdt på et absolutt minimum. Denne åpning, som stort sett utgjør bare et punkt målt langs portens lengdeakse, gir en åpning hvis utløpskoeffisient nærmer seg til 1,0 (0,9 eller høyere). På denne måte er trykkfallet gjennom selve åpningen praktisk talt eliminert. Følgelig er trykket opp-strøms av åpning og trykket oppstrøms av åpningens munning ett og det samme, slik at et oppstrøms trykk på bare 0,95 kg/cm<2 >gir kritisk strømningshastighet gjennom forvarmningsportene i henhold til oppfinnelsen.

Som vist i fig. 1 og 2 er innerdelens 12 utløpsende utstyrt med en flerhet av spor 32 som er utformet i denne dels omkrets og omgir et sentralt utløp 20 for oksygen. Sporene strekker seg bakover til en ringformet passasje 16 og smalner fortrinsvis av i forhold til delens 12 akse med 1—3°, som antydet ved vinkelen a° i fig. 2, slik at det kan oppnås en regulert ekspandering av gasstrømmene i sideretning.

Omkretssporene 32 kan, som her vist, ha et stort sett trekantet eller V-formet tverrsnitt som kan ha en flat eller buet bunn, slik som et i tversnitt U-formet spor ville gi. Det vesentlige er i ethvert tilfelle, at sporet har en slik form at det fås et ekspansjonskammer som har en kon-figurasjon i hvilken flammeportpassasjen eller kammeret 30, som avgrenses av sporene og overflaten 40 på kappens 14 forreste åpning 28, har spesielle proporsjoner. Eksempelvis er det, for å muliggjøre at supersoniske gasshastigheter oppnås hos forvarmningsgasstrømmen, når denne går ut fra målestedet 34 og inn i flammeportpassasjen eller ekspansjonskammeret 30, nødvendig at denne passasje 30 gradvis ut-vider seg i tverretning som antydet ved vinkelen a°, for at det skal oppnås en regulert, jevn ekspansjon av forvarmningsgassen i sideretning. Denne regulerte ekspansjon skaffer en jevn økning av hastigheten til en verdi som overstiger gassens kritiske hastighet. Men hvis passasjen 30 er for sterkt divergerende vil strømmen ha tilbøyelighet til å falle sammen, på grunn av overekspansjon av gassen, hvilket vil fremkalle en turbulent strømning langs gasstrømmens ytre kant og derved naturligvis nedsette strømningshastigheten.

Ved at det i en dyse inkorporeres en forvarmningspassasje av den i fig. 2 viste type, har det vist seg at når den ytre vegg av passasjen 30 forløper parallelt med dysens midtakse, vil en skråning på ca. 1° og ikke overstigende 3°, gi den V-formede passasje 30 en tilstrekkelig økning av tverrsnittsarealet til at man oppnår den ønskede kontrollerte ekspansjon av forvarmningsgassen, idet denne forlater måle-porten 34, hvorved det oppnås en jevn hastighetsøkning til supersonisk hastighet. Hvis skråningen er over 3° blir passasjen utvidet for hurtig, og som følge derav vil overekspandering av gasstrømmen resul-tere i en nedsatt strømningshastighet. Ved at passasjens 30 ytre vegg er parallell blir den kontrollerte gasstrøms ekspansjon praktisk talt begrenset til en radiell retning innover mot dysens sentrale akse. Forvarmningsflammene vil derfor konver-gere mot et punkt foran dysen og derved lokalisere varmekonsentrasjonen på overflaten av det arbeidsstykke som skal be-handles.

Det ble funnet, at ikke bare betyr ekspansjonspassasjens 30 tverrsnittsareal en vital faktor med hensyn til forvarmningsgassens hastighet, men også lengden L av denne passasje, målt mellom målestedet 34 og ytterflaten 42 av kjernen 12 er viktig. De beste resultater hva utløps-hastighet angår, oppnås når mottrykket like ved oppstrøms målestedet 34 er ca. 0,98 kg/cm<2>, og forholdet mellom passasje-lengden L og den største lineære dimen-sjon ved målestedet 34 ligger innenfor forholdet 3:1. Med dette forhold kan man oppnå det trykk på 35 g/cm<2> over de 0,95 kg/cm<2> som behøves for å oppnå kritisk hastighet. Dette trykk, i kombinasjon med det regulerbare tverrsnitt av portpassasjen, tjener til å øke hastigheten av den fra portene utstrømmende gass til en supersonisk verdi (høyere enn kritisk hastighet) i stedet for å brukes til å overvinne friksjon, som ville opptre i en altfor lang port. Hvis for eksempel (se fig. 3) hvert spors høyde «h» målt ved målestedet 34, er ca. 1,6 mm, vil en passende lengde L for flammepassasjen 30 ligger mellom 4 og 4,8 mm.

En uventet fordel, som oppnås ved den beskrevne, egenartede kombinering av konstruksjonstrekk i dysen, er den at flammen ved utløpsenden kan forsinkes, til tross for supersoniske drivhastigheter. Dette oppnås ved passende plassering av de enkelte forvarmningsporter i forhold til hverandre. Den nære, ringliknende an-bringelse (fig. 3) muliggjør at flammen fra den ene port samarbeider med flammene fra naboporter, slik at flammene gjensidig understøtter hverandre. En til-fredsstillende flammebremsing oppnås også på grunn av divergensen mellom de enkelte flammeporter. Som foran nevnt, er en viss avsmalning eller divergens av vesentlig betydning for at det skal oppnås kontrollert sideveis utvidelse av gasstrøm-men; men det har vist seg at ytterpartiet av hver enkelt strøm holdes tilstrekkelig tilbake til at det fås en omkretsfilm som strømmer med under supersonisk hastighet. Denne film har faktisk en utløps-hastighet som er mindre enn flammefor-plantningshastigheten hos vedkommende speielle forvarmningsgassblanding.

På grunn av det høye forhold mellom oksygen og brennstoff, som anvendes, blir flammens forplantningshastighet øket, og dermed flammens tilbøyelighet til å bli blåst bort fra dysen mindre.

Oppfinnerne har funnet at for oppnåelse av supersoniske hastigheter er an-bringelsen og arten av målestedet 34 en av de viktigste faktorer i oppfinnelsen. Eksempelvis er i fig. 1 og 2 målestedet 34 be-liggende i kammeret 16 hvor skulderen 38 møter den forreste sylindriske åpning 28. Da sporene 32 er avbøyet innover mot kjerneaksen danner målestedet det minste tverrsnittsareal av en flammeport og ut-gjør teknisk sett et tverrsnitt som i virke-ligheten ikke har noen lengde i det hele tatt. Det kan mere nøyaktig beskrives som et periferisk segment som er avgrenset av samvirkende spor 32 og veggen av åpningen 28. Derved at den kritiske målepassa-sjes lengde blir minsket til praktisk å være et punkt blir trykktap på grunn av gasse-nes strømning gjennom målepassasjen, nedsatt til praktisk talt null. Derfor vil et trykk på 0,95 kg/cm- like foran målestedet 34 skaffe en kritisk hastighet gjennom målestedet. Følgelig vil et tilgjengelig trykk på 0,98 kg/cm<J> i kombinasjon med den etter målestedet følgende, forholdsvis korte, svakt divergerende passasje, sikre at utløpsgassen fra forvarmningsflamme-portene får supersonisk hastighet.

Foran er de respektive forvarmnings-gassporter blitt beskrevet som avgrenset av samarbeidende kjerne- og ytterdeler, men den spesielle portkonfigurasjon i henhold til oppfinnelsen er ikke begrenset til dyser eller munnstykker som har en flerhet av porter, men kan også utføres i dyser som består av ett eneste stykke. Eksempelvis kan forvarmningspassasjene i en av et stykke bestående dyse utgjøres av en flerhet av boringer som strekker seg langs-etter gjennom dysen og munner ut som flammeporter i utløpsendepartiet. I et slikt tilfelle kan flammeportene ha et i tverrsnitt sirkulært målested og ekspansjonskammer som fremstilles ved en opp-rømnings- eller smi-operasjon. Også i dette tilfelle har ekspansjonspassasjen den ønskede avsmalning for å sikre regulert sideveis ekspansjon og har en lengde som av-henger av målesteddiameteren.

En av fordelene ved fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen er den, at det er meget enkelt å regulere det gassforhold som gir de mest effektive forvarmningsflammer. Selv en uøvet apparat-styrer kan derfor oppnå den mest effektive forvarmning, uten at han behøver å ha strømningsmålere eller liknende inn-retninger i gasstilføringsledningene. For å regulere forvarmningsflammene passende behøver man bare å starte med en flamme på den brenselrike side, som har omtrent det ønskede volum av brenselgass. Deretter økes oksygentilførselen gradvis inntil flammenes indre konus har sin korteste lengde, og tilsetning av mere oksygen vil begynne å forlenge konusen igjen. Det riktige inn-stillingsforhold er det hvor flammenes indre konus er kortest, på den brennstoff-rike side. Ved uriktig innstilling av forvarmningsflammene vil disse bre seg vifte-formet ut fra dysens senterlinje. Men hvis flammene er riktig innstillet, faller de symmetrisk rundt kuttestrålen, som godt formede, spisse konuser.

Videre har det vist seg, at beliggen-heten av flammekonusens spiss i forhold til arbeidsstykkets overflate er en viktig faktor for oppnåelse av den mest effektive forvarmning. Den beste beliggenhet, d. v. s. den som gir et minimum av forvarmningstid, fås når forvarmningsflam-menes indre konus nettopp berører den plate som skal opphetes. Flammekonuser som treffer platen og kortes eller bringes i så liten avstand fra overflaten som 1,6 mm vil øke forvarmningstiden med så meget som 30 pst.

Ved anvendelse av oppfinnelsen under bruk av det foran beskrevne munnstykke oppnås det ikke bare en sterkt nedsatt for-opphetningstid på 5 sek. eller mindre for start i det indre overflateområde av en jernplate som skal kuttes, men muliggjør også øyeblikkelig start fra kanten av platen, forutsatt at startkanten er forholdsvis skarp. Dette betyr at for start fra kanten kan det ved mekanisert kutting benyttes en forholdsvis enkel fremgangsmåte. Det er, f. eks. bare nødvendig å innstille kutte-apparatets arbeidshastighet i overensstem-melse med den som svarer til den spesielle materialtykkelse, regulere forvarmningsflammene som foran angitt for at kritisk hastighet skal oppnås, sette på oksygenet, og starte innretningens bevegelse mot og på tvers i forhold til arbeidsstykket. Forvarm-nings- og kuttereaksjonen starter samtidig uten pauser som det normalt krever for å starte et kutt.

En videre fordel som fås ved bruk av sådan hurtig varmeoverføring og nesten punkt-konsentrering av varme i løpet av en meget kortvarig periode, er den at man praktisk talt fullstendig unngår at metallet slår seg. Dette har selvfølgelig betydning når det gjelder kutting av tynne me-tallplater.

En annen fordel ved å anvende supersonisk gasshastighet gjennom forvarm-ningsporten er den at generelt for platetykkelser over 13 mm er selve platetykkelsen ikke en faktor som påvirker forvarmningstiden. Det vil med andre ord si, at den forvarmningstid som kreves for å initiere kutteraksjonen er helt uavhengig av platetykkelsen og forblir den samme for alle platetykkelser på over 13 mm. Hvor man som tidligere, anvendte lav hastighet og lavt forvarmningsforhold var forvarmningstiden betydelig lengre og medførte en uheldig forødelse av varme ved ledning gjennom arbeidsstykket. I den tidligere anvendte forvarmningsmetode er altså platetykkelsen en faktor av betydning derved

at jo tykkere platen er desto lengre tid tar

det å forvarme den. For kutteoperasjoner

gir flammer av supersonisk hastighet den

kortest mulige forvarmningstid for initie-ring av kuttereaksjonen. Når kuttingen

først er startet kan forvarmningsflammene trekkes tilbake så man får den ønskede myke flamme for gjennomføringen

av kuttet og få et kutt av god kvalitet med

skarp øvre kant av snittet.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for termisk behandling av en metallflate ved at det mot

denne rettes opphetende flammer som dannes ved å forene en høytrykksstrøm av et oksydasjonsmiddel med en lavtrykksstrøm av et brennstoff, slik at det dannes en strøm av brennbar gassblanding, hvor denne strøm gjennom en brenner i rekke-følge innsnevres og forhåndsekspanderes, hvoretter strømmen får ekspandere og brenne i atmosfæren, karakterisert ved at strømmen av forbrennbar gassblanding hvori forholdet mellom oksygen og brensel holdes ved 2 : 1 for naturgass, 5 : 1 for propan og 1,5 : 1 for acetylen mens den flyter mot et mottrykk som ikke overstiger 1,05 kg/cm<2> over atmosfæretrykk, innsnevres tilstrekkelig meget til at dens hastighet heves til den kritiske hastighet, og at øyeblikkelig etter sådan innsnevring ekspanderes strømmen i sideretning med en forut bestemt, jevn hastighet som ikke overskrider den hastighet ved hvilken en ytterligere økning av ekspansjon vil bevirke en nedsettelse av strøm-ningshastigheten.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, hvor en flerhet av strømmer, som er an-bragt i en krets omkring en akse, blir eks-pandert og brent i atmosfæren, karakterisert ved at den forut bestemte ekspandering av de enkelte strømmer er begrenset til en retning innover mot den nevnte akse.

3. Brenner for utførelse av fremgangsmåten i påstandene 1—2 der brenneren har en gasstilføringspassasje som kan oppta en strøm av brennbar gassblanding og som kommuniserer med en eller flere utløpspassasj er som har utvidet tverrsnitt og hvor de ytre åpninger av en flerhet av disse utløpsåpninger befinner seg meget nær ved hverandre, karakterisert ved at utløpspassasj en eller -passasjene (30) er forsynt med en måleåpning (34) som gir en utløpskoeffisient på minst 0,9 og med vegger (32) som divergerer utover fra måleåpningen (34) med en vinkel seg imellom som ikke overstiger 3 grader.

4. Brenner ifølge påstand 3 hvor ut-løpspassasj en (30) er anordnet i en krets omkring brennerens akse, karakterisert ved at utløpspassasj enes veggers divergens er begrenset til en retning innover mot den nevnte akse.

5. Brenner ifølge påstand 3, med en kappe (14) som har en aksial boring og en kjernedel (12) som er koaksial med og kan gli i kappen, slik at det avgrenses en ringformet passasje (16) mellom dem, hvor hver av de nevnte deler er utstyrt med et ringformet sete (18, 22), slik at når brenner-munnstykket anbringes i en vanlig oksygen-brennstoff-brenners legeme vil den nevnte ringformete passasje (16) sam-arbeide med i brennerlegemet anbragte passasjer som tilføres brennbar gassblanding ,karakterisert ved at kappens aksiale boring har en endevegg (38) som konvergerer hen mot en sylindrisk utløps-boring (28) av mindre diameter, som er innrettet til å oppta et forreste endeparti av kjernen (12), og at et endeparti av kjernen, som rager frem fra boringen av større diameter i kappen (14), er utstyrt med en flerhet av nærved hverandre i en ringkrets anbrakte langsgående spor (30), hvor hvert spors dybde tiltar i retning fremover og sporet inneslutter en vinkel på ikke over 3° i forhold til kjernens ytter-flate.

6. Brenner ifølge påstand 5, karakterisert ved at forholdet mellom lengden av det med spor utstyrte parti av kjernen (12) inne i munnstykkets utløps-boring (28) og sporets dybde ligger innenfor forholdet 3:1.

7. Brenner ifølge en hvilken som helst av påstandene 5 eller 6, karakterisert ved at kjernen (12) har en aksial passasje (20) som er innrettet til å sam-arbeide med en aksial oksygentilførings-passasje i brennerlegemet.