CS214900B2

CS214900B2 - Instrument for starting momentary thermochemical reaction on the surface of the metal product

Info

Publication number: CS214900B2
Application number: CS786402A
Authority: CS
Inventors: Stephen A Engel; Ronald E Fuhrhop
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-04-25
Filing date: 1978-10-03
Publication date: 1982-06-25
Also published as: CS207682B2

Description

Vynález se týká přístroje pro zahajování mžikové termoehemické reakce na povrchu kovového obrobku v relativním pohybu s tímto přístrojem, který obsahuje loupači stroj s loupači jednotkou, opatřenou nejméně jednou tryskou pro odokujňovací kyslík, jež má nejméně jeden vypouštěcí otvor a jejíž střední osa je namířena na povrch odokujňovaného kovového obrobku.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for initiating a flash thermo-chemical reaction on a metal workpiece surface in relative motion thereto, comprising a peeling machine with a peeling unit, provided with at least one descaling oxygen nozzle having at least one discharge port. stripped metal workpiece.

Vynález se zejména týká přístroje pro vytváření mžikových, popřípadě tzv. „letmých“ loupačích startů. Dosavadní přístroje používaly elektrických oblouků, takže vyžadovaly složitého příslušenství, jako kovový prášek nebo horké dráty. Byl také již navržen přístroj pro vytváření mžikových startů, který obsahoval laser a zařízení pro vytváření kyslíkového paprsku o vysoké intenzitě.In particular, the invention relates to an apparatus for producing instantaneous or so-called "flying" peeling starts. Previous devices used electric arcs, requiring complex accessories such as metal powder or hot wires. A flash start device has also been proposed, which includes a laser and high intensity oxygen beam generators.

Přístroj podle vynálezu je upraven tak, že nemá zařízení pro vytváření kyslíkového paprsku o vysoké intenzitě.The apparatus according to the invention is adapted to have no high intensity oxygen beam generating device.

Tohoto účelu se dosáhne podle vynálezu v podstatě tím, že na loupacím strojí je uložena laserová jednotka, se kterou je sdružena optická soustava pro zaostřování laserového svazku generovaného laserovou jednotkou na povrch obrobku u průsečíku průmětu střední osy trysky pro odo2 kujňovací kyslík s uvedeným povrchem, jakož i prostředky pro směrování laserového svazku po žádané délce napříč povrchu, vztaženo na směr pohybu obrobku.This object is achieved according to the invention essentially by placing on the peeling machine a laser unit, with which an optical system for focusing the laser beam generated by the laser unit on the workpiece surface at the intersection of the projection of the center axis and means for directing the laser beam along a desired length across the surface relative to the direction of movement of the workpiece.

Podle jednoho provedení vynálezu sestávají prostředky pro směrování laserového svazku po žádané délce napříč povrchu obrobku z otáčejícího mechanismu laserové jednotky a optické soustavy.According to one embodiment of the invention, the means for directing the laser beam along the desired length across the workpiece surface consists of a rotating mechanism of the laser unit and the optical system.

Podle druhého provedení vynálezu sestávají prostředky pro směrování laserového svazku po žádané délce napříč povrchu obrobku z pohyblivého uložení čočky a odrazného zrcadla.According to a second embodiment of the invention, the means for directing the laser beam along a desired length across the surface of the workpiece consist of a movable lens mount and a reflecting mirror.

Podle výhodného provedení vynálezu je laserovou jednotkou laser s kontinuální vlnou.According to a preferred embodiment of the invention, the laser unit is a continuous wave laser.

Podle dalšího provedení sestává laserová jednotka z impulsového laseru.According to another embodiment, the laser unit comprises a pulsed laser.

Podle jiného provedení sestává laserová jednotka z krystalu Nd—YAG.In another embodiment, the laser unit consists of an Nd-YAG crystal.

Dále užívaným 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.The term "scarfing oxygen stream" as used herein refers to a gaseous oxygen stream directed obliquely to the workpiece surface and having sufficient intensity to thermochemically remove a metal surface layer, typically to a depth of 1 to 8 mm, and 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.

Přístrojem podle vynálezu se dosáhne toho vyššího technického účinku, že zahajuje mžikový loupači zářez na povrchu kovového obrobku, který je v relativním pohybu vůči tomuto loupacímu přístroji. To znamená, že relativní pohyb mezi odokujňovacím přístrojem a obrobkem nemusí být pro zahájení odokujňovací reakce přerušen.With the apparatus according to the invention, a higher technical effect is achieved by initiating a momentary peeling notch on the surface of the metal workpiece which is in relative motion to the peeling machine. That is, the relative movement between the descaler and the workpiece need not be interrupted to initiate the descaler.

Přístroj podle vynálezu dosahuje tohoto mžikového, čili „letmého” zahájení, aniž je nutno· užít kovových drátů nebo tyčí, elektrod pod proudem, kovového prášku něho rozšířovacích trysek s kyslíkem ΰ vysoké intenzitě.The device according to the invention achieves this instantaneous, or " fleeting " start, without the need to use metal wires or rods, live electrodes, metal powder of its oxygen diffusion nozzles ΰ of high intensity.

Přístroj podle vynálezu je schematicky znázorněn na přiložených výkresech.The apparatus according to the invention is shown schematically in the accompanying drawings.

Obr. 1 je pohled ze strany na výhodné provedení přístroje podle vynálezu pro vytváření mžikových loupačích zářezů.Giant. 1 is a side view of a preferred embodiment of the apparatus of the invention for producing instantaneous peeling notches.

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.Giant. 2 is a front view of FIG. 1, omitting the peeling unit, and shows a preferred arrangement for using a laser to gradually heat a series of points on the workpiece surface to their oxygen ignition temperature.

Obr. 3 je jiné provedení přístroje podle vynálezu.Giant. 3 is another embodiment of the apparatus of the invention.

Obr. 4 znázorňuje tvar loupacího zářezu, když se pro mžikový start užije uspořádání podle obr. 3.Giant. 4 shows the shape of the peeling notch when the arrangement of FIG. 3 is used for the instant start.

Na obr. 1 je laserová jednotka 1, obsahující zaostřovací čočku 4, uložena na neznázorněném rámu loupacího stroje a umístěna tak, že laserový svazek R dopadá na povrch obrobku W v bodě A, což je bod, kde má začít loupači zářez. Loupači jednotka 3 sestává z obvyklého horního, popřípadě spodního předehřívacího bloku 12 a 13, které mohou být opatřeny řadami předehřívacích otvorů 14 a 15 s předběžným nebo dodatečným míšením a vhodnými průchody pro plyn. Štěrbina trysky 16 pro odokujňovací kyslík je tvořena spodním povrchem 17 horního předehřívacího bloku 12 a horním povrchem 16 dolního předehřívacího bloku 13. Štěrbinovitá kyslíková tryska 16 je zakončena vypouštěcím otvorem 19.In Fig. 1, the laser unit 1 containing the 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 begins. The peeling unit 3 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 descaling oxygen nozzle slot 16 is formed by the lower surface 17 of the upper preheating block 12 and the upper surface 16 of the lower preheating block 13. The slot oxygen nozzle 16 terminates in a discharge opening 19.

Pro zahájení termochemícké reakce může být bod A poněkud před oblastí ohraničenou přímými průměty povrchů 17 a 16 na povrch obrobku nebo může s touto oblastí splývat. Kyslík a topný plyn se přivádějí do loupači jednotky 3 přívodními potrubími 20 a 21 nebo jinými známými pomůckami.To initiate the thermochemical reaction, point A may be somewhat in front of, or coincide with, the area bounded by the direct projections of surfaces 17 and 16 onto the workpiece surface. Oxygen and fuel gas are supplied to the peeler unit 3 via supply lines 20 and 21 or other known devices.

Přístroj znázorněný na obr. 1 pracuje následovně: Nejdříve se zapálí předehřívači plameny, vycházející z loupači jednotky 3 tím, že se vyvolá proudění topného plynu z řady předehřívacích otvorů 14 a 15 a slabý proud plynného kyslíku otvorem 19. Předehřívací plameny jsou vyznačeny čarami 22. Mezi loupacím přístrojem a obrobkem je 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 odokujňovací množství. 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 se pak směřuje napříč povrchu obrobku, vztaženo na směr jeho postupu, a způsobí, že se odokujňovací reakce roztáhne do žádané šířky tím, že sleduje dráhu zahřátou laserem. Proud odokujňovacího kyslíku se udržuje tak dlouho, dokud je zapotřebí provádět loupači zářez. Laserový svazek může být odpojen, jakmile loupači zářez dosáhne své žádané šířky.The apparatus shown in FIG. 1 operates as follows: First, the pre-heater flames coming from the peeling unit 3 are ignited by inducing a flow of fuel gas from a series of preheating holes 14 and 15 and a weak stream of gaseous oxygen through the opening 19. Preheating flames are indicated by lines 22. There is relative movement between the peeler and the workpiece. 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 set to the descaling amount. Simultaneously or immediately thereafter, the laser beam R is lowered, whereby point A immediately acquires the oxygen ignition temperature and causes a flashing start of the peeling notch at point A. The laser beam is then directed across the workpiece surface relative to its direction of travel and causes the scarfing reaction expands 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 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 letmý start. 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 provedení pro užití laseru k zahřátí dráhy žádané délky na povrchu obrobku na její kyslíkovou zápalnou teplotu. Laser 1 a jeho optická soustava je v chodu a natáčí se v úhlu fi, čímž laserový svazek R zahřívá spojitou řadu bodů a vytvořuje na povrchu kovového obrobku dráhu mezi body A a B, která se zahřeje na její kyslíkovou zápalnou teplotu. Místo natáčení laseru může být svazek R opticky směrován tak, aby probíhal drahou mezi body A a B.Giant. 2 and 3 show two embodiments for using a laser to heat a desired length path on a workpiece surface to its oxygen ignition temperature. The laser 1 and its optical system are operated and rotated at an angle β, whereby the laser beam R heats a continuous series of points and creates a path between the points A and B on the surface of the metal workpiece, which is heated to its oxygen ignition temperature. Instead of turning the laser, the beam R can be optically directed to travel between points A and B.

Na obr. 3 jsou znázorněny pomůcky pro směrování laserového svazku v provedení odrazného zrcadla M a čočky 4, které jsou posuvné do poloh M‘ a 4‘.Fig. 3 shows aids for directing the laser beam in the embodiment of the reflective mirror M and the lens 4, which are movable to the positions M ‘and 4‘.

Laser použitý v obr. 2 a 3 je s výhodou typu s kontinuální vlnou. Lze však také užít impulsového laseru, v kterémžto 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 úpravami, a že lze také užít většího počtu laserů.The laser used in Figures 2 and 3 is preferably of the continuous wave type. However, a pulsed laser can also be used, in which case a series 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. Obviously, the same result can be achieved by other treatments, and that a greater number of lasers can also be used.

Obr. 4 znázorňuje tvar loupacího zářezu vytvořeného přístrojem podle vynálezu, když se provede letmý start za použití jediného laseru a uspořádání znázorněného 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 the peeling notch formed by the apparatus of the invention when a flying start is performed 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 pad 101 shows a peeling notch.

Přístroje podle vynálezu lze užít pro vytváření běžných loupačích zářezů s plošným proudem kyslíku, tj. lze odokujnit celý povrch; lze také provádět jednotlivé bezotřepové loupači zářezy o šířce rovné šířce loupači trysky nebo větší a lze také provádět široké místní loupači zářezy, jestliže se několik loupačích jednotek uloží společně vedle sebe,The apparatuses of the invention can be used to form conventional oxygen peeling notches, i.e. the entire surface can be scaled; individual non-shake peeling notches of a width equal to or larger than the width of the peeling nozzle can also be made, and wide local peeling notches can also be made if several peeling units are stacked side by side,

Claims

SUBJECT

An apparatus for initiating a flash thermochemical reaction on a metal workpiece surface in relative motion thereon, comprising a peeling machine with a peeling unit, having at least one descaling oxygen nozzle having at least one discharge orifice and having a center axis directed to the descaling surface. metal workpiece, characterized in that a laser unit (1) is mounted on the peeling machine, with which an optical system (4, 4 ', M, M') is associated for focusing the laser beam (R, R'j generated by the laser unit). 1j on the surface (A, B) of the workpiece (W) at the intersection of the projection of the central axis of the descaling oxygen nozzle (16) with said surface, as well as means for directing the laser beam (R, R'J) over the desired length across the surface (A, B) ), based on the direction of movement of the workpiece (W).

2. Apparatus according to claim 1, characterized by

OF THE INVENTION in that the means for directing the laser beam (R, R‘j) over the desired length across the workpiece surface (A, BJ) consists of the rotating mechanism of the laser unit (1) and the optical system (4).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for directing the laser beam (R, R'j) over the desired length across the workpiece surface (A, Bj) consist of a movable mounting of the lens (4, 4'J) and a reflecting mirror. (M, M'j.

Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the laser unit (1) is a continuous wave laser.

An apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the laser unit (1) consists of a pulsed laser.

Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the laser unit (1) consists of an Nd-YAG crystal.