DE2600876A1

DE2600876A1 - Verfahren zum durchfuehren von flaemmschnellstarts

Info

Publication number: DE2600876A1
Application number: DE19762600876
Authority: DE
Inventors: Stephen August Engel
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 1975-01-13
Filing date: 1976-01-12
Publication date: 1976-07-15
Also published as: NZ179740A; FR2297110A1; FR2297110B1; SE7600221L; DE2600876C3; NO144695C; AU1020176A; SU900795A3; NL177667B; BE837490A; IN155724B; IT1053299B; PH13832A; US3966503A; SE447802B; NO145683C; CS226160B2; BR7600121A; NO802144L; FI753734A7

Description

PATENTANWALT DlPL-ING. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 2600876

L-9768-G 12. Jan. 1976

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 1OO17, V.St.A,

Verfahren zum Durchführen von Flämmschnellstarts

Die Erfindung befaßt sich mit dem thermochemischen Abtragen von Metall von einer Werkstückoberfläche, ein Verfahren, für das sich der Begriff "Flämmen¹¹ eingeführt hat. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen von Schnellstarts oder fliegenden Starts bei Flämmarbeitsgängen. Unter einem fliegenden Start soll vorliegend das praktisch augenblickliche Einleiten einer thermochemischen Reaktion.auf einem Werkstück verstanden werden, das sich gegenüber der Flämm-Maschine mit seiner normalen Flämmgeschwindigkeit bewegt, d.h. einer Geschwindigkeit zwischen ungefähr 6 und 45 m/min. Mit Geschwindigkeiten am unteren Ende dieses Bereichs wird beim Flammen von kalten Werkstücken gearbeitet, während die Geschwindigkeiten am oberen Bereichsende für das Flammen von warmen Werkstücken benutzt werden.

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRiCPATENT MÜNCHEN

Bekanntlich wird eine Flämrnreaktion eingeleitet, indem das metallische Werkstück auf seine Schmelz- oder Zündtemperatur vorgewärmt wird, was normalerweise mit Hilfe von auf einen relativ kleinen Bereich gerichteten Vorwärmflammen geschieht, bevor auf das Schmelzbad ein schräg verlaufender Strom , aus sich rasch vorwärtsbewegendem Flämmsauerstoff aufgeblasen wird. Der Flämmsauerstoffstrom hat eine zweifache Aufgäbet zum einen soll er eine thermochemische Reaktion mit dem Metall bewirken; zum anderen soll er das in Reaktion gegangene Metall wegblasen, wodurch für die Flämmreaktion frisches Metall freigelegt wird.

Es ist seit langem bekannt (beispielsweise US-PS 2 2O5 89O), Metallstäbe zu verwenden, um bei Handflämmvorgängen raschere Starts zu erzielen. In diesem Fall muß das Werkstück stillstehen; der Flämmer muß entsprechend geschickt sein, um sowohl die Zeitdauer des Flämmsauerstoffstroms vorzugeben als auch den Brenner und den Stab in geeignetem Winkel zu halten. Es ist auch bekannt (US-PS 2 309 096) maschinelle Flämmreaktionen mit Drähten oder Stäben einzuleiten. Die dort beschriebenen Flämmstarts sind jedoch gleichfalls nur bei einem stillstehenden Werkstück möglich.

In der einschlägigen Technik sind ferner fliegende Starts bekannt, Ihre Durchführung war jedoch nur mit Hilfe von komplizierten, aufwendigen und unzureichend zuverlässigen

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Verfahren möglich. Infolge dessen hatten sie in der Praxis nur sehr geringen Erfolg. So ist es bekannt, fliegende Starts mit Hilfe von Metallpulver (US-PS 3 216 876), oder durch Verwendung einer mit Strom gespeisten Elektrode (US-PSen 2 513 425 und 3 658 599) durchzuführen. Pulverstarts sind wegen der raschen Abnutzung der Pulverzuführung unzuverlässig; deshalb sowie angesichts der Kosten des Metallpulvers sind Pulverstarts nicht befriedigend. Die Durchführung von Starts unter Zufuhr von elektrischem Strom ist wegen der dabei anfallenden Kosten und der verhältnismäßig komplizierten Einrichtungen problematisch.

Bisher war es nicht möglich, einen echten Schnellstart oder einen fliegenden Start an einem sich bewegenden Werkstück ohne die Anwendung von Metallpulver oder einem mit elektrischem Strom gespeisten Metallstab oder einer keramischen Elektrode durchzuführen.

Mit der Erfindung soll ein einfaches, kostensparendes und verläßliches Verfahren geschaffen werden, das es erlaubt, einen Schnellstart oder fliegenden Start an einem Werkstück ohne Zufuhr von Metallpulver oder elektrischem Strom durchzuführen. Individuelle gratfreie Fleckflämmschnitte sollen an einem metallischen Werkstück sofort vorgenommen werden können, ohne daß es der Zufuhr von Metallpulver oder von elektrischer Energie bedarf. Im Verlauf eines einmaligen Überfahrens der Werkstück-

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oberfläche sollen mehrere augenblicklich eingeleitete, willkürlich angeordnete selektive Flämmschnitte auf der Oberflache eines Werkstückes ausgeführt werden können, das sich mit normaler Flämmgeschwindigkeit bewegt. Daneben soll es auch möglich sein, einen momentan eingeleiteten Flämmschnitt voller Breite auf der Oberfläche eines sich mit normaler Geschwindigkeit bewegenden Werkstückes auszuführen.

Bei einem Verfahren zum Durchfuhren eines thermochemischen Schnellstarts auf der Oberfläche eines Werkstückes aus einem Eisenmetall wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ende eines aus einem Eisenmetall bestehenden Drahtes, der in einer Sauerstoffatmosphäre auf Zündtemperatur erwärmt wurde, mit einer vorbestimmten Stelle der Oberfläche, an der die Flämmreaktion beginnen soll, in Berührung gebracht wird, ein Sauerstoffgasstrahl hoher Intensität unter Einleitung einer sofortigen Flämmreaktion und Ausbildung eines Schmelzbades an der Stelle zum Auftreffen auf einen ungefähr 1 bis 15 cm hinter der Stelle liegenden Punkt der Oberfläche gebracht wird und ein Sauerstoffstrahl hoher Intensität weiter auf das Schmelzbad gerichtet wird, bis sich das Schmelzbad auf «ine vorbestimmt· Breite ausgedehnt hat.

Der vorliegend verwendet« Begriff "Schnellstart" soll sowohl fliegende Starts als auch Starts einschließen, bei denen zwischen dem Werkstück und der Flämmvorrichtung keine Relativ-

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bewegung erfolgt, bis der Kontakt zwischen dem heißen Draht und der vorbestimmten Stelle hergestellt wird. Im Augenblick des Kontaktes wird jedoch sofort mit der normalen Flämmgeschwindigkeit begonnen (ohne daß in der bekannten Weise auf die Ausbildung des Schmelzbades gewartet wird), so daß der Start erfolgt, während sich Werkstück und Flämmvorrichtung gegeneinander bewegen. Würde die Vorschubbewegung nicht sofort bei dem Kontakt mit dem heißen Draht eingeleitet, würde der Sauerstoffstrahl innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne in dem Werkstück ein Loch ausbilden. Es versteht sich, daß die Relativbewegung erfolgen kann, indem entweder die Werkstückoberfläche gegenüber einer stillstehenden Flämmvorrichtung bewegt wird oder umgekehrt.

Nachdem das Schmelzbad auf seine vorgewählte Breite ausgebreitet ist, ist der Schnellstart abgeschlossen. Der Ausbreitsauerstoffstrom kann dann eingeschaltet bleiben und benutzt werden, um die Flämmreqktion durchzuführen; er kann aber auch abgeschaltet werden, und es kann ein anderer Sauerstoffstrom zum Auftreffen auf das ausgebreitete Schmelzbad unter einem spitzen Winkel zur Werkstückoberfläche gebracht werden, um die Flämmreaktion zu übernehmen und durchzuführen. Die Art des erwünschten Flämmschnittes bestimmt die Art des FlämmsauerstoffStroms, der vorgesehen wird, um die Flämmreaktion von dem Ausbreitstrom zu übernehmen.

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Ein einzelner gratfreier Fleckflämmschnitt läßt sich durchführen, indem auf das Schmelzbad ein schräger, flächiger Flammsauerstoffgasstrom gerichtet wird, dessen Strömungsintensität in Richtung auf die Ränder des Stromes allmählich vermindert wird, um an den Seitenkanten der DUsenöffnung, aus welcher er austritt, die Intensität Null zu erreichen; dabei wird ein Schnitt ausgebildet, dessen Breite kleiner als

die Breit« der Austrittsöffnung ist.

Soll ein selektives Fleckflänvnen der gesamten Oberfläche eines Werkstuckes in einem einzigen Durchgang erfolgen, müssen die Flämmschnitte nicht nur gratfrei sein, sondern auch in der Weise ausgebildet werden, daß einander benachbarte Schnitte sich weder überlappen noch übermäßig hohe Wülste oder tiefe Auskehlungen zwischen den Schnitten entstehen. Dies erfordert die Möglichkeit, am Schmelzbad seitlich aneinander angrenzende Flämmsauerstoffströme austreten zu lassen, deren Strömungsintensität jeweils in Richtung auf ihre Ränder allmählich abnimmt und von denen jeder einen Flämmschnitt erzeugt, der mindestens ebenso breit wie die betreffende Austrittsöffnung ist. Wenn diese Flämmeinheiten mit normaler Flämmgeschwindigkeit Über das Werkstück laufen, können sie in vorgewählter Weise ein- und ausgeschaltet werden, um jede beliebige willkürliche Verteilung von Fehlerstellen auf der Werkstückoberfläche auszuflammen. Soll ein herkömmlicher Flämmvorgang ausgeführt werden, kann dies erfolgen, indem ein schräg verlaufender

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flächiger Flämmsauerstoffstrom, dessen Strömungsintensität Über die volle Breite im wesentlichen gleichförmig ist, von einer herkömmlichen rechteckförmigen DUse aus auf das Schmelzbad gerichtet wird. In einem solchen Fall bietet der Flammsehne.¹ Istart den Vorzug, daß die Flämmreaktion auf einem Werkstück eingeleitet werden kann, wenn dieses mit den Flammeinheiten in entsprechende Ausrichtung kommt, ohne daß das Werkstück oder die Flämmeinheiten verlangsamt oder angehalten zu werden brauchen, um die Flämmreaktion beginnen zu lassen, wie dies bei der Verwendung von herkömmlichen Vorwärmflammen erforderlich ist. Der Schnellstart erlaubt es, mit dem Flämmvorgang unmittelbar auf den Kontakt der Vorrichtung mit dem Werkstück hin zu beginnen.

Oi* Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Xn den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, aus der das Verfahren und die dabei verwendete Vorrichtung zum Durchführen eines einzelnen gratfreien Fleckflämmschnittes mit einem Schnellstart entsprechend der Erfindung zu erkennen sind;

Fig. 2 eine Stirnansicht der Flämmsauerstoffdlisenöffnung entsprechend der Linie 2-2 der Fig. 1{

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Fig. 3, 4, 5 und 6

schematische Darstellungen, die, gesehen νοττ ofcreiT entlang der Linie 3-3 der Fig. 1, die Folge von Reaktionen erkennen lassen, die auf dem Werkstück bei der Durchführung eines erfindungsgemäSen •Schnellstarts stattfinden,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bestimmten Vorrichtung, die zum Zwecke der Fernsteuerung an einem Ausleger montiert ist}

Fig. β eine abgewandelte AusfUhrungsform der Vorrichtung nach Fig. 7;

Fig« 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der mit mehreren einander benachbarten Flämmeinheiten gearbeitet wird, um in einem einzigen Durchgang für ein selektives Mehrschnitt-Fleckflämmen der vollen Werkstückbreit· mit Schnellstart zu sorgen}

Fig.10 »ine Stirnansicht der bei den Flämmeinheiten nach Fig. 9 verwendeten Flämmsauerstoffdüsenöffnungen und

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 9, aus der zu erkennen ist, wie mit Hilfe des Verfahrens noch

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der Erfindung mehrere Fleckflämmschnitte mit Schnellstart in einem einzigen Durchgang über die volle WerkstUckbreite hinweg durchgeführt werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 läuft der Startdraht 1 , der auf •ine (nicht veranschaulichte) Spule aufgewickelt sein kann, über ein Drahtrichtgerät 4, eine Drahtvorschubeinrichtung und eine Drahtführung 9. Er kommt mit der Oberfläche des Werkstückes W an dem Punkt A in Kontakt, d.h. dem Punkt, an dem die Fleckflämmreaktion unmittelbar vor der Fehlerstelle beginnen soll. Die Drahtvorschubeinrichtung 5 ist mit einem Drahtvorschubmotor 6 fest verbunden, der seinerseits an einem Befestigungsbügel 7 montiert ist. Der Draht 1 kann mittels eines Antriebsrades 8 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung verschoben werden. Nach Betätigen des Motors 6 werden ungefähr 5 cm Draht in Vorwärtsrichtung vorgeschoben, um den Draht am Punkt A mit der Werkstückoberfläche in Kontakt zu bringen. Es ist ein Sauerstoffausbreitbrenner vorgesehen, bei dem es'sich um eine einfache 1 bis 5 cm Runddüse handeln kann. Der Brenner bildet Schmelzbäder mit einer Breite von ungefähr 5 cm bis 35 cm aus. Der Brenner ist an seinem austrittsseitigen Ende mit einem solchen Winkel gegenüber der Werkstückoberfläche geneigt, daß die projezierte Mittellinie des aus dem Ausbreitbrenner 2 austretenden Sauerstoffstrahls 30 die Werkstückoberfläche an

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einem Punkt B ungefähr 5 cm hinter dem Punkt A trifft. Eine Flämmeinheit 3 weist herkömmliche obere und untere Vorwärmblöcke 12 bzw. 13 auf, die mit einer Reihe von Vorwärnflammenauslässen 14 bzw. 15 für vorvermischte bzw. nachvermischte Vorwärmflammeη sowie mit geeigneten Gasdurchlässen versehen sein können. Wird mit vorvermischten Vorwärmflammen gearbeitet, was im Hinblick auf eine größtmögliche Sicherheit vorzuziehen ist, tritt aus den Auslässen 14 und 15 ein Brenngas aus, das nach Zünden durch Vermischen mit einem langsamen Sauerstoffstrom brennt, der den Flämmsauerstoffdüsenschlitz 16 verläßt, der von der Unterseite 17 des oberen Vorwärmblockes 12 und der Oberseite 18 des unteren Vorwärmblockes 13 gebildet wird. Die schlitzförmige Sauerstoffdüse 16 endet in einer Austrittsöffnung 19. Um einen einzelnen gratfreien Fleckflämmschnitt zu erzeugen, ist die Öffnung 19 in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise geformt. Sauerstoff und Brenngas werden der Flämmeinheit 3 in bekannter Weise über die Zuleitungen 20 bzw. 21 zugeführt.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet wie· folgt. Zunächst werden die von der Flämmeinheit 3 ausgehenden Vorwärmflammen gezündet, indem man Brenngas aus den Reihen der Vorwärmauslässe 14 und 15 austreten läßt und einen niedrigen Sauerstoffgasstrom über die Öffnung 19 zuführt. Diese mit den Linien 22 angedeuteten Vorwärmflammen erreichen die Werkstückoberfläche und werden nach oben umgelenkt, so daß

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sie.auf das Ende Drahtes 1 treffen und dieses bis zu einer hellen Rotglut erhitzen, was erkennen läßt, daß sich die Drahtspitze auf der Sauerstoffzündtemperatur befindet, d.h. ihrer ZUndtemperatur in einer Sauerstoffatmosphäre. Wenn der auszuflammende fehlerhafte Bereich des sich bewegenden Werkstückes W einen unmittelbar vor dem Punkt A liegenden Punkt erreicht, wird der Drahtvorschubmotor 6 betätigt, wodurch das heiße Ende des Drahtes 1 in festen Kontakt mit der Werkstückoberfläche gebracht wird. Gleichzeitig wird ein Hochdruckstrahl aus Sauerstoff aus dem Brenner 2 abgegeben und zum Auftreffen auf den mit der Werkstückoberfläche in Kpntakt befindlichen heißen Draht gebracht, so daß sofort mit einer Flämmreaktion begonnen und an der Fehlerstelle ein Schmelzbad ausgebildet wird. Der Draht 1 wird dann zurückgezogen, um sein weiteres Schmelzen zu verhindern. Der Sauerstoffstrahl aus dem Brenner 2 bewirkt, daß das Schmelzbad sehr rasch auf seine volle Breite anwächst, worauf dieser Sauerstoffstrahl abgeschaltet und der aus der Öffnung 19 austretende Flämmsauerstoffstrahl, der. auf den Punkt C der Werkstückoberfläche gerichtet ist, auf seine Flämmdurchflußmenge gesteigert wird, um die Reaktion von dem Ausbreitstrahl zu übernehmen. Der Flämmsauerstoffstrom bleibt eingeschaltet, so lange der Flämmschnitt erwünscht ist,

Di· Schritte, die dem Zünden der von der Flämmeinheit abgegebenen Vorwärmflammen folgen, lassen sich automatisieren und

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über eine Reihe von Taktfolgezeitgliedern, Relais und Magnetventilen steuern, so daß ein Flämmer oder ein zweckentsprechendes Signal die oben erläuterte Schrittabfolge einleitet und selbsttätig durchführt. Ein zweites Signal ist erforderlich, um den Schnitt zu beenden, indem der Flämmsauerstof fstrom abgeschaltet oder auf einen Wert herabgesetzt wird, der gerade ausreicht, um die Vorwärmflammen weiterbrennen zu lassen. In diesem Zustand ist die Vorrichtung bereit, um sofort einen weiteren Fleckflämmvorgang durchzuführen.

Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der vorstehend erläuterten Schrittabfolge wird der Flämmsauerstoffstrom gleichzeitig mit dem Ausbreitstrahl eingeschaltet. Letzterer hat eine wesentlich größere Wucht oder Stoßkraft und steuert daher den Ablauf der thermochemischen Operation, d.h. er bewirkt die Bildung und Ausbreitung des Schmelzbades. Wenn dann der Ausbreitstrahl abgeschaltet wird, übernimmt der Flämmsauerstof fstrom die Reaktion ⁸S"¹" allmählich und gleichmäßig, jedoch gleichwohl rasch.

Fig. 2 zeigt zeigt die Flämmdüsenöffnung 19, die bei der Flämmeinheit nach Fig. 1 verwendet wird, um einen einzelnen gratfreien Flämmschnitt auszubilden. Grundsätzlich kann aber auch mit anderen Arten" von FlämmdUsen gearbeitet werden.

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- 13 Hervorzuheben ist, daß ein kritisches Merkmal einer solchen

Düse darin besteht, daß der erzeugte Schnitt eine geringere Breite als die Düse selbst hat. Dies ist notwendig, um einen gratfreien Fleckflämmschnitt zu erreichen. Gleichzeitig wird es dadurch jedoch unmöglich, solche Düsen Seite an Seite mit einer weiteren derartigen Düse zu benutzen, weil die dabei erhaltenen parallelen Schnitte zwischen den einzelnen Schnitten einen nicht geflammten Oberflächenbereich stehen lassen . würden. Infolge dessen eignen sich derartige Düsen nur zur Ausbildung von einzelnen gratfreien Schnitten. Fig. 2 läßt den oberen und den unteren Vorwärmblock 12 und 13 erkennen, die mit den Reihen von oberen und unteren Vorwärmbrenngasauslässen 14 bzw. 15 ausgestattet sind. An beiden Enden der Öffnung 19 der Sauerstoffdüse befinden sich dreieckige Einsätze 25, die bewirken, daß die Intensität der Randteile des die Öffnung 19 verlassenden Sauerstoffst^oms allmählich abnimmt, d.h., daß die auf die Werkstückoberfläche übertragene Stoßkraft geringer wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 beträgt der Abstand zwischen den Punkten A und B ungefähr 5 cm. Dieser Abstand kann jedoch zwischen ungefähr 1 cm und 15 cm schwanken; vorzugsweise wird er zwischen 5 und 10 cm gehalten. Der günstigste Abstand zwischen den Punkten A und B hängt von dem Winkel «£» ab, unter dem der Sauerstoffstrahl auf die Werkstückoberfläche gerichtet wird. Je größer dieser Winkel ist, desto kleiner

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ist der Abstand zwischen den Punkten. Der Winkel «6 kann zwischen ungefähr 30 und 80 schwanken} vorzugsweise liegt der Winkel zwischen 50° und 60°. Bei einem Winkel ·* des Strahls von 30° sollte der Abstand seinen Höchstwert von ungefähr 15 cm haben; bei einem Winkel von 80 wird vorzugsweise mit dem Kleinstabstand von 1 cm gearbeitet. Die Punkte A und B dürfen jedoch nicht übereinanderliegen; d.h., die Projektion 30 soll die Projektion des Drahtes 1 nicht auf der Werkstückoberfläche schneiden, da dies einen augenblicklichen Start verhindert. Der Punkt C sollte geringfügig hinter dem Punkt B liegen} vorzugsweise sollte er sich ungefähr O bis 15 cm hinter dem Punkt B befinden.

Die Skizzen gemäß den Fig. 3 bis 6 zeigen, wie entsprechend dem vorliegend geschilderten Verfahren durchgeführte Schnellstarts oder fliegende Starts ablaufen. Es ist dabei hervorzuheben, daß die in den Fig. 3 bis 6 veranschaulichte Schrittfolge die Reaktionen darstellt, die in ungefähr 1 1/2 s ablaufen.

Fig. 3 gilt für den Zeitpunkt, zu dem das Ende des heißen Drahtes 1 mit dem Punkt A unmittelbar vor der Fehlerstelle auf der sich bewegenden Werkstückoberfläche in Kontakt gekommen ist. Der Pfeil deutet die Richtung an, in der das Werkstück W mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 15m pro min läuft. Gleichzeitig bewirkt aus dem Ausbreitbrenner 2 austretender

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Sauerstoff ein Zünden des heißen Drahtendes, das sich mit der Oberfläche des Werkstückes in Kontakt befindet. Dadurch wird der den Punkt A umgebende Bereich 23 aufgeschmolzen. Der Schnell- oder Momentanstart hat begonnen.

Fig. 4 zeigt den gleichen Bereich ungefähr eine halbe Sekunde später als im Falle der Fig. 3. Während sich das Stahlwerkstück in Pfeilrichtung weiterbewegt, beginnt sich das Schmelzbad 24 unter dem Einfluß des Sauerstoffausbreitstrahles des Brenners 2 fächerförmig auszubreiten.

Fig. 5 stellt den Fehlerbereich ungefähr eine Sekunde später als Fig. 3 dar. Der Bereich 25' zeigt das Schmelzbad, das sich auf dem weiterbewegten Werkstück W aufgrund des fortgesetzten Austritts von Sauerstoff aus dem Ausbreitbrenner 2 ausgebreitet hat. Der Startdraht 1 ist jetzt zurückgezogen. Wenn das Schmelzbad auf seine maximale Breite von ungefähr 25 cm ausgebreitet ist, wird der den Brenner 2 verlassende Sauerstoff abgestellt! die Durchflußmenge des die Flämmeinheit 3 verlassenden Flämmsauerstoffs wird erhöht, um die Flämmreaktion zu übernehmen. Der Flämmsauerstoffstrom erfaßt das Schmelzbad und setzt den Flämmschnitt in dem Bereich 26 fort. Der Bereich 26 enthält sowohl schmelzflüssiges Metall als auch Schlacke auf der Oberseite von ungeflämmtem Stahl; er ist von dem durchgehend aufgeschmolzenen Badbereich 25* klar zu unterscheiden.

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Die Art, in der die Reaktion fortschreitet,ist in Fig. 6 dargestellt, die die Reaktion ungefähr 1 1/2 s später als die Fig. 3 wiedergibt. Der Bereich 27 wurde geflammt; der Bereich 28 ist aufgeschmolzen, jedoch hat noch kein Flämmen stattgefunden; innerhalb des Bereiches 29 befindet sich ein Gemisch aus Schlacke und schmelzflüssigem Metall auf der Oberseite von ungeflämmtem Stahl. Während die Oberfläche des metallischen Werkstückes unter der Flämmvorrichtung hindurchbewegt wird, durchläuft sie drei deutlich unterscheidbare Stufen. Bei der ersten Stufe handelt es sich um einen Bereich von geschmolzenem Metall und Schlacke auf nicht geflammtem Stahl. In der zweiten Stufe ist nur schmelzflüssiges Metal] anzutreffen. In der dritten Stufe ist der betreffende Bereich geflammt. Zu dem in Fig. 6 veranschaulichten Zeitpunkt ist der Startdraht zurückgezogen; der Ausbreitsauerstoffstrom ist ausgeschaltet; die Flämmeinheit 3 führt einen Flämmschnitt voller Breite aus. Es ist wichtig festzuhalten, daß die Breite des von der Flämmdüse ausgeführten Schnittes gleich der Breite ist, über die h.inweg die Ausbreitdüse 2 das Schmelzbad ausgebreitet hat. Dies ist wichtig, um eine Gratbildung zu vermeiden.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1, die an einem Ausleger montiert ist, um cjie Flämmvorrichtung sowohl in Querrichtung über die Breite des

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Werkstückes W hinweg als auch in Längsrichtung entlang der Längsabmessung des Werkstückes verstellen zu können. Ein waagrechtes Rahmenteil 31 ist an einer auf Schienen geführten Steuerkqnzel 32 befestigt. Die Kanzel 32 enthält die Steuerung für den Betrieb der Vorrichtung, so unter anderem für den über die Drahtvorschubeinrichtung 5 zugeführten Startdraht, den den Ausbreitbrenner 2 verlassenden Sauerstoff sowie den Sauerstoff und das Brenngas, die der Flämmeinheit 3 über die Zuleitungen 20 bzw. 21 zugeführt werden. Die Kanzel 32 ist in seitlicher Richtung entlang dem Werkstück W auf Schienen verfahrbar. Eine an einer der Schienen befestigte Zahnstange 34 steht mit einem unter der Kanzel 32 sitzenden, nicht veranschaulichten, motorisch angetriebenen Ritzel in Eingriff, wodurch die gesamte an einem Ausleger montierte Flämmanordnung und die Kanzel in gewünschter Weise entlang den Schienen 33 bewegt werden können. Die aus der Flämmeinheit 3, dem Brenner oder Blasrohr 2 und der Drahtvorschubeinrichtung 5 bestehende Flämmanordnung ist an einem Wagen befestigt, der an einer Platte 38 auf- und abläuft, die ihrerseits an ein Gehäuse 40 angebracht ist. Mit Hilfe eines Motors 39 wird die Flämmanordnung über eine nicht veranschaulichte Kombination von Zahnstange und Ritzel in gesteuerter Weise angehoben und abgesenkt, wobei die Zahnstange an der Platte 38 befestigt ist.

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Die Flämmanordnung und das Gehäuse 40 lassen sich über die Breite des Werkstückes W hinweg mit Hilfe eines motorisch angetriebenen Ritzels 35 verstellen, das mit einer am Rahmen 31 befestigten Zahnstange 36 zusammenwirkt.

Mit Hilfe der in Fig. 7 veranschaulichten Vorrichtung können wahllos auf der Oberfläche des Werkstückes verteilte Fehlerstellen selektiv ausgeflämmt werden, indem die Vorrichtung mit der Fehlerstelle ausgerichtet und dann in Längsrichtung über die Fehlerstelle hinweg bewegt wird. Der Bereich 41 stellt einen typischen, mittels der veranschaulichten Vorrichtung ausgeführten Fleckflämmschnitt dar.

Fig. 8 zeigt eine gegenüber der Lösung nach Fig. 7 abgewandelte Anordnung des Brenners 2. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist der Brenner 2 auf den Punkt B von der rechten Seite des Werkstückes W ausgerichtet, so daß das Schmelzbad in Richtung auf die linke Seite des Werkstückes vor die Flämmeinheit 3 getrieben wird. Diese Anordnung erlaubt es, das Startschmelzbad rascher über eine breitere Fläche hinweg auszubreiten, so daß breitere Flämmschnitte ausgeführt werden können, als dies mit einer Brenneranordnung gleicher Größe im Falle der Fig. 7 der Fall ist. Es versteht sich, daß der Brenner 2 auch auf der linken Seite oder in einer beliebigen Zwischenstellung angebracht sein kann. Ferner kann auch mit einer Kombination von zwei derartigen Brennern

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oder DUsen gearbeitet werden, wobei die Anordnung nach Fig. 7 dem Starten und die Anordnung nach Fig. 8 dem Ausbreiten des¹ Schmelzbades dient.

Fig. 9 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Mehrzahl von Flämmeinheiten, die mit Düsen ausgestattet sind, um die volle Breite eines Werkstückes W in einem einzigen Durchgang in einer Mehrzahl von Schnitten unter Durchführung von Schnellstarts oder fliegenden Starts selektiv zu flammen. Die Flämmeinheiten 51, die entsprechenden Drahtvorschubeinrichtungen 52 unddie Ausbreitbrenner oder -Düsen 53 sind auf einem verfahrbaren Wagen 54 fest montiert, der auf Portalgerüstschienen 55 und 56 läuft und über Zahnstangen-Ritzel-Antriebe verschoben werden kann. Die Schienen 55 und sind auf Portalgerüstträgern 57 montiert. Die Gesamtanordnung der nebeneinandersitzenden, für einen fliegenden Start geeigneten Flämmeinheiten kann über die volle Länge des Werkstückes W hinweglaufen, so daß die gesamte Breite mit normaler Flämmgeschwindigkeit selektiv geflammt werden kann, indem jede der Flämmanordnungen gesondert selektiv betätigt wird. Obwohl bei der in Fig. 9 veranschaulichten Vorrichtung das Werkstück stillsteht und die Flämmvorrichtung Über das Werkstück hinwegläuft, ist es möglich und in einigen Fällen günstiger, umgekehrt vorzugehen, d.h., mit einer stillstehenden Flämmvorrichtung zu arbeiten, unter der die Werkstücke auf Rollen hindurchlaufen, die mit normaler

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Flämmgeschwindigkeit angetrieben sind.

Wenn mit der in Fig. 9 veranschaulichten Vorrichtung selektive Mehrschnitt-Fleckflämmvorgänge ausgeführt werden, bei denen zwei oder mehr Schnitte von einander überlappender Dauer gemacht werden müssen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten eingeleitet werden können, bei denen beiden jedoch die Geschwindigkeit durch die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Flämmanordnung bestimmt ist, kann keine Pause oder Absenkung der Flämmgeschwindigkeit von dem Augenblick an toleriert werden, zu dem der erste Schnitt begonnen wird, bis der letzte Schnitt abgeschlossen ist. Der Grund dafür ist, daß eine Pause in unkontrollierbarer Weise einen von einer benachbarten Einheit gerade durchgeführten Schnitt beeinträchtigen würde. Mit anderen Worten, wenn beispielsweise die Anordnung zu dem bei bekannten Anlagen üblichen Vorwärmen verlangsamt werden muß, würde eine benachbarte Anordnung, . bei welcher der Flämmsauerstoff eingeschaltet ist, in dem Werkstück ein tiefes Loch ausbilden. Daraus ist klar ersichtlich, daß bei einem selektiven Mehrschnitt-Fleckflämmvorgang keine Verlangsamung toleriert werden kann und daß für ein· einwandfreie Durchführung eines solchen Verfahrens ein Sofortstart oder ein fliegender Start von derart ausschlaggebender Wichtigkeit ist.

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Außerdem ist es wesentlich, daß bei diesem Verfahren keine Flämmschnitte verursacht werden, die entweder den von einer benachbarten Einheit zu flammenden Bereich überlappen oder aber Grate oder Wülste zwischen benachbarten Flämmschnitten verursachen. Dieses Erfordernis wird erfüllt, indem für einen Gruppendurchgang geeignete Flämmsauerstoffdüsen vorgesehen werden, d.h. mehrere nebeneinander angeordnete Flämmeinheiten mit Düsen der in Fig. 10 veranschaulichten Art.

Fig. 1O zeigt die Stirnfläche der Flämmeinheit, die für die Gruppendurchgang-Flämmdüsen gemäß Fig. 9 vorgesehen sind. Diese Düsen umfassen jeweils eine Reihe von oberen und unteren f^achmisch-Brenngasauslässen 61 bzw. 62, die oberhalb bzw. unterhalb einer Auslaßöffnung 63 für den Flämmsauerstoff sitzen. Die Öffnung 63 ist typischerweise ungefähr 6 mm hoch und 20 cm breit. Ihre Kanten sind durch Endwandteile 64 teilweise abgeschlossen. Diese sind im Bereich ihrer unteren Kante typischerweise ungefähr 3 cm lang; ihre größte Höhe beträgt 4 mm; sie weisen einen Schrägschnitt mit einem Innenwinkel von ungefähr 10° auf. Derartige Endwandteile 64 sind an jedem Ende jeder Flämmsauerstofföffnung 63 vorhanden, um den Sauerstoffstrom in Richtung auf die Kanten jeder Einheit allmählich zu verringern, ohne jedoch die Kante der Einheit völlig zu verschließen, wie dies für die in Fig. 2 veranschaulichte Öffnung der Fall ist. Öffnungen der in Fig. 2 dargestellten Art erzeugen auf dem Werkstück einen Flämmschnitt,

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dessen Breite geringer als di© Breite der ©ffnung ist, aus welcher der Sauerstoff austritt, wohingegen die Gruppendurchgang-Öffnung 63 gemäß Fig. 10 zu einem Schnitt führt, der zwar in Richtung auf seine Außenkanten hin flacher wird, jedoch die gleiche Breite wie die Öffnung 63 selbst hat. Es wird daher ein Schnitt erhalten, der sich gerade an den benachbarten Schnitt anschließt, ohne diesen zu überlappen, ohne übermäßig hohe Wülste auszubilden und ohne Grate auf der Metalloberfläche entstehen zu lassen.

Fig. 11 stellt eine Draufsicht dar, die erkennen läßt, wie die Vorrichtung gemäß Fig. 10 arbeitet, wenn ein Werkstück mit fliegenden Starts in mehreren Schnittbahnen selektiv fleckgeflämmt werden soll. Dabei sind in Fig. 11 mehrere nebeneinandersitzende Flämmeinheiten 71, 72, 73, 74 und 75 dargestellt, von denen jede eine Sauerstoffausbreitdüse 76 und einen heißen Startdraht 77 aufweist und von denen jede mit Sauerstoff und Brenngas und Kanäle 78 bzw. 79 versorgt wird.

Die Fehlerstellen aufweisenden Bereiche auf der Oberfläche des Werkstückes W₁ die selektiv ausgeflammt werden sollen, sind mit 81, 82, 83, 84 und 85 bezeichnet. Wenn die sich bewegende Gruppe von benachbarten Flämmeinheiten mit dem Werkstück W in Kontakt kommt, muß die Einheit 74 einen fliegenden Start durchführen, wenn sie das vordere Ende 86

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des Bereichs 84 erreicht. Die Einheit 74 muß eingeschaltet bleiben, bis sie am hinteren Ende 87 des Bereichs 84 ankommt. Dann wird die Einheit 74 abgeschaltet, während die Einheiten und 72 fliegend gestartet werden. Während die Gruppe der Flämmeinheiten über das Werkstück läuft, bleibt die Einheit eingeschaltet, bis sie das hintere Ende des fehlerhaften Bereichs 82 erreicht. Sie wird dann entweder durch den Flämmer oder aber aufgrund eines mechanischen oder elektrischen Signals hin abgesperrt, während die Einheit 71 eingeschaltet bleibt. Die Einheit 74 wird erneut eingeschaltet, um mit dem Fleckflammen des Bereiches 85 zu beginnen.' Wenn sich die Flämmeinheitengruppe dem Anfang des Bereichs 83 nähert, wird die Einheit 73 eingeschaltet, während die Einheit 74 am Ende des Bereichs 65 abgeschaltet wird. Die Einheit 71 wird abgeschaltet, wenn das Ende des Bereichs 81 erreicht ist. Das Abschalten der Einheit 73 erfolgt am Ende des Bereichs 83. Während des gesamten Fleckflämmdurchganges bleibt die Einheit 75 ausgeschaltet, da in der von dieser Einheit Überlaufenen Zone des WerketUckes keine Fehler vorlagen.

Ansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Durchführen eines thermochemischen Schnellstarts auf der Oberflache eines Werkstückes aus einem Eisenmetall, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende eines aus einem Eisenmetall bestehenden Drahtes, der in einer Sauerstoffatmosphäre auf Zündtemperatur vorgewärmt wurde, mit einer vorbestimmten Stelle der Oberfläche, an der die Flämmreaktion beginnen soll, in Berührung gebracht wird, ein Sauerstoffgasstrahl hoher Intensität unter Einleitung einer sofortigen Flämmreaktion und Ausbildung eines Schmelzbades an der Stelle zum Auftreffen auf einen ungefähr 1 bis 15 cm hinter der Stelle liegenden Punkt der Oberfläche gebracht wird, und ein Sauerstoffstrahl hoher Intensität weiter auf das Schmelzbad gerichtet wird, bic sich das Schmelzbad auf eine vorbestimmt· Breite ausgedehnt hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines fliegenden Starts das Werkstück und die Flämmvorrichtung mit normaler Flämmgeschwindigkeit und ohne Unterbrechung gegeneinander bewegt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Flämmvorrichtung mit normaler Flämmgeschwindigkeit eingeleitet wird, wenn der Draht mit der Stelle in Berührung kommt.

4. -Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß der Startdraht mittels Flammen vorgewärmt wird, die auf das Ende des Drahtes auftreffen.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Auslösen der Flämmreaktion dienende rasche Sauerstoff-Strahl von einer derartigen Stellung aus auf den Punkt gerichtet wird, daß der eingeschlossene Winkel zwischen der Mittelachse des Strahls und der Vorschubrichtung auf der Werkstückoberfläche 30°·bis 80° beträgt und das Schmelzbad parallel zur Richtung der Relativbewegung ausgebreitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Auslösen der Flämmreaktion dienende rasche Sauerstoffstrahl von einer derartigen Stellung aus auf den Punkt gerichtet wird, daß der eingeschlossene Winkel zwischen der Mittelachse des Strahls und der WerkstückoDerfläche 30° bis 80° beträgt und das Schmelzbad senkrecht zur Richtung der Relativbewegung ausgebreitet wird.

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7. Verfahren nach Ansprueh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammen gegen die Oberfläche gerichtet und von dieser nach oben zum Auftreffen auf den Draht umgelenkt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Flämmen der Oberfläche ein flächiger Flämmsauerstoffstrom in einem spitzen Winkel zu der Werkstückoberfläche auf das Schmelzbad gerichtet wird.

9. Verfahren nach Ansprueh 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines einzelnen gratfreien Flämmschnittes, dessen Breite kleiner als die Breite der Austrittsöffnung für den Flämmsauerstoffstrom ist, die Intensität des flächigen Flämmsauerstoffstromes in Richtung auf die Ränder des Stroms allmählich bis auf die Intensität Null an den Seitenkanten dieser Austrittsöffnung vermindert wird.

10. Verfahren nach Ansprueh 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des flächigen Flämmsauerstoffstroms in Richtung auf die Ränder des Stromes allmählich vermindert, jedoch auf einem Intensitätswert von Über Null an den Seitenkanten der Öffnung gehalten wird, aus welcher der Flämmsauerstoffstrahl austritt, wodurch ein gratfreier Fleckflämmschnitt ausgebildet wird, dessen Breite gleich der Breite der Austrittsöffnung ist und der keine übermäßig hohen Vorsprünge oder tiefe Ausnehmungen zwischen

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gleichzeitig hergestellten, nebeneinanderliegenden Schnitten entstehen läßt.

11, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung eines herkömmlichen Flämmschnitts mit einem flächigen Flänvnsauerstoffstrom gearbeitet wird, der eine über die gesamte Breite der zugehörigen Austrittsöffnung im wesentlichen gleichförmige Intensität hat.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des ausgebildeten Schnittes gleich oder größer als die Breite des anfänglichen Schmelzbades gemacht wird.

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