DE1621671C - Verfahren und Vorrichtung zum thermochemischen Flammen von metallischen Werkstücken - Google Patents

Description

60

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermochemischen Flämmen von metallischen Werkstücken, bei dem ein flächiger Sauerstoffstrom unter einem schiefen Winkel gegen die vorerhitzte Werkstückoberfläche gerichtet wird und das Werkstück und der Sauerstoffstrom in der Flämmrichtung derart gegeneinander bewegt werden, daß ein über die Oberflächenbreite des Werkstücks reichendes Schlacke-Eisen-Schmelzbad auf der Werkstückoberfläche vor dem Sauerstoffstrom hergetrieben wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind seit langem bekannt (USA.-Patentschriften 2 125 175 und 2125 179). Sie erlauben, eine im wesentlichen gleichmäßige Oberflächenschicht in einem Arbeitsgang abzutragen. Nun weisen aber häufig die Werkstücke einzelne, verhältnismäßig tiefe Fehler auf. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es unzweckmäßig, die für die Beseitigung der Oberflächenschicht gewählte Schnittiefe gleich der maximalen Fehlertiefe zu machen. Es ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 125 179), in einem weiteren Arbeitsgang das Werkstück ein zweites Mal nur noch entlang den Längszonen zu flämmen, in denen derartige tiefere Fehler liegen. Das hat aber den Nachteil, daß das Werkstück zweimal durch die Flämmvorrichtung hindurchgeleitet werden muß, daß bei dem zweiten Flämmvorgang ausgeprägte Längsriefen entstehen und daß zur Beseitigung schon eines einzigen Fehlers von relativ kleiner Längsabmessung im zweiten Flämmvorgang Werkstoff auf der vollen Länge des Werkstücks abgetragen werden muß.

Es ist ferner bekannt (USA.-Patentschriften 3 216 867 und 3 245 842), einzelne Flämmdüsen, die quer zur Bewegungsbahn des Werkstücks angeordnet sind, derart wahlweise einzuschalten, daß nur die Oberflächenfehler aufweisenden Werkstückzonen geflammt werden. Ein solches Verfahren erfordert einen fliegenden Start des Flämmvorganges jeweils an den unmittelbar vor den Fehlern liegenden Stellen. Dies bereitet Schwierigkeiten, weil sehr große Wärmemengen erforderlich sind, um die zu flammende Zone auf Zündtemperatur zu bringen. Man hat zu diesem Zweck ein brennendes Metallhilfspulver auf die Werkstückoberfläche gerichtet und dann einen Hochdruck-Flämmsauerstoffstrom gegen die erhitzte. Zone geblasen (USA.-Patentschrift 3 216 867). Das Metallpulver verursacht jedoch erhebliche Mehrkosten. Beispielsweise sind bei einer 30,2 mm breiten Düse ungefähr 28 g Eisenpulver für jeden fliegenden Start erforderlich. Das Flämmen der vier Seiten eines Knüppels von 8,5 m Länge und einem Querschnitt von 100 X 100 cm bedingt im Mittel 48 Starts. Infolgedessen können die Gesamtpulverkosten beim selektiven Flämmen in vielen Fällen die Metalleinsparungen aufwiegen, die durch Anwendung des Fleckflämmverfahrens erzielt werden. Außerdem ist es schwierig, das Pulver an eine vom Pulververteiler entfernte Stelle zu bringen und dort gleichmäßig zu verteilen. Wenn das Pulverventil für eine vorbestimmte Flämmdüse geöffnet wird, tritt das Pulver zusammen mit dem Trägergas in einem plötzlichen Stoß aus. Wird der Druck des Trägergases nicht in engen Grenzen geregelt oder kommt es zu einer teilweisen Verstopfung einer Düse, wird die erforderliche Pulvermenge nicht abgegeben und nicht ordnungsgemäß verteilt. Dadurch wird die Verläßlichkeit des Verfahrens verringert. Die einzelnen schmalen Flämmdüsen lassen ferner in der Oberfläche des metallischen Werkstücks im Bereich der selektiv geflammten Zonen unerwünschte Längsriefen entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es erlaubt, ein Werkstück

auch dann rasch und wirtschaftlich sowie ohne den Einsatz von Metallhilfspulver zu flämmen, wenn einzelne tiefe Oberflächenfehler vorhanden sind, und mittels dessen eine glatte, von Längsriefen im wesentlichen freie Werkstückoberfläche erhalten wird.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum wahlweisen Ausflämmen von Oberflächenfehlern mindestens ein zusätzlicher Sauerstoffstrom intermittierend gegen die fehlerhaften Stellen gerichtet wird, während diese Stellen mit dem in Flämmrichtung vorn liegenden Teil des Schmelzbades in Berührung stehen und dadurch die Auftreffstelle des zusätzlichen Sauerstoffstroms auf die erforderliche Sauerstoff-Reaktionstemperatur erhitzt ist. Das mittels des flächigen Sauerstoffstromes erzeugte Schlacke-Eisen-Schmelzbad wird also als Wärmequelle ausgenutzt, die die Auftreffstelle des zusätzlichen Fleckflämm-Sauerstoffstromes auf die für einen fliegenden Start erforderliche Reaktionstemperatur bringt. Ein Hilfspulver ist nicht erforderlich. Das Verfahren ist infolgedessen sehr wirtschaftlich. Der flächige Sauerstoffstrom übt außerdem eine Glättungswirkung aus und sorgt für eine Reinigung und mindestens teilweise Einebnung der selektiv geflammten Zonen.

Die Durchflußmenge des als flächiger Strom ausgeblasenen Sauerstoffs wird vorteilhaft so niedrig gehalten, daß sie gerade ausreicht, um einen Flämmschnitt von geringer Tiefe auszuführen. So werden zweckmäßig beim Kaltflämmen der flächige Sauerstoffstrom mit einer Durchflußmenge von ungefähr 3,9 bis 5,6 cbm pro Stunde je mm Oberflächenbreite und die schmalen, wahlweise intermittierend zugeschalteten Sauerstoffströme mit einer Durchflußmenge von ungefahr 4,4 bis 5,6 cbm pro Stunde je mm überstrichener Werkstückbreite ausgeblasen und wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 9 bis 30 m pro Minute gearbeitet. Bei den meisten Stahlsorten wird dadurch eine Oberflächenschicht von ungefähr 5 bis 1,5 mm Stärke abgetragen, während die Schnittiefe in den die Oberflächenfehler enthaltenden ausgewählten Zonen auf ungefähr 10 bis 3,5 mm vergrößert wird.

Beim Warmflämmen werden vorzugsweise der flächige Sauerstoffstrom mit einer Durchflußmenge von ungefähr 3,3 bis 5,0 cbm pro Stunde je mm Oberflächenbreite und die schmalen, wahlweise intermittierend zugeschalteten Sauerstoffströme mit einer Durchflußmenge von ungefähr 3,9 bis 5,0 cbm pro Stunde je mm überstrichener Werkstückbreite äusgeblasen und wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 15 bis 76 m pro Minute gearbeitet. Für die meisten Stahlsorten führt dies, zu einem Abtrag einer Oberflächenschicht von ungefähr 5 bis 1,3 mm Stärke; in den mit Oberflächenfehlern behafteten Zonen wird für eine Schnittiefe von ungefähr 10 bis 2,5 mm gesorgt.

Werden ständig Werkstücke gleicher Größe und Qualität bearbeitet, liegen die tiefsten Fehler häufig in vorbestimmten Zonen, beispielsweise an den Werkstückkanten. In einem solchen Fall kann die Durchflußmenge für den flächigen Sauerstoffstrom so eingestellt werden, daß ein Flämmschnitt erhalten wird, dessen Tiefe der Tiefe der größten Anzahl der Fehler entspricht. Mittels des zusätzlichen Sauerstoffstromes kann dann in den fehlerhaften Längszonen für eine den tiefsten Stellen entsprechende Flämmschnittiefe gesorgt werden.

Eine zur Durchführung des neuen Verfahrens bestimmte Vorrichtung mit einer Flämmeinheit mit einer schlitzförmigen Sauerstoffdüse zur Erzeugung eines über die Breite der zu flammenden Oberfläche reichenden flächigen Sauerstoffstroms ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine an der Flämmeinheit über der schlitzförmigen Düse angeordnete Reihe von zusätzlichen Sauerstoffdüsen, die über einzeln einstellbare Ventile mit einer Sauerstoffquelle in Verbindung stehen und so gerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Sauerstoffströme die zu flammende Oberfläche etwas vor der Auftreffstelle des flächigen Sauerstoffstroms treffen. Weil Hilfspulverzuführungen entfallen, wird eine besonders einfache und wenig aufwendige Flämmvorrichtung erhalten. Die schlitzförmige Düse und die zusätzlichen Sauerstoffdüsen können eng beieinander sitzen, was zu einem kompakten Aufbau führt. Die Flämmeinheit als solche ist zweckmäßig in der aus der USA.-Patentschrift 2 838 431 bekannten Weise aufgebaut.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht der Flämmvorrichtung nach der Erfindung im Betrieb, nachdem das metallische Werkstück vorgewärmt und das Schlacke-Eisen-Schmelzbad ausgebildet ist, und

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf die Flämmvorrichtung nach Fig. 1.

Wie angedeutet, wird die Oberfläche eines metallischen Werkstücks W zunächst mit einem aus Durchlässen F austretenden Brenngas und einem schwachen Sauerstoffstrom aus der durchgehenden schlitzförmigen Düse S der Flämmeinheit M vorgewärmt, um auf dem Werkstück ein langgestrecktes, querverlaufendes Schlacke-Eisen-Schmelzbad P auszubilden. Während dem anfänglichen Vorwärmen bleiben das Werkstück W und die Flämmeinheit M ortsfest. So-. bald das Schmelzbad gebildet ist, wird die Sauerstoffstrom der Düse S auf einen Wert eingestellt, der nur ausreicht, um einen Flämmschnitt von geringer Tiefe entsprechend F i g. 1 auszuführen, während der Brenngasfluß aus den Durchlässen F auf einen Wert abgesenkt wird, der ausreicht, um die flächige Ausbildung des Sauerstoffstroms stabil zu halten. Der auf die vorgewärmte Zone auftreffende, verhältnismäßig schwache Sauerstoffstrom führt eine thermochemische Reaktion herbei, die ausreichende Wärme freisetzt, um das Schmelzbad während des selektiven Flämmens im schmelzflüssigen Zustand zu halten. Es ist wesentlich, daß das Schmelzbad flüssig bleibt, da es die Durchführung von echten fliegenden Starts erlaubt, ohne daß ein Metallhilfspulver verwendet werden muß. ■ '

Etwa in dem Zeitpunkt, in dem das langgestreckte Schmelzbad ausgebildet ist und die Sauerstoff- und Brenngasströme in der oben beschriebenen Weise eingestellt sind, werden das Werkstück W und der flächige Sauerstoffstrom gegeneinander bewegt, um die thermochemische Reaktion entlang dem Werkstück fortschreiten zu lassen. Während dieser Relativbewegung werden Fehler in der Werkstückoberfläche selektiv dadurch beseitigt, daß ein oder mehrere Sauerstoffströme aus einer oder mehreren zusätzlichen Düsen N gegen den hinteren Teil R des langgestreckten Schmelzbades P an Stellen gerichtet werden, die mit den Fehlern im wesentlichen ausgerichtet sind. Wenn die zusätzlichen Sauerstoffströme auf den

hinteren Teil des Schmelzbads treffen, ergibt sich ein fliegender Start, der für die Länge des Fehlers fortgeführt wird, so daß der Fehler aus der Oberfläche ausgeflämmt wird. Die Düsen N werden, intermittierend betätigt und können unabhängig voneinander wirksam gemacht werden, so daß aus ihnen Sauerstoff nur dann ausgeblasen wird, wenn ,Fehler in der Werkstückoberfläche vorbeilaufen, die mit einer oder mehreren dieser Düsen im wesentlichen ausgerichtet sind.

Die Düsen TV können von Hand oder automatisch gesteuert werden. Für eine automatische Betätigung der einzelnen Düsen beim selektiven Flämmen eignet sich ein Steuersystem der aus der USA.-Patentschrift 3 245 842 bekannten Art. Dabei werden die Fehler ermittelt, wird die gegenseitige Lage der Fehler in einem Speicher, z. B. einem Magnetbandspeicher, aufgezeichnet und werden die so aufgezeichneten Informationen vom Speicher zwecks Betätigung von Magnetventilen in der eine bestimmte Düse speisenden Gaszuleitung zu genau dem Zeitpunkt selbsttätig übermittelt, in dem der Fehler in den Arbeitsbereich der Düse eintritt.

Je nach der Tiefe der Fehler können die selektiv betätigten Düsen N Riefen in der Werkstückoberfläche entstehen lassen, die den Ort der beseitigten Fehler erkennen lassen. In bestimmten Anwendungsfällen können derartige Riefen bei dem nachfolgend gebildeten Produkt zu unerwünschten Folgen führen. Der breite flächige Sauerstoffstrom sorgt jedoch für einen Schnitt von geringer, gleichmäßiger Tiefe, der etwaige Riefen, die von den einzelnen Sauerstoffströmen der Düsen N verursacht sind, mindestens teilweise einebnet.

Aus jeder der Düsen N ist zweckmäßig eine Sauerstoffmenge von 3,90 bis 5,57 cbm je Stunde pro mm bestrichener Oberflächenbreite ausblasbar. Die Düsen können so konstruiert sein, daß ein Strahl beliebiger geeigneter Form, z. B. ein kreisförmiger oder flacher Strahl, erzeugt wird.

Unabhängige Ventile sind vorgesehen, um jede Düse oder kleine Düsengruppen mit Sauerstoff zu versorgen. Die Ventilsteuerung ist vorzugsweise in der aus der USA.-Patentschrift 3 245 842 bekannten Weise aufgebaut.

Wenn Werkstücke gleicher Art geflammt werden, bei denen die zu flammende Oberfläche häufig tiefere Fehler an einer bestimmten Stelle, z. B. im Bereich der Kanten, aufweist, kann die Durchflußmenge des

ίο flächigen Sauerstoffstroms auf einen Wert eingestellt werden, der ausreicht, um das Werkstück auf eine Tiefe entsprechend derjenigen der meisten Fehler zu flämmen. Diese Durchflußmenge liegt im allgemeinen beim Kaltflämmen von Stahl in der Größenordnung von 4,46 bis 5,57 cbm pro Stunde je mm Oberflächenbreite und beim Warmflammen bei 3,34 bis 4,46 cbm je Stunde pro mm Oberflächenbreite. Die Flämmgeschwindigkeit beträgt dabei im Fall des Kaltflämmens von Stahl für gewöhnlich ungefähr 15 bis 27 m pro Minute und im Fall des Warmflämmens von Stahl 27 bis 46 m pro Minute. Um einen tieferen Flämmschnitt in dem Bereich des Werkstücks zu erzielen, der ständig tiefere Fehler aufweist, werden die Düsen N, die mit diesen Bereichen im wesentlichen ausgerichtet sind, eingeschaltet und bleiben zumindest für einen Teil des gesamten Flämmvorganges im Betrieb. Liegen die Zonen der tiefsten Fehler beispielsweise im Bereich der Werkstückkanten, werden die Düsen N12 und N14 betätigt, um die Sauerstoff konzentration des Hauptsauerstoffstroms in diesen Zonen zu erhöhen, so daß an diesen Stellen tiefere Flämmschnitte erzielt werden als im Bereich der übrigen Oberflächenbreite des Werkstücks. Der zusätzliche Sauerstoff kann in geringen breiten Abstufungen von ungefähr 25 mm eingeführt werden. Auch größere Abstufungen lassen sich mit Erfolg verwenden. Bei der Zufuhr dieses Sauerstoffs zum flächigen Hauptstrom ist es wesentlich, ihn etwas vor den Hauptstrom zu richten, um die Ausbildung von Graten zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum thermochemischen Flämmen von metallischen Werkstücken, bei dem ein flächiger Sauerstoffstrom unter einem schiefen Winkel gegen die vorerhitzte Werkstückoberfläche gerichtet wird und das Werkstück und der Sauerstoffstrom in der Flämmrichtung derart gegeneinander bewegt werden, daß ein über die Oberflächenbreite des Werkstücks reichendes Schlacke-Eisen-Schmelzbad auf der Werkstückoberfläche vor dem Sauerstoffstrom hergetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum wahlweisen Ausflämmen von Oberflächenfehlern mindestens ein zusätzlicher Sauerstoffstrom intermittierend gegen die" fehlerhaften Stellen gerichtet wird, während dieser Stellen mit dem in Flämmrichtung vorne liegenden Teil des Schmelzbades in Berührung stehen und dadurch die Auftreff^· stelle des zusätzlichen Sauerstoffstroms auf die erforderliche Sauerstoff-Reaktionstemperatur erhitzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kaltflämmen der flächige Sauerstoffstrom mit einer Durchflußmenge von ungefähr 3,9 bis 5,6 cbm pro Stunde je mm Oberflächenbreite und die schmalen, wahlweise intermittierend zugeschalteten Sauerstoffströme mit einer Durchflußmenge von ungefähr 4,4 bis 5,6 cbm pro Stunde je mm überstrichener Werkstückbreite ausgeblasen werden und mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 9 bis 30 m pro Minute gearbeitet wird.,

-3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Warmflammen der flä- chige Sauerstoffstrom mit einer Durchflußmenge von ungefähr 3,3 bis 5,0 cbm pro Stunde je mm Oberflächenbreite und die schmalen, wahlweise intermittierend zugeschalteten Sauerstoffströme mit einer Durchflußmenge von ungefähr 3,9 bis 5,0 cbm pro Stunde je mm überstrichener Werkstückbreite ausgeblasen werden und mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 15 bis 76 m pro Minute gearbeitet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Flämmeinheit mit einer schlitzförmigen Sauerstoffdüse zur Erzeugung eines über die Breite der zu flammenden Oberfläche reichenden flächigen Sauerstoffstroms, gekennzeichnet durch eine an der Flämmeinheit (M) über der schlitzförmigen Düse (S) angeordnete Reihe von zusätzlichen „Sauerstoffdüsen (Ν% die über einzeln einstellbare Ventile mit einer Sauerstoffquelle in Verbindung stehen und so gerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Sauerstoffströme die zu flammende Oberfläche etwas vor der Auftreffstelle des flächigen Sauerstoffstroms treffen.