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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Flammstrahlen von Fehlern auf der Ober- fläche eines metallischen Werkstückes, wobei ein streifenförmiger Sauerstoffstrom aus einer Flamm- strahldüse schräg gegen eine Reaktionszone aus geschmolzenem Metall gerichtet wird, um darin eine thermochemische Reaktion zu bewirken, und die Reaktion zur Bildung odes gewünschten Flamm- strahl-Einschnittes in Längsrichtung der Metalloberfläche fortgeführt wird, indem zwischen dem
Sauerstoffstrom und der Metalloberfläche eine Relativbewegung erzeugt wird.
Beim selektiven Flammstrahlen wird eine Vielzahl von aneinander grenzenden einzelnen Dü- sen quer zur Bewegungsrichtung des Metallwerkstückes angeordnet und selektiv betrieben, so dass nur die Flächen mit Oberflächendefekten und nicht die gesamte Oberfläche des Werkstückes flammgestrahlt wird.
Aus der DE-AS 1621671 ist eine kontinuierlich arbeitende Flammeinheit mit einer Schlitzdüse mit durchgehendem Schlitz bekannt. Diese Flammeinheit erzeugt einen flächigen Flammsauerstoff- strom mit über die gesamte Düsenbreite gleichbleibender Strömungsgeschwindigkeit und Durchfluss- menge. Eine Verringerung des Flammsauerstoffstromes am Rand der Schlitzdüse ist dabei nicht vorgesehen. Die Intensität des Flammsauerstoffstromes ist daher in der Mitte des Düsenaustritts- schlitzes genau so gross wie an dessen Rändern.
Zu den notwendigen Anforderungen beim selektiven Flammstrahlen gehört nicht nur die For- derung, dass alle Flammstrahl-Einschnitte gratfrei sein müssen, sondern auch die Forderung, dass kein Flammstrahl-Einschnitt einen benachbarten Einschnitt überlappt oder dazwischen eine über- mässig hohe Erhebung verursacht. Eine Flammstrahldüse, die einzelne, regellos angeordnete Defek- te in einem Metallkörper individuell flammstrahlen kann, ohne Grate aus nicht oxydierten Metall- ablagerungen entlang den Grenzen des Flammstrahl-Einschnittes zu bilden, wird in einem dem
Stand der Technik nicht angehörenden Vorschlag geoffenbart.
In einer bevorzugten Ausführungs- form einer Flammstrahl-Einrichtung wird, um die in einem einzigen Durchgang flammgestrahlte
Breite der Metalloberfläche zu steigern, eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Flammstrahl- düsen, von denen jede an andere ähnliche Einheiten für den Nebeneinanderbetrieb angrenzt, eingesetzt. Eine solche Einrichtung kann einerseits, falls gewünscht, zum Abtragen der Oberfläche des gesamten Werkstückes, oder anderseits zum selektiven Flammstrahlen regellos verteilter Defekte verwendet werden. Eine solche Einrichtung ist besonders nützlich in Kombination mit einem automatischen Kontrollsystem, welches die geeignete Flammstrahl- Einheit ein- und ausschaltet.
Flammstrahlen mit einer Vielzahl von einzelnen Flammstrahldüsen von der in der genannten, nicht dem Stand der Technik angehörenden Literaturstelle beschriebenen Art ergibt einen nicht flammgestrahlten Teil des Werkstückes in dem Bereich, wo die Düsen aneinanderstossen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass diese einzelnen, die Gratbildung verhindernden Flammstrahldüsen Einschnitte erzeugen, die schmäler sind als die Breite der Düsenaustrittsöffnung. Wenn also zwei solche Düsen nebeneinander angeordnet werden, um zwei benachbarte Einschnitte in einem einzigen Durchgang zu bilden, verbleibt ein nicht flammgestrahlter Bereich zwischen den Einschnitten.
Wenn ein Defekt, der so breit wie die Düse oder breiter als die Düse ist, flammgestrahlt werden soll, muss dies dementsprechend durch mindestens zwei aufeinanderfolgende, teilweise überlappende Einschnitte erfolgen. Dies ist hinsichtlich Zeit, Kosten und Ausbeuteverlusten unökonomisch.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum selektiven Flammstrahlen zur Bildung von Flammstrahl-Einschnitten mit einer Breite von mindestens der Breite der Flammstrahldüse zu entwickeln, durch welche die Gratbildung entlang den Kanten des Flammstrahl-Einschnittes vermieden werden kann.
Dies wird bei einem Verfahren zum selektiven Flammstrahlen der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Intensität des Sauerstoffstromes an seinen Rändern fortschreitend soweit verringert wird, dass der Sauerstoffstrom an seinen seitlichen Rändern nicht mehr ausreicht, um das Werkstück über die Grenzen des Flammstrahl-Einschnittes hinaus flammzustrahlen, jedoch ausreicht, um einen gratfreien Flammstrahl-Einschitt von zumindest Düsenbreite zu erzeugen.
Die Herabsetzung des Sauerstoffstromes an dessen Rändern geht erfindungsgemäss nur soweit, dass die Erzeugung eines gratfreien Einschnittes noch gewährleistet ist, d. h. die Intensität am
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Rande des Sauerstoffstromes ist zu gering um die thermochemische Flammstrahlreaktion ausserhalb der durch die Düsenbreite gegebenen Begrenzungen in Gang zu halten, sie reicht jedoch aus, um über die genannten Begrenzungen hinausgetriebene Schmelze zu oxydieren.
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Reihe von drei Flammstrahl-Einheiten mit Flammstrahldüsen, Fig. 2 eine Vorderansicht der drei aneinandergrenzenden Flammstrahldüsen der Fig. 1, entlang der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 3 die Vorderseite der Düsenaustrittsöffnung der Anordnung der Fig. 2 im Querschnitt, Fig.
4 und 5 Querschnitte der Vorderansichten anderer Ausführungsformen von Düsenaustrittsöffnungen, und Fig. 6 in Draufsicht die Wirkungsweise der Vorrichtung der Fig. 2 beim selektiven Flammstrahlen auf einem Werkstück.
Die einzelnen in Fig. 1 gezeigten Flammstrahl-Einrichtungen --10-- bestehen aus üblichen Vorheizblöcken-l und 2--. Die untere Oberfläche --5-- des oberen Vorheizblocks --1-- und
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mit einer Austrittsöffnung --8--.
Fig. 2 zeigt die Vorderansicht der drei aneinandergrenzenden Flammstrahl-Einheiten-10--
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fläche des Werkstückes entsprechend dem mittleren Teil austreten kann. Strömungswiderstände --11 und 12--, die eingeschoben sein können, werden an den seitlichen Endabschnitten --15 bzw.
16-- jeder Austrittsöffnung --8-- vorgesehen, um die Höhe der Ausgangsöffnung an den Enden auf einen genügend geringen Wert zu verkleinern, so dass die Intensität des Sauerstoffstromes an den Endabschnitten--15 und 16-- auf jenen Punkt vermindert wird, bei dem der Sauerstoff- fluss zum Aufrechterhalten einer Flammstrahl-Reaktion über die Grenzen des Flammstrahl-Einschnittes, der der Breite W der Austrittsöffnung --8-- entspricht, hinaus nicht mehr ausreicht, jedoch ausreicht, um die Schmelze, die über die genannten Grenzen des Flammstrahl-Einschnittes hinausgetrieben wurde, zu oxydieren.
Werden Flammstrahldüsen in Reihenanordnung verwendet, wie in Fig. 2 gezeigt, so ist das Ausmass, in welchem der Sauerstofffluss an den Enden der Austrittsöffnung vermindert wird, nur an den offenen oder den freien Enden --20 und 21-- der Düsenanordnung kritisch, wo das Problem einer Gratbildung auftritt. An den Rändern --22 und 23-- können keine Grate entstehen, vorausgesetzt, dass der Sauerstofffluss aus den angrenzenden Endabschnitten jeder Austrittsöffnung ausreicht, um einen Flammstrahl-Einschnitt von mindestens der Breite W zu bilden, wodurch die angrenzenden Einschnitte sich teilweise überlappen können oder an den Rändern --22 und 23-- überlappen.
Praktisch wären also an den aneinanderstossenden Rändern keine Strömungswiderstände erforderlich, wenn die Einheit in Reihenanordnung kontinuierlich betrieben werden würde. Um jedoch während des selektiven Flammstrahlens eine maximale Flexibilität sicherzustellen, d. h. wahllos angeordnete Defekte verschiedener Breite, die über die gesamte Oberfläche des Werkstückes verteilt sind, in einem einzigen Durchgang selektiv flammzustrahlen, ist es unumgänglich Strömungswiderstände an beiden Endabschnitten jeder Austrittsöffnung vorzusehen, damit die Düsen als individuelle Düsen oder in Reihenanordnung, je nach der Breite des zu behandelnden Defektes, verwendet werden können.
Fig. 6 veranschaulicht das selektive Flammstrahlen von auf einem Werkstück --W-- regel- los verteilten Defekten in einem einzigen Durchgang mit aneinandergrenzenden Düsen, in Reihenanordnung wie in Fig. 2 gezeigt. Fig. 6 zeigt eine Vielzahl von aneinandergrenzenden Flammstrahl- - Einheiten --71, 72, 73,74 und 75--, von denen jede mit Sauerstoff und einem Brennstoffgas durch die mit --78 bzw. 79-- bezeichneten Einlässe versorgt wird. Die regellos verteilten Defekte auf der Oberfläche des Werkstückes --W--, die flammgestrahlt werden sollen, werden mit --81, 82,83, 84 und 85-- bezeichnet.
Das im folgenden beschriebene Flammstrahlverfahren bezieht sich auf eine bevorzugte Art des selektiven Flammstrahlens, welche durch einen sofortigen Start charakterisiert ist.
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Wenn die sich bewegende Reihe aneinandergrenzender Flammstrahl-Einheiten --71, 72,73, 74 und 75-- mit dem Werkstück-W-in Kontakt kommt, wird durch die Einheit --74--, sobald sie das vordere Ende --86-- der Fläche --84-- erreicht, ein fliegender Start vorgenommen, und diese Einheit --74-- bleibt danach in Betrieb, bis sie das hintere Ende --87-- der Fläche --84-- erreicht, zu welcher Zeit die Einheit --74-- abgestellt wird und die Einheiten --71 und 72-- starten.
Während die Reihe der Flammstrahl-Einheiten über das Werkstück fortgeführt wird, bleibt die Einheit --72-- in Betrieb, bis sie das hintere Ende der fehlerhaften Fläche --82-- erreicht, zu welcher Zeit sie abgestellt wird, entweder durch eine Aufsichtsperson oder durch ein mecha- nisches oder elektrisches Signal, während die Einheit --71-- weiter in Betrieb bleibt. Die Ein- heit --74-- wird zum Flammstrahlen der mit --S5-- bezeichneten Fläche wieder in Betrieb genom- men. Wenn sich die Reihe der Flammstrahl-Einheiten der Fläche --83-- nähert, so wird die Ein- heit --73-- eingeschaltet. Die Einheit --74-- wird abgeschaltet, wenn das Ende der Fläche-85- erreicht ist, und die Einheit --71-- wird abgeschaltet, wenn das Ende der Fläche --81-- erreicht ist.
Die Einheit --73-- wird abgeschaltet, wenn das Ende der Fläche --83-- erreicht ist. Während des gesamten Flammstrahlens bleibt die Einheit --75-- ausser Betrieb, da in der Zone des Werk- stückes, über welche diese Einheit geführt wird, keine Defekte vorliegen.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, dass die Intensität des Sauerstoffstromes nicht bis auf einen Punkt vermindert wird, bei dem der entstehende Einschnitt schmäler ist als die Breite der Düsenaustrittsöffnung, d. h., dass die Strömungswiderstände der Flammstrahldüsen die Höhe der Austrittsöffnung an den Endabschnitten nicht bis auf 0 vermindern. Die Höhe der
Düse an den Rändern wird auf einen Wert über 0 vermindert, so dass ein gratfreier Einschnitt geschaffen wird, der breit genug ist, um mit einer Vielzahl von solchen Düsen nebeneinander ein Werkstück flammstrahlen zu können, ohne dass übermässige Erhebungen oder Vertiefungen zwischen benachbarten Einschnitten durch nicht flammgestrahlte Teile des Werkstückes bewirkt werden.
Falls gewünscht kann der Einschnitt auch verbreitert werden, indem ein Teil des Flamm- strahl-Sauerstoffstromes entlang den Seiten der Düse austreten gelassen wird. Die Seiten der Düse über den Strömungswiderständen können in einem genügenden Abstand hinter der Austrittsöffnung offen sein, um den Einschnitt auf eine vorbestimmte Breite zu vergrössern, während die Bildung von Graten entlang der Grenzen des Einschnittes verhindert wird. Es sollte natürlich beachtet werden, dass beim allmählichen Verbreitern des Flammstrahl-Einschnittes über die Breite der Aus- trittsöffnung hinaus die auftretende Flammstrahl-Reaktion allmählich im Bereich der für einen gratfreien Einschnitt geforderten Bedingungen weniger stabil wird.
Die Form der Austrittsöffnung --8--, welche durch die Strömungswiderstände --11 und 12-- und den oberen und den unteren Vorheizblock --1 und 2-- gebildet wird, wird in Fig. 3 im Querschnitt gezeigt. Die Austrittsöffnung hat typisch eine Breite W von 200 bis 300 mm, eine Höhe H von etwa
6, 5 mm und eine Höhe d an den Enden von etwa 2 mm. Die untere Kante der Austrittsöffnung wird in einem Winkel geneigt in einem Abstand b von den Enden der Austrittsöffnung gezeigt und endet in einem kurzen Abschnitt d, welcher parallel zu den Kanten im Mittelteil c verläuft.
Die Länge e beträgt vorzugsweise etwa 6, 5 mm, kann jedoch zwischen 0 und dem Doppelten der Höhe H variieren. Für einen festgelegten Wert von d und e wird der Wert von b je nach dem Winkel a variieren, welcher im allgemeinen zwischen 5 und 30 liegt. Das Verhältnis d zu H kann zwischen 1 : 6 und 1 : 2 liegen. Für die wirksamste Betriebsweise liegen die Verhältnisse von d zu H und von b zu H vorzugsweise bei 1 : 3 und 5 : 1 bei einem Winkel a von 10 . Die Breite W kann in weitem Masse variieren, wenn die Werte von b, d und H den oben genannten Anforderungen entsprechen, und dabei ein gratfreier Einschnitt entsteht.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Flammstrahldüse ähnlich Fig. 3, wobei jedoch die Austrittsöffnung geneigte Kanten aufweist, die nicht an den Enden in ein kurzes, parallel zu den Kanten im Mittelteil verlaufendes Stück übergehen. Wie in Fig. 3 kann der Neigungswinkel von 5 bis 300 variieren. Für den wirksamsten Betrieb liegen die Verhältnisse von d zu H und von b zu H vorzugsweise bei etwa 1 : 3 und 4 : 1 bei einem Neigungswinkel von 10 .
In einer weiteren Ausführungsform einer Flammstrahldüse können die geneigten Kanten der Austrittsöffnungen der Fig. 3 und 4 gleichmässig gekrümmte Kurven b sein. In allen Ausführungsformen ist das Verhältnis von Breite des geneigten Teiles im Endabschnitt (ausgedrückt als b bis e)
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zu Höhe dieses geneigten Teiles (H bis d) vorzugsweise von 1 : 2 bis 1 : 10, wobei ein Verhältnis von 1 : 5 bevorzugt ist. Für die Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 ist e = 0.