CS207682B2

CS207682B2 - Method of producing the momentary starts of thermochemical reactions on the surface of the descaled metal workpiece

Info

Publication number: CS207682B2
Application number: CS786400A
Authority: CS
Inventors: Stekhen A Engel; Ronald E Fuhrhop
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-04-25
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1981-08-31
Also published as: CS214900B2

Description

Vynález· se týká způsobu vyvolávání mžikových startů termochemické reakce na povrchu odokujňovaného kovového obrobku.The invention relates to a method of inducing instantaneous starts of a thermochemical reaction on the surface of a scarfed metal workpiece.

Obecně se vynález týká termochemického odstraňování kovu s povrchu obrobku, což se obvykle nazývá odokujňování a zejména se vynález týká mžikových čili letmých startů odokujňovacího děje.In general, the invention relates to the thermochemical removal of metal from the workpiece surface, which is commonly referred to as descaling, and in particular, to the instantaneous or fleeting start of the descaling process.

Dosavadní stav techniky užívá pro vytváření mžikových loupačích startů postupů, které vyžadují elektrických oblouků a přiřazených složitých příslušenství, jako je kovový prášek nebo horké dráty. Byla také již navržena metoda pro vytváření mžikových startů za použi tí laserových svazků ve spojení s kyslíkovým paprskem o vysoké intenzitě.The prior art uses processes that require electric arcs and associated complex accessories such as metal powder or hot wires to produce instantaneous peeling starts. A method for creating flash starts using laser beams in conjunction with a high intensity oxygen beam has also been proposed.

Účelem vynálezu je vytvořit jednoduchý a spolehlivý způsob, který umožňuje provádět mžikové čili letmé starty odokujnovacích zářezů na obrobku bez použití kyslíkového paprsku vysoké intenzity pro rozšíření startovací kaluže a také bez použití jakéhokoliv pomocného prášku nebo drátu nebo elektrického oblouku.The purpose of the invention is to provide a simple and reliable method which enables instantaneous or fleeting starts of the scarfing notches on the workpiece without the use of a high intensity oxygen beam for expanding the starter pool and also without using any auxiliary powder or wire or electric arc.

Těchto i dalších účelů se dosáhne vynálezem, jehož podstata spočívá v tom, že se vyvolá relativní pohyb mezi obrobkem a proudem odokujňovaeího kyslíku a současně s tím se vrhá alespoň jeden laserový svazek napříč dráhy předem určené délky, vztaženo na směr pohybu obrobku, na tuto dráhu se vede proud odokujňovaeího kyslíku a pokračuje se ve vedeni proudu odokujňovaeího kyslíku až do vytvoření žádané délky zářezu.These and other purposes are achieved by the invention, which is to cause a relative movement between the workpiece and the scarfing oxygen flow, and at the same time to throw at least one laser beam across a path of a predetermined length relative to the workpiece direction. The scarfing oxygen flow is passed and the scarfing oxygen flow is continued until the desired cut length is formed.

Podle výhodného provedení vynálezu se laserový svazek vrhá napříč uvedené dráhy otáčením laserového svazku s kontinuální vlnou napříč povrchu obrobku.According to a preferred embodiment of the invention, the laser beam is thrown across said path by rotating the continuous wave laser beam across the workpiece surface.

Podle jiného provedení vynálezu sé laserový svazek vrhá napřič uvedené dráhy otáčením svazku impulsového laseru napříč povrohu obrobku.According to another embodiment of the invention, the laser beam casts across said path by rotating the pulsed laser beam across the surface of the workpiece.

Podle dalšího provedení vynálezu se laserový svazek vrhá napříč uvedené dráhy tím, že se odrazným zrcadlem a čočkou zaostřující svazek pohybuje napříč povrchu obrobku.According to another embodiment of the invention, the laser beam is cast across said path by moving the reflecting mirror and the lens focusing beam across the workpiece surface.

Podle ještě dalšího provedení vynálezu na uvedenou dráhu se vede plošný proud odokujňovacího kyslíku.In accordance with yet another embodiment of the invention, a surface jet of descaling oxygen is conducted onto said path.

Výrazem proud odokujňovacího kyslíku se míní proud plynného kyslíku namířený šikmo na povrch obrobku a mající dostatečnou intenzitu, aby termochemicky odstranil povrchovou vrstvu kovu, obvykle do hloubky 1 až 8 mm a provedl loupači zářez o šířce alespoň 25 mm. Proudy odokujňovacího kyslíku mají obvykle podobu clony, čili jsou plošné, avšak mohou být také okrouhlé nebo mít jakýkoliv jiný tvar.By descaling oxygen flow is meant an oxygen gas stream directed obliquely to the workpiece surface and having sufficient intensity to thermochemically remove the metal surface layer, usually to a depth of 1 to 8 mm, and to peel a notch of at least 25 mm. The descaling oxygen streams are generally aperture or planar, but may also be round or any other shape.

Vynález tedy udává oproti dosavadním postupům velmi zjednodušený a účinný způsob, jak vytvořit mžikové nebo letmé loupači zářezy bez užití paprsků kyslíku o vysoké intenzitě pro rozšíření startovací kaluže, čímž odpadne rozšiřovací tryska k tomu účelu potřebná.Thus, the present invention provides a very simplified and efficient way to create instantaneous or fleeting peeling indentations without the use of high intensity oxygen beams for expanding the starter pool, thereby eliminating the necessary expansion nozzle.

Způsob podle vynálezu je schematicky znázorněn na výkresu, kde na obr. 1 je pohled ze strany na výhodné provedení přístroje k provádění způsobu podle vynálezu pro vytváření mžikových loupačích zářezů, na obr. 2 je za vynechání loupači jednotky pohled zpředu na obr. 1 a znázorňuje výhodné uspořádání pro použití laseru k postupnému zahřívání řady bodů na povrchu obrobku na jejich kyslíkovou zápalnou teplotu, na obr. 3 je jiné provedení způsobu zahřívání povrchu obrobku laserem, a obr. 4 znázorňuje tvar loupacího zářezu, když se pro mžikový start užije uspořádání podle obr. 3.The method according to the invention is schematically shown in the drawing, wherein Fig. 1 is a side view of a preferred embodiment of an apparatus for carrying out the method of the invention for creating instantaneous peeling notches, Fig. 2 is a front view of Fig. 1 omitting the peeling unit. a preferred arrangement for using a laser to gradually heat a plurality of points on a workpiece surface to their oxygen ignition temperature, FIG. 3 is another embodiment of a method of heating a workpiece surface with a laser, and FIG. 4 shows the peeling notch shape when 3.

Na obr. 1 je laserová jednotka J_> obsahující zaostřovací čočku 4, uložena na neznázorněném rámu loupacího stroje a umístěna tak, že laserový svazek R dopadá na povrchu obrobku W v bodě A, což je bod, kde má začít loupači zářez. Loupači jednotka J sestává z obvyklého horního, popřípadě spodního předehřívacího bloku 12 a 1 3. které mohou být opatřeny řadami předehřivacích otvorů 14 a 15 s předběžným nebo dodatečným míšením a vhodnými průchody pro plyn. Štěrbinovitá kyslíková tryska 16 pro odokujňovací kyslík je tvořena spodním povrchem 17 horního předehřívacího bloku 12 a horním povrchem 18 dolního předehřívacího bloku nŠtěrbinovitá kyslíková tryska 16 je zakončena vypouštěcím otvorem 22· Pro zahájení termochemické reakce může být bod A poněkud před oblastí ohraničenou přímočarými průměry povrchu 17 a 18 na povrch obrobku W nebo může s touto oblastí splývat. Kyslík a topný plyn se dodávají do loupači jednotky J přívodními potrubími 20 a 21 nebo jinými známými pomůckami.In Fig. 1, a laser unit 11 comprising a focusing lens 4 is mounted on a peeling machine frame (not shown) and positioned so that the laser beam R impinges on the workpiece surface W at point A, the point where the peeling notch is to start. The peeling unit J consists of a conventional upper or lower preheating block 12 and 13, which can be provided with rows of preheating holes 14 and 15 with pre-mixing or post-mixing and suitable gas passages. The slotted oxygen nozzle 16 for the descaling oxygen is formed by the lower surface 17 of the upper preheating block 12 and the upper surface 18 of the lower preheating block. 18 to the workpiece surface W or may coincide with this area. Oxygen and fuel gas are supplied to the peeler unit J via supply lines 20 and 21 or other known means.

Přístroj znázorněný na obr. t působí následovně: nejdříve se zapálí předehřivací plameny vycházející z loupači jednotky J tím, že se vyvolá proudění topného plynu z řady předehřívacích otvorů 14 a 15 a slabý proud plynného kyslíku otvorem 19. Předehřivací plameny jsou vyznačeny čarami 22. Mezi loupacím přístrojem J a obrobkem W probíhá relativní pohyb. Těsně před tím, než vadná oblast, která má být odokujněna, na povrchu obrobku W dosáhne bodu A, nastaví se proud kyslíku z otvoru 19 na množství odokujňovacího kyslíku.The apparatus shown in FIG. 1 operates as follows: first, the pre-heating flames coming from the peeling unit J are ignited by causing fuel gas to flow from a series of pre-heating apertures 14 and 15 and a weak stream of oxygen gas through the aperture 19. Preheating flames are indicated by lines 22. The relative movement is carried out by the peeling device J and the workpiece W. Just before the defective area to be descaled on the surface of the workpiece W reaches point A, the oxygen flow from the aperture 19 is adjusted to the amount of descaling oxygen.

Současně s tím nebo těsně po tom se spustí laserový svazek R, čímž bod A okamžitě nabude kyslíkové zápalné teploty a vyvolá mžikový začátek loupacího zářezu v bodu A. Laserový svazek R se potom směruje napříč povrchu obrobku W, vztaženo na směr postupu tohoto obrobku, a způsobí, že se odokujňovací reakce roztáhne do žádané šířky tím, že sleduje dráhu zahřátou laserem. Proud odokujňovacího kyslíku se udržuje tak dlouho, pokud je zapotřebí loupacího zářezu. Laserový svazek R může být odpojen, jakmile loupači zářez dosáhne své žádané šířky.Simultaneously, or immediately thereafter, the laser beam R is lowered, whereby point A immediately acquires an oxygen ignition temperature and causes a flashing start of the peeling notch at point A. The laser beam R is then directed across the workpiece surface W relative to the work direction of the workpiece. causes the scarfing reaction to expand to the desired width by following the laser-heated path. The descaling oxygen flow is maintained as long as a peeling notch is required. The laser beam R can be disconnected when the peeling indent reaches its desired width.

Po zahájení loupači reakce v žádané šířce může být vyvolán relativní pohyb v těch případech, kdy se nepožaduje letmého startu. Letmý start je takový start, který nastává u obrobku pohybujícího se vůči loupacímu přístroji normální loupači rychlostí.Upon initiation of the peeling reaction at the desired width, relative motion may be induced in those cases where a flying start is not required. A flying start is a start that occurs at a workpiece moving against the peeler at a normal peeler speed.

Obr. 2 a 3 znázorňují dvě možností, kterými lze užít laseru pro zahřátí dráhy žádané délky na povrchu obrobku na její kyslíkovou zápalnou teplotu. Na obr. 2 je laser J. a jeho optická soustava v chodu a otáčí se o úhel beta, čímž laserový svazek R zahřívá spojitou řadu bodů a vytváří na povrchu kovového obrobku W dráhu mezi body A a B, která se zahřeje na kyslíkovou zápalnou teplotu. Místo natáčení laseru J_ může být svazek 8 opticky směrován tak, aby probíhal drahou mezi body A a B.Giant. 2 and 3 illustrate two possibilities by which a laser can be used to heat a path of a desired length on a workpiece surface to its oxygen ignition temperature. In Fig. 2, laser J and its optical system are in operation and rotate at an angle beta, whereby the laser beam R heats a continuous line of points and creates a path between the points A and B on the surface of the metal workpiece W, which is heated to oxygen ignition temperature. . Instead of rotating the laser 11, the beam 8 can be optically directed so as to travel between the points A and B.

Jiné provedení způsobu pro zahřívání dráhy na povrchu obrobku W je znázorněno na obr.Another embodiment of a method for heating a track on the surface of a workpiece W is shown in FIG.

3, kde je laserový svazek směrován mezi body A a B tím, že se neznázorněným! pomůckami pohybuje odrazným zrcadlem M, popřípadě čočkou 4 napříč dráhy žádaného odokujňovacího, popřípadě loupacího zářezu do polohy M a 4 .3, wherein the laser beam is directed between points A and B by not being shown! it moves the reflecting mirror M or the lens 4 across the path of the desired descaling or peeling notch to the position M and 4.

Laser i, použitý v obr. 2 a 3, je s výhodou typ s kontinuální vlnou. Lze však také užít impulsového laseru, přičemž v tomto případě se řada těsně sousedících míst mezi body A a B uvede na kyslíkovou zápalnou teplotu. Jednotlivá místa splynou dohromady, když se počne vypouštět kyslík. Je zřejmé, že stejného výsledku lze dosáhnout i jinými technickými, popřípadě optickými úpravami, stejně tak jako použitím většího počtu laserů.The laser 1 used in Figures 2 and 3 is preferably a continuous wave type. However, a pulsed laser can also be used, in which case a number of closely adjacent points between points A and B are brought to an oxygen ignition temperature. The individual sites merge together when oxygen is released. It is obvious that the same result can be achieved by other technical or optical modifications as well as by the use of multiple lasers.

Obr. 4 znázorňuje tvar loupacího zářezu vytvořeného, když se podle vynálezu provede letmý start za použití jediného laseru a uspořádání znázorněné na obr. 2 nebo 3. Začátek zářezu je v bodě A a postupuje do bodu B v důsledku relativního pohybu mezi loupacím přístrojem a obrobkem W. Ploška 101 znázorňuje loupači zářez.Giant. 4 illustrates the shape of a peeling notch formed when a single laser is carried out according to the invention using a single laser and the arrangement shown in FIGS. 2 or 3. The notch starts at point A and advances to point B due to relative movement between the peeler and workpiece W. The plate 101 shows a peeling notch.

Způsob podle vynálezu lze použít pro vytváření běžných loupačích zářezů s plošným proudem kyslíku, tj. lze odokujnit celý povrch, lze také provádět jednotlivé bezotřepové loupači zářezy o menší šířce, která je rovna šířce loupači trysky nebo je širší, a lze také provádět široké místní loupači zářezy, jestliže se několik loupačích jednotek uloží společně.The method of the invention can be used to form conventional oxygen scrubbing notches, i.e., the entire surface can be scaled, individual shake-free scaling notches of smaller width equal to or larger than the width of the scaling nozzle, and wide local scaling notches when several peeling units are stored together.

Claims

). A method of inducing instantaneous thermochemical reactions on the surface of a scarfed metal workpiece, characterized in that a relative movement between the workpiece and a scarfing oxygen flow is induced, and at the same time at least one laser beam is projected across a predetermined length of travel relative to the workpiece movement direction. a descaling oxygen flow is conducted on this path and the descaling oxygen flow is continued until the desired notch length is formed.

2. The method of claim 1 wherein the laser beam is cast across said path by rotating the continuous wave laser beam across the workpiece surface.

3. The method of claim 1, wherein the laser beam is cast across said path by rotating the pulsed laser beam across the workpiece surface.

4. The method of claim 1 wherein the laser beam is projected across said path by moving the reflecting mirror and lens focusing beam across the workpiece surface.

5. A method according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that a surface stream of descaling oxygen is fed to said path.