CS207683B2

CS207683B2 - Apparatus for starting the momentary thermochemical reaction on the surface of the descaled metal workpiece

Info

Publication number: CS207683B2
Application number: CS786401A
Authority: CS
Inventors: Stephen A Engel; Ronald E Fuhrhop
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-05-10
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1981-08-31

Description

Vynález se týká obecně přístroje pro zahájení mžikové termochemické reakce na povrchu odokujňovaného kovového obrobku s loupacím strojem obsahujícím loupači jednotku s alespoň jedním otvorem pro vypouštění předehřívacího plamene a nejméně jednou tryskou pro odokujňo vací kyslík, jejíž střední osa je namířena směrem k povrchu loupaného kovového obrobku.The invention generally relates to an apparatus for initiating a flash thermochemical reaction on a surface of a scarfed metal workpiece with a peeling machine comprising a peeling unit having at least one preheater flame discharge opening and at least one scarfing oxygen nozzle having a center axis directed towards the surface of the peeled metal workpiece.

Zejména vynález týká se vyvolávání mžikových zahájení nebo letmých startů pro loupači děje. Takový start je skutečně mžikové zahájení termochemické reakce na obrobku, který se pohybuje vůči loupacímu stroji normální loupači rychlostí, tj. obvykle rychlostí od asi 6 až 45 m/min.In particular, the invention relates to inducing instantaneous launches or fleet launches for peeler processes. Such a start is indeed a flash initiation of the thermochemical reaction on the workpiece that moves at a normal peeler speed relative to the peeling machine, i.e. typically at a speed of from about 6 to 45 m / min.

Dlouho bylo používáno kovových tyčí pro dosažení rychlejších startů při ručních loupačích operacích. Zde musí být obrobek nepohyblivý a manipuluje se jak s proudem odokujňovacího kyslíku, tak i s úhlem hořáku a tyče.Metal rods have been used for a long time to achieve faster starts in manual peeling operations. Here, the workpiece must be stationary and handle both the descaling oxygen flow and the angle of the torch and rod.

Jsou také známy letmé starty prováděné za pomoci kovového prášku a elektrodou připojenou na proud. Rychlé opotřebení zařízení dopravujícího prášek způsobuje, že starty pod práškem jsou nespolehlivé. Problémy spojené se starty ovládané elektrickou energií jsou poměrně složité.Flying starts are also known with the aid of a metal powder and an electrode connected to the current. The rapid wear of the powder conveying device makes the starts under the powder unreliable. The problems associated with electric-controlled starts are quite complex.

IAND

Jsou také známa zařízení s přenesenými nebo i nepřenesenými elektrickými oblouky, avšak ta se ukázala jako nepraktické. V každém případě bylo dosud stále nutné použít pomoc· ného materiálu, jako kovového prášku nebo drátů pro uvedení obrobku na zápalnou teplotu.Devices with transmitted or even non-transmitted electric arcs are also known, but this has proved impractical. In any case, it has still been necessary to use an auxiliary material such as metal powder or wires to bring the workpiece to the ignition temperature.

Vynález je založen na zjištění, že laserový paprsek s vysokou intenzitou může být zaostřen na velmi malé místo na kovovém povrchu, popřípadě obrobku určeném k čištění,The invention is based on the finding that a high intensity laser beam can be focused in a very small spot on a metal surface or workpiece to be cleaned,

207663 přičemž na toto místo již naráží intenzivní paprsek kyslíku nebo vchází současně do styku s takovou tryskou a mžikově způsobí, že se zahájí termoohemická reakce na takovém velmi malém místě a potom se rozěírí až na úplný místní loupači zářez, který je obvykle široký 6 až 25 mm. Bylo známo, že laserový paprsek může uvést malou plochu mžikově na teplotu tavení. Avšak bylo neočekávaně zjištěno, že takové malé mělké místo roztaveného kovu může být rozšířeno kyslíkovým paprskem o vysoké intenzitě na plnou šířku místního loupacího průpichu. Bylo přepokládáno, že kyslíkový paprsek o vysoké intenzitě odfoukne takové malé množství roztaveného kovu dříve než se zahájí termoohemická reakce, nebo že ochladí příslušné místo dostatečně, takže se reakce nezahájí.207663 where an intense oxygen beam is already impinging on or simultaneously contacts such a nozzle and instantly causes a thermo-chemical reaction to be initiated at such a very small location and then extends to a complete local peeling slit, which is typically 6 to 25 wide mm. It has been known that the laser beam can bring a small area instantaneously to the melting point. However, it has unexpectedly been found that such a small shallow spot of molten metal can be extended by a high intensity oxygen beam to the full width of a local peeling puncture. It has been assumed that a high intensity oxygen beam blows off such a small amount of molten metal before the thermo-chemical reaction is initiated, or that it cools the site sufficiently so that the reaction does not start.

Účelem vynálezu proto je vytvořit jednoduchý a spolehlivý přístroj, který by byl schopen vyvolat mžikové čili letmé starty na odokujňovaném obrobku, bez použití pomocného materiálu nebo elektrického oblouku.It is therefore an object of the invention to provide a simple and reliable device capable of triggering instantaneous or flying starts on a scarfed workpiece, without the use of auxiliary material or an arc.

Podstata vynálezu záleží v tom, že na loupacím stroji je uložena rozšiřovací tryska pro kyslík o vysoké intenzitě, umístěná před loupači jednotkou se střední osou namířenou v úhlu k povrchu obrobku v předem určené vzdálenosti před střední osou trysky pro odokuj- * ňovací kyslík, a kromě toho je tam umístěna laserová jednotka, se kterou je sdružena optické soustava pro zaostření laserového svazku generovaného laserovou jednotkou na povrchu obrobku v blízkosti průsečíku průmětu střední osy rozšiřovací trysky s povrchem obrobku.SUMMARY OF THE INVENTION It is a matter of the invention that a scaling machine is provided with a high intensity oxygen expansion nozzle positioned in front of the scaling unit with a center axis directed at an angle to the workpiece surface at a predetermined distance in front of the center axis of the descaler. a laser unit is associated therewith with which an optical system is associated to focus the laser beam generated by the laser unit on the workpiece surface near the intersection of the projection of the central axis of the expander nozzle with the workpiece surface.

aand

Podle dalšího provedení vynálezu je laserová jednotka impulsový laser.According to another embodiment of the invention, the laser unit is a pulsed laser.

Podle výhodného provedení vynálezu je laserová jednotka polovodičový laser.According to a preferred embodiment of the invention, the laser unit is a semiconductor laser.

Podle účelného provedení vynálezu je laserové jednotka krystal Nd-YAG.According to a preferred embodiment of the invention, the laser unit is an Nd-YAG crystal.

V zásadě jsou dva různé typy laseru, tj. lasery s kontinuální vlnou a impulsové lasery. Impulsové lasery, jak jejich název naznačuje, uvolňují svou energii ve velmi krátkých nárazech o vysoké intenzitě. Mžikové starty podle vynálezu jsou přerušované stejně jako impulsový laser. Z toho důvodu jsou impulsové lasery pro vynález výhodnější.There are basically two different types of lasers, ie continuous wave lasers and pulse lasers. Pulse lasers, as their name suggests, release their energy in very short bursts of high intensity. The instantaneous starts according to the invention are intermittent as well as a pulsed laser. Therefore, pulse lasers are more preferred for the invention.

Je však zřejmé, že pro vynález lze užít i laserů s kontinuální vlnou tím, že se takový laser promění na impulsový, pomocí nějakého jiného ekvivalentního zařízeni.However, it will be appreciated that continuous wave lasers may also be used in the present invention by converting such a laser into a pulsed one using some other equivalent device.

Vynález tím vytváří jednoduchý ,a spolehlivý přístroj, který je schopen vyvolat mžikové čili letmé starty na odokujňovaném obrobku, bez použití pomocného materiálu (například prášku nebo drátu) nebo elektrického oblouku, jako tomu je u dosavadních zařízení. Provedený místní loupači zářez je mžikový, individuální a bezotřepový.The invention thus provides a simple and reliable device capable of producing instantaneous or flying starts on a scarfed workpiece, without the use of auxiliary material (e.g. powder or wire) or an arc, as is the case with prior art devices. The local peeling notch is instant, individual and shake-free.

Vynález bude blíže vysvětlen na příkladu provedení znázorněném na výkresech, kde na obr. 1 je nárys znázorňující přístroj pro vytváření jednotlivého bezotřepového místního loupacího zářezu se mžikovým startem podle vynálezu, na obr. 2 je pohled zpředu na otvor trysky odokujňovacího kyslíku podle čáry 2-3 z obr. 1 , obr. 3, 4, 5 a 6 znázorňují schematicky sled reakcí, pozorováno shora podél čar 3-3 z obr. 1, přičemž tento sled nastane na obrobku, když se provede mžikový start přístrojem podle vynálezu, obr. 7 znázorňuje v šikmém průmětu přístroj k provádění vynálezu uložený vetknutým způsobem * za účelem délkového řízení, obr. 8 a 9 znázorňují pozměněné provedení přístroje podle obr. 7, obr. 10 znázorňuje v šikmém průmětu další výhodné provedení přístroje podle vynálezu, totiž větší množství navzájem sousedících loupačích jednotek k provádění mžikově zahájeného selektivního mnohazářezového místního loupání celé šířky obrobku v jediném * průpichu, obr. 11 je pozměněný tvar laserového uspořádání znázorněného na obr. 10, na obr. 12 je pohled na přední stranu otvorů trysky odokujňovacího kyslíku použité v loupačích jednotkách znázorněných v obr. 10, a na obr. 13 je pohled shora na obr. 10 a znázorňuje způsob, jakým přístroj funguje, aby se vytvořil větší počet mžikově zahájených místních loupačích zářezů v jediném průchodu na celé šířce obrobku.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front elevational view illustrating an apparatus for forming a single, shake-free local peel notch with instantaneous start in accordance with the present invention; FIG. 2 is a front view of a descaling oxygen nozzle along line 2-3 Figures 1, 3, 4, 5 and 6 show schematically the sequence of reactions seen from above along lines 3-3 of Figure 1, which sequence occurs on the workpiece when a instantaneous start is performed with the apparatus of the invention, Figure 7 Figs. 8 and 9 show a modified embodiment of the device according to Fig. 7; Fig. 10 shows a slanted view of a further preferred embodiment of the device according to the invention, namely a plurality of adjacent devices peeling units to perform instantly initiated selectively Fig. 11 is a modified shape of the laser arrangement shown in Fig. 10, Fig. 12 is a front view of the scarfing oxygen nozzle orifices used in the peeling units shown in Fig. 10, and Fig. 13 is a top view of Fig. 10 and illustrates how the apparatus operates to produce a plurality of instantaneous local peeling notches in a single pass over the entire width of the workpiece.

Podle obr. 1 je laserové jednotka J_, obsahující zaostřující čočku £, uložena buá na loupacím stroji, nebo od něho odděleně a uspořádána tak, že laserová skvrna přichází do styku s povrchem obrobku W v bodě A, což je bod, kde mé začít místní odokujňovací reakce, právě před vadným místem. Kyslíkové rozšiřovací tryska 2 může být obyčejná tryska s kulatým otvorem 1 až 5 cm. Bude vytvářet kaluže o šířce asi 5 až 25 cm. Tryska 2 je na výstupním konci nakloněna v úhlu k povrchu obrobku, takže průmět přední čáry kyslíkového paprsku (nadále označovaný jako bod dopadu kyslíku) 22, vystupujícího z rozšiřovací trysky, narazí na povrch obrobku v bodě B.According to Fig. 1, the laser unit 7 containing the focusing lens 6 is either mounted on or separately from the peeling machine and arranged such that the laser spot comes into contact with the workpiece surface W at point A, the point where my local descaling reaction, just before the defective spot. The oxygen expansion nozzle 2 may be an ordinary nozzle with a round hole of 1 to 5 cm. It will form puddles about 5 to 25 cm wide. The nozzle 2 is inclined at an outlet end at an angle to the workpiece surface so that the projection of the front oxygen beam line (hereinafter referred to as the oxygen impact point) 22 exiting the expansion nozzle hits the workpiece surface at point B.

Bod A může být před bodem B a může být také za bodem B jako bod C. Bod C je průmět vnitřního průměru rozšiřovací trysky 2,. Loupači jednotka 2 sestává z obvyklého horního a dolního předehřívacího bloku 12. popřípadě JJ, které mohou být opatřeny řadou otvorů JJ a JJ pro předehřivací plameny, míšené předem nebo dodatečně, s vhodnými průchody pro plyn. Štěrbina trysky 16 odókujňovaciho kyslíku je tvořena dolním povrchem 17 horního předehřívacího bloku 12 a horním povrchem 16 dolního předehřívacího bloku JJ.Point A may be before point B and may also be after point B as point C. Point C is the projection of the inner diameter of the expansion nozzle 2. The peeling unit 2 consists of the usual upper and lower preheating blocks 12 and 11, respectively, which can be provided with a series of preheating flame openings 11 and 11, mixed in advance or afterwards, with suitable gas passages. The slit of the descaling oxygen nozzle 16 is formed by the lower surface 17 of the upper preheating block 12 and the upper surface 16 of the lower preheating block 11.

i štěrbinová kyslíková tryska 16 končí ve výstupním otvoru JJ. Za účelem vytvoření jednotlivého bezotřepového místního loupacího zářezu má otvor 19 tvar znázorněný v obr. 2. Kyslík a topný plyn se dodávají do loupači jednotky 2 přívodními vedeními 20 a 21 . popřípa* dě známými pomůckami. ythe slit oxygen nozzle 16 terminates in the outlet opening 11. In order to form a single, burr-free local peeling notch, the opening 19 has the shape shown in FIG. 2. Oxygen and fuel gas are supplied to the peeling unit 2 via supply lines 20 and 21. or with known aids. y

Přistroj znázorněný na obr. 1 působí takto: nejdříve se předehřivací plameny vycházející z loupači jednotky 2 zapálí tím, že se vypustí proud topného plynu z řady předehřívacích otvorů 14 a 15 a slabý tok plynného kyslíku otvorem JJ. Tyto předehřivací plameny, naznačené čarami 22, narazí na povrch obrobku a jsou odchylovány vzhůru a nazpět. Když se vadná oblast, která mé být odstraněné nebo odloupnuta z pohybujícího se obrobku W, dostane na malou vzdálenost před bod B, vypustí se z trysky 2 paprsek kyslíku o vysoké intenzitě a narazí na bod B na povrchu obrobku.The apparatus shown in FIG. 1 operates as follows: first, the pre-heating flames emanating from the peeler unit 2 are ignited by discharging a flow of fuel gas from a series of pre-heating holes 14 and 15 and a weak flow of oxygen gas through the opening 11. These pre-heating flames, indicated by lines 22, strike the workpiece surface and are deflected upwards and backwards. When the defective area to be removed or peeled from the moving workpiece W reaches a short distance before point B, a high intensity oxygen beam is discharged from the nozzle 2 and encounters point B on the workpiece surface.

Když vadné oblast dojde do bodu A, uvede se laserový svazek do impulsů a způsobí, že uvedené místo okamžitě dosáhne zápalné teploty, čímž se zahájí mžiková čisticí reakce. Kyslíkový paprsek z trysky 2 způsobí, že malé kaluž vytvořená laserovým impulsem se velmi rychle rozšíří na svou plnou šířku, přičemž v této době se tryska zastaví a proud čisticího kyslíku z otvoru JJ, namířený na bod B na povrchu obrobku, se zvýší na jeho loupači rychlost, aby převzal reakci od rozšiřovací trysky. Proud očokujňovacího kyslíku se udržuje tak dlouho, pokud je zapotřebí provádět loupači zářez.When the defective area reaches point A, the laser beam is pulsed and causes the spot to immediately reach the ignition temperature, initiating a flash cleaning reaction. The oxygen beam from the nozzle 2 causes the small pool formed by the laser pulse to expand very rapidly to its full width, at which time the nozzle stops and the purge oxygen flow from the orifice 11, pointed at B on the workpiece surface, rises on its peeler. speed to take the reaction from the expansion nozzle. The seed oxygen flow is maintained as long as a peeling notch is required.

Je třeba poznamenat, že i když na obrázku je bod A za bodem B, může se tato vzdálenost měnit, takže bod A může být za bodem B ve vzdálenosti od asi 10 cm až na vzdálenost, která je určena průmětem vnitřního průměru trysky 2, viz bod C. Vzdálenost mezi body A a B je s výhodou takové, že bod A je přibližně 1 cm před bodem 3. Optimální rozsah vzdálenosti mezi body A a B závisí na úhlu alfa, ve kterém je kyslíkový paprsek směrován na povrch obrobku, a na velikosti trysky paprsku.It should be noted that although the figure is point A after point B, this distance may vary so that point A may be beyond point B at a distance of about 10 cm to a distance determined by the projection of the inner diameter of the nozzle 2, see point C. The distance between points A and B is preferably such that point A is approximately 1 cm before point 3. The optimum range of distance between points A and B depends on the angle alpha at which the oxygen beam is directed to the workpiece surface and the size of the jet nozzle.

* Obr. 3 až 6 znázorňuji jak se provádějí mžikové nebo letmé starty podle vynálezu.* Giant. 3 to 6 illustrate how instant or flying starts according to the invention are performed.

Obr. 3 představuje okamžik, kdy se laserový svazek uvede do styku s bodem A, což je bod, kde má začít místní loupači průpich. Šipka znázorňuje směr, ve kterém postupuje * obrobek W rychlostí přibližně 15 cm/min. Současně vyvolá kyslík z rozšiřovací trysky 2 zapálení povrchu obrobku. To zase roztaví oblast 23. obklopující boč A. Mžikový start je zahájen.Giant. 3 represents the point at which the laser beam is brought into contact with point A, the point where the local peeler puncture should begin. The arrow shows the direction in which the workpiece W advances at a rate of approximately 15 cm / min. At the same time, oxygen from the expansion nozzle 2 causes the workpiece surface to ignite. This in turn melts the area 23 surrounding the side A. The instant start is started.

Obr. 4 znázorňuje stejnou oblast přibližně o jednu čtvrtinu sekundy později a znázorňuje, jak se roztavené kaluž 24 začne rozšiřovat působením kyslíkového paprsku z rozšiřovací trysky vějířovitým tvarem.Giant. 4 illustrates the same region approximately one quarter of a second later and shows how the molten pool 24 begins to expand by the fan-shaped shape of the oxygen jet from the expansion nozzle.

Obr. 5 znázorňuje vadnou oblast přibližně o polovinu sekundy později než obr. 3.Giant. 5 shows the defective area approximately half a second later than FIG. 3.

Oblast 25 znázorňuje roztavenou kaluž, která je rozprostřena na pohybujícím se obrobku W trvalým vypouštěním kyslíku z rozšiřovací trysky 2. Když byla kaluž rozšířena na její maximální šířku přibližně 25 cm, zastaví se kyslík z rozšiřovací trysky 2 a zvětši se přítoková rychlost odokujňovacího kyslíku z loupači jednotky j. Tento proud pokračuje v loupání v oblasti 26.The region 25 illustrates a molten pool that is spread over the moving workpiece W by permanently discharging oxygen from the nozzle 2. When the pool has been expanded to a maximum width of approximately 25 cm, the oxygen from the nozzle 2 stops and the scaling oxygen flow rate from the peeler increases. This stream continues to peel in region 26.

Způsob jakým reakce postupuje, je patrný na obr. 6, který představuje reakci přibližně o jednu sekundu později než obr. 3. Oblast 27 byla oloupnuta, oblast 26 je roztavena, avšak kov ještě nebyl odstraněn a oblast 39 obsahuje směs strusky a roztaveného kovu. V době znázorněné na obr. 6 byl proud rozšiřovacího kyslíku zastaven a provádí se loupači řez v plné šířce loupači jednotkou Je důležité upozornit, že šířka zářezu z loupači trysky je stejná jako šířka, na kterou rozšiřovací tryska 2 rozšiřuje kaluž.The manner in which the reaction proceeds is evident in Figure 6, which represents the reaction approximately one second later than Figure 3. The region 27 has been peeled off, the region 26 is molten, but the metal has not yet been removed, and the region 39 contains a mixture of slag and molten metal. At the time shown in Fig. 6, the expander oxygen stream has been stopped and a peel cut is performed in full width by the peeler unit. It is important to note that the width of the notch from the peeler nozzle is equal to the width to which the expander nozzle 2 expands the pool.

Obr. 7 znázorňuje šikmý průmět přístroje podle obr. 1, který je uložen konzoloví tě, aby loupači přístroj byl pohyblivý jak v bočním směru napříč šířky obrobku tak i podélně po jeho délce. Vodorovný formový člen 31 je pevně připevněn k pultu 32 uloženému na kolejnici. Pult 32 pracovníka obsahuje řídicí ústrojí pro činnost přístroje, včetně řízení laseru, kyslíku vypouštěného z rozšiřovací trysky 2, jakož i kyslíku a topných plynů, které jsou dodávány do loupači jednotky j přívodními vedeními 20, popřípadě 21 . «Giant. 7 shows the oblique projection of the apparatus of FIG. 1, which is supported by a console so that the peeler is movable both laterally across the width of the workpiece and longitudinally along its length. The horizontal mold member 31 is fixedly attached to the counter 32 mounted on the rail. The operator's console 32 comprises a control device for operating the apparatus, including controlling the laser, the oxygen discharged from the expansion nozzle 2, as well as oxygen and fuel gases, which are supplied to the peeler unit via supply lines 20 and 21, respectively. «

Pult 32 je bočně pohyblivý podél obrobku W na kolejnicích 33. Ozubnice 34 je pevně připojena k jedné z kolejnic, je v záběru s motorem poháněným neznázorněným pastorkem uloženým pod pultem 32 a umožňující, aby celé konzolovítě uložené loupači soustava a pult 32 byly řízené pohyblivě podél kolejnic 33. Loupači soustava, sestávající z loupači jednotky ,2, trysky 2 a laserové soustavy je pevně připojena k vozíku 37. který se posouvá nahoru a dolů na desce 38. která zase je pevně připojena ke skříni 40. Motor 39 slouží k řízenému zvedání a spouštění loupači soustavy neznázorněným uspořádáním ozubnice a pastorku, přičemž ozubnice je pevně připojena k desce 38.The rack 32 is laterally movable along the workpiece W on the rails 33. The rack 34 is rigidly attached to one of the rails, engages a motor driven by a pinion (not shown) mounted beneath the rack 32, allowing the entire console to be peeled and the rack 32 controlled movably along The peel assembly, consisting of the peeler unit 2, the nozzle 2 and the laser assembly, is rigidly attached to the carriage 37, which slides up and down on the plate 38, which in turn is rigidly attached to the housing 40. The motor 39 serves for controlled lifting and lowering the peel assembly by a rack and pinion arrangement (not shown), the rack being rigidly attached to the plate 38.

Loupači soustava a skříň 40 mohou být také mechanicky pohybovány napříč šířky obrobku Λ motoricky poháněným pastorkem 35 Který zabírá s ozubnioí 36. pevně připojenou k rámu 31.The peel assembly and housing 40 can also be mechanically moved across the width of the workpiece by a motor-driven pinion 35 that engages a rack 36 firmly attached to the frame 31.

Přístroj znázorněný v obr. 7 může být použit k selektivnímu místnímu odstraňování nahodile umístěných vad na povrchu obrobku tím, že se pohybuje ve stejné čáře s vadou a potom postupuje podélně přes vadnou oblast. Oblast 41 znázorňuje typický místní loupači zářez provedený znázorněným přístrojem.The apparatus shown in Fig. 7 can be used to selectively locate randomly located defects on the workpiece surface by moving along the defective line and then moving longitudinally over the defective area. The area 41 shows a typical local peeling notch made by the illustrated apparatus.

Obr. 8 znázorňuje další možnost umístění laserové hlavy Jj. V tomto vyobrazení jsou součástky obdobné součástkám na obr. 7 označeny stejnými vztahovými značkami. Laser sám je umístěn zvlášt. Použitím optického uspořádání, v tomto případě hranolu s úhlem 90°, směruje se laserový svazek na bod B od pravé strany obrobku. V uspořádání znázorněném na obr. 9 je tryska 2 namířena na bod B z pravé strany obrobku g a způsobuje , že kaluž se posouvá směrem k levé straně obrobku před loupači jednotku Ji. Toto uspořádání umožňuje rozšířit výchozí kaluž rychleji na širší oblast a umožnit provedení širšího loupacího * zářezu než s uspořádáním trysky o stejných rozměrech, jak je znázorněno v obr. 7 a 8.Giant. 8 shows another possibility of positioning the laser head 11. In this illustration, components similar to those in FIG. 7 are designated with the same reference numerals. The laser itself is placed separately. Using an optical arrangement, in this case a 90 ° prism, the laser beam is directed to point B from the right side of the workpiece. In the arrangement shown in FIG. 9, the nozzle 2 is directed to point B from the right side of the workpiece g and causes the pool to move towards the left side of the workpiece in front of the peeler unit Ji. This arrangement makes it possible to extend the initial pool faster to a wider area and to allow a wider peeling notch to be made than with a nozzle arrangement of the same dimensions as shown in FIGS. 7 and 8.

Obr. 10 znázorňuje v šikmém průmětu větší počet loupačích jednotek opatřených tryskami pro provádění selektivního mnohazářezového místního loupání s mžikovými nebo letmými starty na celé šířce obrobku W v jediném průpichu. Soustava loupačích jednotek 51. laserová hlava 52 s četnými optickými ústrojími a rozšiřovací tryska 53 jsou všechny pevně uloženy na pohyblivém vozíku 54. který pojíždí po kolejnicích 55 a 56 prostřednictvím pohybového ústrojí, například ozubnice a pastorku. Kolejnice 55 a 56 jsou pevně uloženy na nosných členech 54. Laserová soustava 52 může obsahovat skříň H proplachovanou dusíkem nebo jiným plynem. Ve skříni H jsou v předem určených intervalech umístěny hranoly P s úhlem 90°, částečně propouštějící a částečně odrážející. Hranoly umožňují štěpení energie laserového svazku a její rozdělení na větší počet míst na povrchu obrobku. Jiné možnost je použít zrcadel s úhlem 90°, která jsou zařazena do dráhy svazku nebo mimo dráhu svazku za účelem směrování svazku k žádanému místu. Lze ovšem užít jakékoliv optické soustavy na zásadě bu3 štěpení nebo výběru svazku.Giant. 10 shows at an oblique view a plurality of peeling units provided with nozzles for performing selective multi-cut local peeling with instant or flying starts over the entire width of the workpiece W in a single puncture. The array of peeling units 51, the laser head 52 with multiple optical devices, and the expansion nozzle 53 are all fixedly mounted on a movable carriage 54 that travels on the rails 55 and 56 via a movement device such as a rack and pinion. The rails 55 and 56 are rigidly supported on the support members 54. The laser assembly 52 may include a housing H purged with nitrogen or other gas. In the housing H, at a predetermined interval, prisms P with an angle of 90 ° are placed, partially permeable and partially reflecting. The prisms allow the energy of the laser beam to be split and divided into a number of places on the workpiece surface. Another possibility is to use mirrors with an angle of 90 ° which are inserted into or out of the beam path to direct the beam to the desired location. However, any optical system based on either cleavage or beam selection can be used.

Obr. 11 znázorňuje další provedení přístroje podle obr. 10. U tohoto provedení směruje jedno zrcadlo M jLaserový svazek od laserové hlavy L na větší počet pevných zrcadel F uložených tak, že směrují svazek dopadající na tato zrcadla na povrch obrobku W zaostřující čočkou G.Giant. 11 shows another embodiment of the apparatus of FIG. 10. In this embodiment, one mirror M directs the laser beam from the laser head L to a plurality of fixed mirrors F arranged to direct the beam incident on these mirrors to the workpiece surface W focusing by the lens G.

Obr. 12 znázorňuje přední stranu loupačích jednotek užitých pro skupinové loupači trysky podle vbr. 10. Tyto trysky obsahují každá řadu horních a dolních otvorů 61 pro palivový plyn nad nebo pod výstupním otvorem 63 pro odokujňovací trysku. Okraje otvoru 63 jsou částečně uzavřeny koncovými stěnovými členy 64.Giant. 12 shows the front side of the peeling units used for the group peeling nozzles of FIG. These nozzles each comprise a series of upper and lower fuel gas orifices 61 above or below the descaling nozzle exit orifice 63. The edges of the opening 63 are partially closed by end wall members 64.

Obr. 13 je pohled znázorňující způsob jakým přístroj podle obr. 10 a 11 působí za účelem vytvoření selektivních mnohazářezových místních loupačích zářezů s letmými starty na obrobku W. Každá z loupačích jednotek obsahuje kyslíkovou rozšiřovací trysku 53 a optickou soustavu s hranoly P a zaostřovacími čočkami v trubici T a ke každé loupači jednotce je upraveno ústrojí pro přívod kyslíku a topného plynu.Giant. 13 is a view showing how the apparatus of FIGS. 10 and 11 acts to form selective multi-cut local peeling notches with flying starts on a workpiece W. Each peeling unit comprises an oxygen expansion nozzle 53 and an optical system with prisms P and focusing lenses in tube T and an oxygen and fuel gas supply means is provided for each peeler unit.

Oblasti obsahující vady na povrchu obrobku W, které mají být místně odstraněny, jsou označeny 81. 82, 83 a 84 a 85. Přilehlé loupači jednotky nyní označené značkami 71 . 72.Areas containing workpiece surface defects W to be removed locally are indicated by 81, 82, 83 and 84 and 85. Adjacent peeling units are now marked with 71. 72.

a 25, jsou uváděny do styku s obrobkem v loupačích oblastech 81. 82, 83. 84 a 85 podle potřeby. Například když jednotka 74 dojde k přednímu konci 76 v oblasti 84, musí zůstat v činnosti, až dosáhne zadního konce 87 oblasti §4, přičemž v tomto okamžiku se jednotka 84 odpojí.and 25, are contacted with the workpiece in the peeling regions 81, 82, 83, 84, and 85 as needed. For example, when the unit 74 reaches the front end 76 in the area 84, it must remain in operation until it reaches the rear end 87 of the area 84, at which point the unit 84 disconnects.

PříkladExample

Množství laserové energie potřebné k provádění tohoto vynálezu bude kolísat v závislosti na takových proměnných, jako je loupači rychlost, složení a teplota obrobku, proudění a Čistota kyslíku, atd. Avšak za účelem ilustrace zásad vynálezu pro použití odborníky bude nyní podán příklad jedné možnosti provádění vynálezu.The amount of laser energy required to carry out the invention will vary depending on such variables as peeling speed, composition and temperature of the workpiece, flow and oxygen purity, etc. However, to illustrate the principles of the invention for use by those skilled in the art .

Bylo použito zařízení znázorněného v obr. 1. Šířka loupači jednotky byla 15 cm. Proud kyslíku otvorem 19 byl 570 m³/hod. Proud topného plynu byl 40 m³/hod. Rychlost obrobku vůči loupači jednotce byla 14 m/min. Kyslíková rozšiřovací tryska měla okrouhlý průřez a měla vnitřní průměr 22 cm. Úhel trysky k oceli byl 50°. Proud kyslíku z rozšiřovací trysky byl 850 m³/hod. Laser byl polovodičový impulsový laser Nd-YAG. Průměr svazku vystupujícího z laseru byl 1 cm. Hozbíhavost svazku byla 5 míllřadiánů. Šířka laserového impulsu byla 1,0 mikrosekund. Energie laseru byla 50 joulů. Velikost laserové skrvny měla průměr 2,0 mm a laserová skvrna A byla 1 cm před průmětem B střední čáry rozšiřovací trysky. Čočky o ohniskové vzdálenosti 50 cm bylo použito pro zaostření evazku na jedno místo.The apparatus shown in Fig. 1 was used. The peeling unit width was 15 cm. The oxygen flow through the orifice 19 was 570 m ³ / h. The fuel gas flow was 40 m ³ / h. The workpiece speed relative to the peeling unit was 14 m / min. The oxygen expansion nozzle had a circular cross section and had an internal diameter of 22 cm. The nozzle angle to the steel was 50 °. The oxygen flow from the expansion nozzle was 850 m ³ / h. The laser was a Nd-YAG semiconductor pulse laser. The diameter of the beam exiting the laser was 1 cm. The convergence of the volume was 5 Milliadians. The laser pulse width was 1.0 microseconds. The laser energy was 50 joules. The size of the laser spot was 2.0 mm in diameter and the laser spot A was 1 cm before projection B of the centerline of the extension nozzle. Lenses with a focal length of 50 cm were used to focus the tape in one place.

Při práci byl zapálen plamen loupači jednotky a zahájen relativní pohyb mezi loupači jednotkou a obrobkem. Signál pro započetí místního loupání zahájil proud z rozšiřovací trysky a když bylo dosaženo plného proudu, byl laser uveden do impulsů za vytvoření roztaveného místa v oceli a mžikového zahájení termochemické reakce. Přibližně 1/2 sekundy po laserovém impulsu byl proud kyslíku z rozšiřovací trysky postupně zastavován, takže 3/4 sekundy po impulsu byl tok rozšiřovací trysky nulový. Odokujňovací proud byl spuštěn tak, že alespoň 50 % plného proudu bylo dosaženo, když laser fungoval. Odokujňovací kyslík potom udržoval loupači průpich, až tento průpieh byl ukončen předem určeným signálem.During operation, the flame of the peeler unit was ignited and the relative movement between the peeler unit and the workpiece was initiated. The local peel start signal initiated current from the expansion nozzle, and when full current was reached, the laser was pulsed to form a molten spot in the steel and a flash initiation of the thermochemical reaction. Approximately 1/2 second after the laser pulse, the oxygen flow from the expansion nozzle was gradually stopped, so that 3/4 seconds after the pulse, the flow of the expansion nozzle was zero. The descaling current was triggered so that at least 50% of the full current was reached while the laser was operating. The descaling oxygen then maintained the peeling puncture until the purging was terminated with a predetermined signal.

Lze také použít dvou.nebo více kyslíkových paprsků ze dvou nebo více trysek o různých tvarech a velikostech, za účelem rozšíření roztaveného místa vytvořeného laserem na jakoukoliv žádanou šířku místního loupání. Déle lze užít dvou nebo více laserových hlav, je-li to zapotřebí nebo žádoucí.Two or more oxygen jets from two or more nozzles of different shapes and sizes may also be used to extend the laser-generated molten spot to any desired local peel width. Two or more laser heads can be used for longer or longer, if required or desired.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for initiating a flash thermochemical reaction on a surface of a scarfed metal workpiece with a peeling machine comprising a peeling unit having at least one preheater flame discharge opening and at least one scarfing oxygen nozzle having a center axis directed towards the surface of the peeled metal workpiece. 2. The method according to claim 1, characterized in that a scaling machine (2, 53, 76) for high-oxygen oxygen is disposed on the peeling machine positioned in front of the peeling unit (3, 51, 71-75) with a central axis directed at an angle to the workpiece surface and a laser unit (1, 5, 52) with which the optical system (4, 6) associated with the laser beam generated by the laser unit (1, 5, 52) is associated with the workpiece surface. near the intersection of the projection of the central axis of the expansion nozzle with the workpiece surface.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the laser unit (1, 5, 52) is a pulsed laser.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the laser unit (1, 5, 52) is a semiconductor laser.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the laser unit (1, 5, 52) is an Nd-YAG crystal.