DD227904A1

DD227904A1 - PROCESS FOR DIVIDING PARTS

Info

Publication number: DD227904A1
Application number: DD26898884A
Authority: DD
Inventors: Peter Wiesner; Bernd Oertel; Sabine Kluge; Nguyen D Hanh; Jens Gruenewald
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1985-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entrosten von Teilen mit Laserstrahlen, wobei eine korrosionsbestaendigere Oberflaeche erzeugt wird. Das Verfahren soll mit einem kontinuierlichen, die Oberflaeche ueberstreichenden Laserstrahl bei haertbaren Staehlen ein Verdampfen des Rostes und ein gleichzeitiges Haerten oder Umschmelzveredeln der Stahloberflaeche bewirken, wodurch eine korrosionsbestaendigere Oberflaeche entsteht. Die Aufgabe wird geloest, indem der von einem kontinuierlich arbeitenden CO2-Gaslaser erzeugte und fokussierte Laserstrahl durch ein Spiegelschwingsystem nach einem bestimmten Muster ueber die zu entrostende und vor Korrosion zu schuetzende Oberflaeche gefuehrt wird. Die Leistung des Laserstrahles ist so bemessen, dass der Rost verdampft und gleichzeitig die Stahloberflaeche gehaertet oder aufgeschmolzen wird. Der Rost wirkt fuer das Licht des CO2-Lasers als Absorptionsschicht. Durch das Verfahren werden die zwei Arbeitsgaenge Entrosten und Korrosionsschutz zu einem Arbeitsgang zusammengefasst. Das Verfahren ist umweltfreundlich und leicht automatisierbar.The invention relates to a method for derusting parts with laser beams, wherein a more corrosion-resistant surface is produced. The method is intended to effect evaporation of the grate and simultaneous hardening or remelting of the steel surface with a continuous laser beam passing over the surface with heatable steels, whereby a more corrosion resistant surface is formed. The problem is solved by the laser beam generated and focused by a continuous CO2 gas laser is guided by a mirror oscillating system according to a specific pattern on the surface to be rusted and protected against corrosion. The power of the laser beam is dimensioned so that the rust evaporates and at the same time the steel surface is hardened or melted. The rust acts as an absorption layer for the light of the CO2 laser. The process combines the two operations of rust removal and corrosion protection into one operation. The process is environmentally friendly and easy to automate.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entrosten von Teilen mit Laserstrahlen, wobei gleichzeitig eine korrosionsbeständigere Oberfläche erzeugt wird.The invention relates to a method for derusting parts with laser beams, wherein at the same time a more corrosion-resistant surface is produced.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, verrostete Stahloberflächen mechanisch, chemisch oder thermisch zu entrosten. Zu den mechanischen Verfahren zählen das Abklopfen (Rostklopfen), Abbürsten oder Sandstrahlen. Diese Verfahren sind mit schweren körperlichen Arbeiten und hohen gesundheitlichen Belastungen durch Staub verbunden. Außerdem werden die Oberflächen mechanisch beeinflußt oder beschädigt.It is known to rust rusted steel surfaces mechanically, chemically or thermally. Mechanical methods include tapping (rusting), brushing or sandblasting. These procedures involve heavy physical work and high levels of dust pollution. In addition, the surfaces are mechanically affected or damaged.

Ein chemisches Verfahren ist das Beizen mit Säuren. Es ist nur für kleine Teile geeignet und verlangt besondere Arbeitsschutzmaßnahmen. Nach dem Beizen müssen die Teile gewaschen und passiviert werden. Die Abprodukte stellen bei unsachgemäßer Handhabung öder technischen Fehlern eine hohe Umweltbelastung dar.One chemical process is pickling with acids. It is only suitable for small parts and requires special occupational safety measures. After pickling, the parts must be washed and passivated. The waste products represent a high environmental impact in the case of improper handling or technical defects.

Als thermisches Verfahren, welches den Rost absprengt, ist das Flammstrahlen bekannt. Es verursacht viel Lärm und Rauch und ist mit hohen thermischen Belastungen für die Arbeiter und die zu entrostenden Teile verbunden.As a thermal process, which breaks off the rust, flame blasting is known. It causes a lot of noise and smoke and is associated with high thermal loads on the workers and the parts to be de-rusted.

Man kann zum Entrosten natürlich auch andere Wärmequellen einsetzen. In der DE-OS 29 43 107 ist vorgeschlagen, Laserstrahlen zum Entrosten einzusetzen. Dazu soll ein Atmosphärendruck-Gaslager mit Impulsspitzenleistungen von 30 MW verwendet werden.Of course you can use other sources of heat for rust removal. In DE-OS 29 43 107 it is proposed to use laser beams for derusting. For this purpose, an atmospheric pressure gas bearing with pulse peak power of 30 MW is to be used.

Die Impulsdauer liegt zwischen 1 und 100 με. Die Energieabgabe je Impuls beträgt 1 bis 5 Ws. Die Laserimpulse werden auf Brennfleckgrößen von 0,3 bis 2 cm² fokussiert. Die Impulsfrequenz kann zwischen 1 und 1000 Hz variiert werden. Vorzugsweise wird mit 100 bis 500 Hz gearbeitet. Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, daß die Laserparameter mit dem wärmephysikalischen Werten des Rostes und des Grundwerkstoffes so abgestimmt werden, daß der Rost verdampft, die Metalloberfläche aber nicht angegriffen oder thermisch belastet wird. Das Ziel des Verfahrens besteht darin, eine metallisch blanke Oberfläche für eine anschließende Konservierung (Streichen) zu erzeugen.The pulse duration is between 1 and 100 με. The energy output per pulse is 1 to 5 Ws. The laser pulses are focused on focal spot sizes of 0.3 to 2 cm ² . The pulse frequency can be varied between 1 and 1000 Hz. Preferably, 100 to 500 Hz is used. The peculiarity of the method is that the laser parameters are matched with the heat-physical values of the grate and the base material so that the rust evaporates, but the metal surface is not attacked or thermally stressed. The aim of the method is to produce a metallically bright surface for subsequent preservation (brushing).

Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß Impulslaser mit sehr hohen Leistungen (1200 KW mittlere Leistung) notwendig sind.The disadvantage of the method is that pulse lasers with very high powers (1200 KW average power) are necessary.

Der Laser muß mit einem Querstromgebläse und einem Gaskühler ausgerüstet sein. Die üblichen CO₂-Gaslaser, wie sie in der Materialbearbeitung zur Anwendung kommen, können für das in der DE-OS 29 43 107 beschriebene Verfahren nicht eingesetzt werden.The laser must be equipped with a cross-flow fan and a gas cooler. The usual CO ₂ gas lasers, as used in material processing, can not be used for the process described in DE-OS 29 43 107.

Es ist weiter bekannt. Ladungsträgerstrahlen zum Säubern von Oberflächen einzusetzen (DD-PS 147 457). Das Verfahren wird zum Säubern von Oberflächen vor dem Elektronenstrahlschweißen angewendet. Der punktförmige Elektronenstrahl wird dabei nach einem bestimmten Muster über die zu säubernde Fläche geführt. Vorteilhaft ist dabei die leichte Steuerbarkeit des Elektronenstrahles. Der Laserstrahl ist nicht so leicht steuerbar. Es sind aber auch Lösungen zum Steuern eines Laserstrahles bekannt, die zum Abrastern einer Fläche führen. In der CH-PS 616 357 ist vorgeschlagen, zur Ablenkung des Laserstrahles in zwei orthogonale Richtungen gesteuerte Galvanometerspiegel einzusetzen. Eine speziell für das Flächenhärten entwickelte Einrichtung ist in der US-PS 3 848 104 dargestellt. Der Laserstrahl trifft auf zwei mit 100 ... 300 Hz schwingende Spiegel, die ein Oszillieren des Laserstrahles auf der Werkstückoberfläche bewirken. Das Werkstück wird außerdem senkrecht zur Richtung der Oszillation bewegt.It is still known. Use of carrier beams for cleaning surfaces (DD-PS 147 457). The method is used to clean surfaces prior to electron beam welding. The punctiform electron beam is guided over the surface to be cleaned according to a specific pattern. The advantage here is the easy controllability of the electron beam. The laser beam is not so easy to control. But there are also known solutions for controlling a laser beam, which lead to the scanning of a surface. In CH-PS 616 357 it is proposed to use for the deflection of the laser beam in two orthogonal directions controlled galvanometer. A device specifically developed for surface hardening is shown in U.S. Patent No. 3,848,104. The laser beam hits two mirrors oscillating at 100 ... 300 Hz, causing the laser beam to oscillate on the surface of the workpiece. The workpiece is also moved perpendicular to the direction of the oscillation.

Dadurch entstehen auf der Oberfläche gehärtete Bereiche in Form von Bändern, deren Breite von der Amplitude der Oszillation des Laserstrahles abhängt.This results in hardened areas in the form of bands on the surface, the width of which depends on the amplitude of the oscillation of the laser beam.

Das Härten von Metalloberflächen mit dem Laserstrahl gehört heute zum Stand der Technik. Es ist auch möglich, mit dem Laserstrahl Oberflächen umzuschmelzen (US-PS 3 304 978) oder zu beschichten (US-PS 3 952 180). Man erzeugt auf diese Weise harte und verschleißfeste Oberflächen. Es ist aber kein Verfahren bekannt, mit dem Laserstrahl Oberflächen zu entrosten und gleichzeitig vor Korrosion zu schützen.The hardening of metal surfaces with the laser beam belongs today to the state of the art. It is also possible to remelt surfaces with the laser beam (US-PS 3,304,978) or to coat (US-PS 3,952,180). This produces hard and wear-resistant surfaces. But there is no known method to derust surfaces with the laser beam and at the same time to protect against corrosion.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches die beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren, schlechte Arbeitsbedingungen, hohe Umweltbelastung, großer Arbeitsaufwand, leistungsstarke Geräte und kein gleichzeitiger Korrosionsschutz, vermeidet und das Entrosten und Erzeugen korrosionsbeständiger und verschleißfester Oberflächen in einem Arbeitsaano mit dem Laserstrahl aewährleistet.It is the object of the invention to provide a method which avoids the described disadvantages of the known methods, poor working conditions, high environmental impact, large workload, powerful equipment and no simultaneous corrosion protection, and the rust removal and generating corrosion resistant and wear resistant surfaces in a Arbeitsaano with the laser beam guaranteed.

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The essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches ein gleichzeitiges Entrosten und Erzeugenkorrosionsbeständigerer Oberflächen mit einem kontinuierlichen, die Oberfläche überstreichenden Laserstrahl bei härtbaren Stählen durch Verdampfen des Rostes und Härten oder Umschmelzveredeln der Stahloberfläche erlaubt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der von einem kontinuierlich arbeitenden COj-Gaslaser erzeugte und fokussierte Laserstrahl durch ein Spiegelschwingsystem nach einem bestimmten Muster über die zu entrostende und vor Korrosion zu schützende Stahloberfläche geführt wird. Die Leistung des Laserstrahles ist so bemessen, daß der Rost verdampft und gleichzeitig die Stahloberfläche gehärtet oder aufgeschmolzen wird. Infolge der kurzen Aufheizzeit und der hohen Abkühlgeschwindigkeit entsteht gehärtetes Gefüge, das eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweist als normal gehärtetes Gefüge. Das Verfahren ist auf alle härtbaren Stähle anwendbar. Es wird vorzugsweise ohne Aufschmelzen der Oberfläche durchgeführt. Das Verfahren kann an Luft, unter Schutzgas oder unter reduzierender Atmosphäre aufgeführt werden. Es ist für kleine und große Flächen anwendbar. Die Dicke der Teile spielt keine Rolle. Bei dünnen Werkstücken muß durch entsprechende Maßnahmen für eine zusätzliche Abkühlung gesorgt werden, um ein Verziehen der Teile zu vermeiden.The invention has for its object to provide a method which allows a simultaneous derusting and producing corrosion-resistant surfaces with a continuous, the surface sweeping laser beam hardenable steels by evaporation of the grate and curing or remelting the steel surface. According to the invention the object is achieved in that the produced and focused by a continuous COj gas laser laser beam is guided by a mirror oscillating system according to a specific pattern on the stainless steel to be rusted and protected against corrosion steel surface. The power of the laser beam is so dimensioned that the rust evaporates and at the same time the steel surface is hardened or melted. Due to the short heat-up time and the high cooling rate, hardened microstructure results, which has a higher corrosion resistance than normal hardened microstructure. The method is applicable to all hardenable steels. It is preferably carried out without melting the surface. The process can be performed in air, under inert gas or under reducing atmosphere. It is applicable for small and large areas. The thickness of the parts does not matter. For thin workpieces must be provided by appropriate measures for additional cooling to avoid distortion of the parts.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörende Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zum Entrosten und Erzeugen einer korrosionsbeständigeren Oberfläche und in Fig. 2 eine entrostende und vor Korrosion geschützte Oberfläche. Durch einen kontinuierlich arbeitenden CO₂-Gaslaser wird ein Laserstrahl mit einer Leistung von 1 KW und einer Wellenlänge von 10,6 μιτη erzeugt. Diese Wellenlänge wird'von Rost gut absorbiert. Der vom Resonator kommende Laserstrahl 1 wird durch die Linse 2 fokussiert. Er trifft auf den um die Achse 4 drehbaren Spiegel 3. Von diesem Spiegel 3 gelangter Laserstrahl 1 zu dem um die Achse 3 drehbaren Spiegel 5. Dieser Spiegel 5 lenkt den Laserstrahl 1 auf das an der Oberfläche zu entrostende und vor Korrosion zu schützende Werkstück 7. Die beiden Spiegel 3 und 5 schwingen um die Achsen 4 und 6. Der Winkel beträgt nur wenige Grad. Durch die Bewegung der Spiegel 3 und 5 wird der Laserstrahl 1 in einer Linie über das Werkstück 7 geführt. Der Brennfleck bleibt dabei stets auf der Werkstückoberfläche. Beim Auftreffen des Laserstrahles auf dem Rost wird dieser so hoch erhitzt, daß er verdampft. Während des Erhitzens gibt der Rost durch Wärmeleitung Energie an den Grundwerkstoff ab. Außerdem gelangt ein Teil der Laserenergie bis zur Stahloberfläche. Dadurch wird diese auf eine Temperatur, die zum Härten ausreichend ist, erwärmt. Die Wärme wird sehr schnell in den Werkstoff abgeleitet. Durch Selbstabschreckung kommt es zu einer Härtung der Oberfläche. Wegen der kurzen Aufheizzeiten und der hohen Abkühlgeschwindigkeit, sie beträgt bei Stahl 10³ K/s, entsteht ein spezielles Härtegefüge mit einer höheren Korrosionsbeständigkeit.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows in Fig. 1 a device for carrying out the method for derusting and producing a more corrosion resistant surface and in Fig. 2 a rustproof and protected from corrosion surface. By a continuously operating CO ₂ gas laser, a laser beam with a power of 1 KW and a wavelength of 10.6 μιτη is generated. This wavelength is well absorbed by rust. The coming of the resonator laser beam 1 is focused by the lens 2. It strikes the mirror 3, which is rotatable about the axis 4. Laser beam 1, which has passed from this mirror 3, to the mirror 5 which rotates about the axis 3. This mirror 5 directs the laser beam 1 onto the workpiece 7 to be de-rusted on the surface and to be protected against corrosion The two mirrors 3 and 5 oscillate about the axes 4 and 6. The angle is only a few degrees. Due to the movement of the mirrors 3 and 5, the laser beam 1 is guided in a line over the workpiece 7. The focal spot always remains on the workpiece surface. When the laser beam strikes the grate, it is heated so high that it evaporates. During heating, the rust gives off heat to the base material by heat conduction. In addition, part of the laser energy reaches the steel surface. As a result, it is heated to a temperature sufficient for curing. The heat is dissipated very quickly into the material. Self-quenching leads to a hardening of the surface. Due to the short heat-up times and the high cooling rate, with steel 10 ³ K / s, a special hardened structure with a higher corrosion resistance results.

Um aus der durch die Spiegel 3 und 5 hervorgerufenen Linienführung eine Flächenüberstreichung zu erzeugen, kann entweder das Werkstück 7 nach jeder Schwingung um einen kleinen Betrag bewegt werden, oder die ganze Schwingeinrichtung wird nach jeder Schwingung um einen kleinen Winkel gedreht. Dadurch überstreicht der Laserstrahl eine Fläche. Er erzeugt dabei ein Muster, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Parameter des Laserstrahles und die Bewegungen des Laserstrahles 1 können so eingestellt werden, daß die Oberfläche gleichmäßig entrostet und vor Korrosion geschützt wird. Die Arbeitsrichtung des Laserstrahles 1 ist beliebig. Es kann in allen Positionen gearbeitet werden.In order to generate an area scan from the lines produced by the mirrors 3 and 5, either the workpiece 7 can be moved a small amount after each oscillation, or the entire oscillator is rotated by a small angle after each oscillation. As a result, the laser beam sweeps over a surface. He creates a pattern, as shown in Fig. 2. The parameters of the laser beam and the movements of the laser beam 1 can be adjusted so that the surface is evenly de-rusted and protected from corrosion. The working direction of the laser beam 1 is arbitrary. It can be worked in all positions.

Claims

- 1 - 689 claims for invention:

1. A method for rust removal of parts, characterized in that a simultaneous derusting and producing corrosion-resistant surfaces by a continuous, the surface sweeping laser beam (1) in hardenable steels by evaporation of the grate and hardening or remelting of the steel surface.

2. The method according to claim 1, characterized in that the laser beam (1) by mirrors (3) and (5) over the surface of the workpiece (7) is guided.

3. The method according to claim 1, characterized in that the workpiece (7) is moved by a coordinate table or by a surface motor.

4. The method according to claim 1, characterized in that the laser generator is in a separate room and the laser beam (1) is guided through mirror systems to the outside to rust large workpieces, especially ships, ship parts, bridges and bridge parts and to protect against corrosion ,

5. The method according to claim 1, characterized in that the derusting and generating a corrosion-resistant surface under protective gas or under a reducing atmosphere.

6. The method according to claim 1, characterized in that immediately behind the laser beam (1) a rotating wire brush, grinding or polishing disc is arranged to achieve a certain surface quality.

7. The method according to claim 1, characterized in that at the same time old dyeing and dirt layers are removed with the rust removal, wherein these layers simultaneously act as absorption layers.

8. The method according to claim 1, characterized in that the laser beam is passed through a light guide cable to the processing site, with greater distances between the laser generator and the workpiece can be bridged and the movement of the laser beam is realized by the movement of the optical cable.

9. The method according to claim 1, characterized in that not only flat but also round workpieces can be de-rusted and provided with a more wear-resistant surface.