DE10155246A1

DE10155246A1 - Verfahren und Anordnung zur Sprengstoffbearbeitung von Werkstücken

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Publication number: DE10155246A1
Application number: DE2001155246
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Sprengstoffbearbeitung von Materialien, insbesondere Werkstücken. DOLLAR A Um mit relativ geringem Aufwand die Ausbildung beliebiger Detonationsformen, insbesondere gleichmäßiger Detonationswellen, zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß auf eine Bearbeitungsfläche 3 eines Werkstücks 1 eine durch Laserlichtbestrahlung zündbare Sprengstoffschicht 2 aufgetragen wird, und Licht von einem Laser 5 zerstreut und auf einen Beleuchtungsbereich 8 einer Sprengstoffschicht 2 derartig eingestrahlt wird, daß diese in dem ganzen Beleuchtungsbereich 8 gezündet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Sprengstoffbearbeitung von Materialien, insbesondere Werkstücken, bei dem auf eine Bearbeitungsfläche eines Materials eine durch Lichtbestrahlung zündbare Sprengstoffschicht aufgetragen und durch Laserlicht gezündet wird.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung zur Sprengstoffbearbeitung von Materialien, insbesondere Werkstücken, mit einer auf einer Oberfläche des Materials vorgesehen Sprengstoffschicht und einem Laser.
Bei der Sprengstoffbearbeitung von Werkstücken wird Sprengstoff auf zumindest einem Werkstück vorgesehen und durch Initiierung bzw. Zündung durch den Sprengstoff eine Verformung des Werkstückes erreicht. Diese Verformung kann insbesondere zum Explosivschweißen bzw. zum Explosivplattieren verwendet werden, bei dem zwei Werkstücke zumindest bereichsweise miteinander verschweißt werden. Weitere Anwendungsgebiete sind z. B. eine Gefügeveränderung, insbesondere die Verfestigung des Materials durch die schnelle Verformung bei der Explosion, die Verdichtung von Metallpulver in der Pulvermetallurgie, die Zerkleinerung harter Materialien, z. B. von Hartmetallen und Diamanten, die Erzeugung von flachen Detonationswellen auf großen Flächen in der Geophysik, die Initiierung von Gruppenladungen im Untertagebau, beim Abbau von Bauten, bei der Verschrotung alter Einrichtungen, in der Vernichtung radioaktiver Stoffe und in anderen Bereichen.
Die DE 195 46 342 A1 zeigt ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art. Die Initiierung der Sprengung erfolgt hierbei durch Laserimpulse, wobei dem Sprengstoff ein für die Laserstrahlen lichtdurchlässiger Thermoplast beigemischt ist, wodurch die Empfindlichkeit der Sprengstoffzusammensetzung erhöht wird.
Verschiedene Sprengverfahren und Anwendungen von Sprengverfahren sind weiterhin z. B. in "Sprengtechnik - Anwendungsgebiete und Verfahren", Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, gezeigt. Im allgemeinen wird hierbei auf die Bearbeitungsfläche eine Sprengstoffschicht aufgetragen und eine Detonation mit einer Initiierungsvorrichtung ausgelöst. Die Detonationswelle breitet sich hierbei von der Initiierungsvorrichtung entlang der Sprengstoffschicht aus.
Nachteilhaft an derartigen Verfahren ist, daß keine gewünschten Detonationswellenprofile und Schlagwellenprofile eingestellt werden können.
Es sind zwar spezielle Initiierungsvorrichtungen zur Erzeugung linearer Detonationswellenfronten bekannt. Derartige Initiierungsvorrichtungen sind jedoch groß, verbrauchen eine große Menge Sprengstoff und ermöglichen lediglich die Einstellung linearer Profile der Detonationswelle.
Weiterhin sind Initiierungsvorrichtungen zur Erzeugung flacher Detonationswellen mittels spezieller Generatoren bekannt, bei denen ein Impuls gleichzeitig auf die Bearbeitungsfläche des Materials wirkt und hierbei eine Sprengstoffschicht zündet. Auch hierbei ist ein großer Aufwand zum Aufbau der Sprenganordnung unter Verwendung großer Sprengstoffmengen mit hohen Kosten notwendig.
Bei herkömmlichen Verfahren und Anordnungen ist insbesondere eine Bearbeitung großer Flächen problematisch oder nicht durchführbar. Weiterhin kann im allgemeinen die Dicke der Sprengstoffe über die Sprengstoffschicht auf dem Werkstück nicht variiert werden, so daß der Verlauf der Schlagwellenimpulse nur in geringem Umfang eingestellt werden kann. Die Verarbeitung komplizierter Reliefflächen ist schwierig oder nicht möglich, insbesondere bei Werkstücken mit kleinen Flächen. Falls gewisse Schlagwellenimpulse durch Verwendung größerer Sprengstoffmengen eingestellt werden, besteht weiterhin die Gefahr einer Zerstörung oder Gefügebeeinträchtigung der Materialien aufgrund der überhöhten Drücke. Bei Verwendung größerer Sprengstoffmengen ist insbesondere auch die Metallverbindung und/oder Mikrostrukturaktivierung mit dem Ziel weiterer mechanischer Verarbeitung aufgrund der hohen Drücke praktisch nicht durchführbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bearbeitung von Materialien, insbesondere Werkstücken, zu schaffen, bei denen das Detonationsverhalten in gewünschter Weise mit relativ geringem Aufwand eingestellt und durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß das Laserlicht zerstreut und auf einen Beleuchtungsbereich der Sprengstoffschicht derartig eingestrahlt wird, daß diese in dem ganzen Beleuchtungsbereich gezündet wird. Bei der eingangs genannten Anordnung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Laser und der Sprengstoffschicht eine lichtzerstreuende Einrichtung vorgesehen ist zur Aufnahme des von dem Laser ausgestrahlten Laserlichtes und Zerstreuung des Laserlichtes auf einen Beleuchtungsbereich der Sprengstoffschicht derartig, daß diese in dem Beleuchtungsbereich zündbar ist.
Hierbei ist der Beleuchtungsbereich derjenige Bereich, in dem eine Zündung erreicht wird. Zusätzlich kann gegebenenfalls ein für die erfindungsgemäße Wirkung unerheblicher zusätzlicher Bereich der Sprengstoffschicht ohne Auslösung einer Zündung beleuchtet sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Zündung des Sprengstoffes wie in der DE 195 46 342 A1 durch Laserlicht, insbesondere Laserimpulse durchzuführen. Um gewünschte Profile der Detonationswelle und Sprengwelle einstellen zu können, wird hierbei das Laserlicht durch eine lichtstreuende Einrichtung über einen Beleuchtungsbereich der Oberfläche der Sprengstoffschicht verteilt. Somit kann ohne Verwendung aufwendiger Initiierungsvorrichtungen ein Detonationswellenprofil in grundsätzlich beliebiger Weise eingestellt werden, indem ein Beleuchtungsbereich gewünschter Größe und geometrischer Anordnung gewählt wird. Hierdurch lassen sich insbesondere Detonationswellen über einen großflächigen Bereich, z. B. ebene Detonationswellen erzeugen, die bei bestimmten Anwendungen bessere Eigenschaften als die bisher verwendeten linearen Detonationswellen aufweisen.
Derartige Anwendungen können insbesondere die Verbindung zweier Metallstücke, sowohl zweier im wesentlichen ebener Metallflächen als auch zweier konzentrischer Rohre sein. Weiterhin lassen sich Detonationswellen von verschiedenen, voneinander getrennten Bereichen aus zünden, deren Wellen sich zu einem geeigneten Muster überlagern.
Erfindungsgemäß kann sich hierbei zum einen der Beleuchtungsbereich über die gesamte Oberfläche der Sprengstoffschicht erstrecken, so daß eine gleichmäßige Zündung des Sprengstoffes erfolgt. Weiterhin kann lediglich ein Teil der Oberfläche beleuchtet werden, z. B. mittels geeigneter optischer Einrichtungen oder insbesondere unter Verwendung eines Schirms oder einer Maske, der/die das Laserlicht lediglich auf den gewünschten Beleuchtungsbereich durchläßt.
Weiterhin können mehrere übereinander angeordnete Sprengstoffschichten verwendet werden, von denen die äußere Sprengstoffschicht den Beleuchtungsbereich aufweist und bei ihrer Detonation die Detonation der unteren Sprengschicht initiiert. Hierdurch können besondere Detonationsmuster, insbesondere unter Verwendung brisanter Sprengstoffe in der unteren Sprengstoffschicht verwendet werden, die höhere Detonationswellengeschwindigkeiten und Schlagwellengeschwindigkeiten ermöglichen.
Erfindungsgemäß können somit gleichmäßige, insbesondere ebene oder konzentrisch verlaufende Detonationswellen mit hohen Impulsgrößen erreicht werden, die bei bekannten Verfahren, wie z. B. einem hydraulischen Schlag, Luft und Unterwasserexplosionen nicht erreichbar sind.
Erfindungsgemäß kann z. B. eine Schalenprüfung auf die dynamische Festigkeit und Stabilität, Materialaktivierung, Mikrostrukturdefektbildung mit dem Ziel weiterer Zerstörung und das Zermahlen, die Verfestigung von Einzelteilen aus Metall mit kompliziertem Ebenprofil, eine Verfestigung von lokalen Flächen auf den Oberflächen von Einzelteilen, eine Konstruktionszerstörung und Zerstörung von anderen Objekten und eine Verwendung für besondere Fälle, z. B. bei Verfahrensdurchführung auf Distanz, durchgeführt werden.
Weiterhin kann erfindungsgemäß eine biegsame Prozeßlenkung des zu bearbeitenden Materials erreicht werden.
Der Brisanzsprengstoff kann hierbei als Hauptenergiequelle des jeweiligen Verfahrens dienen. Die Detonationswellen- und Schlagwellenkonfiguration kann in je beliebiger Form ausgebildet werden, um die Versetzung der Welle in vorgegebener Richtung und in den vorgegebenen Verhältnissen auszurichten.
Erfindungsgemäß lassen sich insbesondere folgende Verfahren effektiv realisieren: Metallschweißen und Metallverstärkung, Schleudern (Werfen) von Platten mit ausgewählten Parametern für Vorgänge wie Materialsynthese und Hochdruckbildung bei Experimentenführung, Bildung von sphärischen konvergenten Detonationswellen in Brisanzsprengstoffen für die Herstellung hoher Energiedichten in verschiedenen Objekten und die Herstellung von Detonationskonvergenzwellen, deren Front eine Zylinderoberfläche ist und sich von sphärischen Wellen dadurch unterscheidet, daß sich die Energieakkumulation (durch die Zusammenkopplung der Detonations- und Schlagwellen) an der Zylinderachse sammelt.
Die Erzeugung flacher Schlagwellen auf großen Flächen kann z. B. zur Zerstörung von Hindernissen, wie alten Gebäuden, Dämmen u. a., oder mit dem Ziel geophysikalischer Untersuchungen durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird somit keine punktuelle Initialisierung der Detonation, sondern eine über den gesamten Beleuchtungsbereich, d. h. eine größere Fläche, initialisierte Detonation, unabhängig von deren Relief und geometrischen Formen erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zur Sprengstoffbearbeitung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 1b einen vertikalen Schnitt durch das mit der Sprengstoffschicht versehene Werkstück der Fig. 1a;
Fig. 1c einen Schnitt durch eine weitere Anordnung;
Fig. 2a einen Schnitt durch eine weitere Anordnung;
Fig. 2b eine Draufsicht auf eine Lochausbildung in der Anordnung von Fig. 2a;
Fig. 2c eine Draufsicht auf eine zu Fig. 2b alternative Lochausbildung;
Fig. 2d eine Draufsicht auf eine weitere Lochausbildung;
Fig. 2e eine Draufsicht auf eine weitere Lochausbildung;
Fig. 2f eine Draufsicht durch eine weitere Ausführungsform;
Fig. 2g einen Schnitt durch die Anordnung der Fig. 2f;
Fig. 3a eine perspektivische Ansicht einer Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 3b eine perspektivische Ansicht einer Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 3c eine perspektivische Ansicht einer Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Verbindung zweier konzentrischer Rohre.
Gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß Fig. 1a ist eine als Werkstück dienende Metallplatte 1 vorgesehen, auf deren Oberfläche 3 eine Sprengstoffschicht 2 mit gleichmäßiger Dicke aufgetragen ist. Eine Sprengstoffschichtoberfläche 4 dient als Beleuchtungsbereich 8 zur Initiierung der Zündung der Sprengstoffschicht 2. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der Beleuchtungsbereich 8 über die gesamte Sprengstoffschichtoberfläche 4. Die Sprengstoffschicht 2 ist aus einem durch Licht bestimmter Wellenlänge zündbaren Sprengstoffmaterial gefertigt. Der Sprengstoff kann hierbei z. B. Di-(3-Hydrazino-4-Amino-1,2,4- Triasol)-Kupfer(II)Perchlorat oder eine Mischung aus 80-92 Gew.-% dieses Materials mit 8-20 Gew.-% eines für Licht bestimmter Wellenlänge durchlässigen Thermoplasts, z. B. Polymethacrylat oder Polyisobutylen, sein. Die Dicke der Sprengstoffschicht 2 liegt hierbei zwischen 0,5 und 3 mm.
Ein Laser 5 ist zur Aussendung eines gepulsten Laserstrahls auf eine als Zerstreuungseinrichtung dienende Sammellinse 6 vorgesehen. Hierbei kann eine Impulszeiteinrichtung mit einer Genauigkeit von 10^-7 s mittels einer elektronischen Laserkommutation verwendet werden, wobei mehrere Laser 5 in einem Resonator verkoppelt sind. Durch die Sammellinse wird das Laserlicht zerstreut und anschließend von einem Spiegel 7 zumindest im wesentlichen gleichmäßig über den Beleuchtungsbereich 8 verteilt. Hierbei ist die Lichtintensität bzw. Energiedichte des Laserlichtes in dem Beleuchtungsbereich 8 größer oder gleich einer kritischen Initiierungsenergiedichte des Sprengstoffs der Sprengstoffschicht 2, so daß über den gesamten Beleuchtungsbereich 8 eine gleichmäßige Zündung initiiert wird.
Die Dicke der Sprengstoffschicht wird hierbei in Abhängigkeit der gestellten Aufgabe, z. B. der Verfestigung, Verbindung zweier Werkstücke, Zerstörung oder der Aktivierung harter Materialien gewählt. Eine untere Grenzdicke von z. B. 0,5 mm wird ausgewählt, bei der die Energiedichte des Lasermonoimpulses nicht kleiner als die kritische Initiierungsenergiedichte des absorbierenden Beleuchtungsbereiches ist. Der mechanische Impuls, der sich infolge der Initiierung einer Sprengstoffschicht in einem Material bildet, erhöht sich wesentlich mit der Erhöhung der Dicke der Sprengstoffschicht.
Eine obere Grenzdicke von z. B. 3 mm wird gewählt, da eine weitere Dickevergrößerung in der Regel unzweckmäßig ist, da die Effektivität der Detonationscharakteristiken und der Impulsübertragung sich oberhalb dieser oberen Grenzdicke nicht wesentlich verbessert.
Die Erzeugung der Sprengstoffschicht 2 erfolgt durch gleichmäßige Auftragung z. B. mittels einer Lackierpistole auf die Oberfläche 3 des Werkstückes 1. Die Sprengstoffschicht 2 sollte hierbei im Laufe von 20-60 min austrocknen und verhärten.
Die Initiierungsenergiedichte kann z. B. 2-40 10^-3 J/cm³ sein, wobei die Fläche der mit der Sprengstoffschicht 2 bedeckten Oberfläche 3 eine Größe bis zu einigen Quadratmetern aufweisen kann; die Größe wird hierbei im wesentlichen dadurch begrenzt, daß auch nach Zerstreuung des Laserlichtes über den gesamten Beleuchtungsbereich 8 eine hinreichende Energiedichte bzw. Strahlungsintensität über den gesamten Beleuchtungsbereich 8 erreicht wird. Bei Verwendung eines Lasers, der Monoimpulse mit einer Energie von 5 J aussendet, können somit z. B. Beleuchtungsbereiche von 5 m² gleichmäßig beleuchtet werden.
Erfindungsgemäß kann hierbei die Schichtdicke der Sprengstoffschicht 2 und insbesondere auch die Zusammensetzung der Sprengstoffschicht 2 über den Beleuchtungsbereich 8 verändert werden. Weiterhin kann die Impulsgröße variiert werden, die auf das Material in einer Grenze von 0,08-1 KPa.Sek wirkt.
Gemäß Fig. 1b bedeckt die Sprengstoffschicht 2 mit gleichmäßiger Dicke direkt die Oberfläche 3 des Werkstückes 1. Alternativ hierzu kann gemäß Fig. 1c auf der Oberfläche 3 des Werkstückes 1 eine untere Sprengstoffschicht 9 aufgetragen werden, auf der als obere Sprengstoffschicht die Sprengstoffschicht 2 mit dem Beleuchtungsbereich 8 aufgetragen ist. Hierbei kann für die untere Sprengstoffschicht 9 insbesondere ein brisanter oder hochbrisanter Sprengstoff verwendet werden, der höhere Detonationswellengeschwindigkeiten und Schlagwellengeschwindigkeiten ermöglicht. Eine derartige untere Sprengstoffschicht 9 kann auch lediglich unter einem Teilbereich der oberen Sprengstoffschicht 2 vorgesehen sein. In den Fig. 3a-c sind hierzu verschiedene Beispiele gezeigt. In Fig. 3a werden durch kreisförmige Bereiche der Sprengstoffschicht 2 mit dem Beleuchtungsbereich 8 in fünf Teilbereichen gleichmäßige bzw. - bei Variation der Schichtdicke - im wesentlichen gleichmäßige Belastungen des Werkstückes 1 unter den kreisförmigen Bereichen der Sprengstoffschicht 2 erzeugt. Bei der Ausführungsform der Fig. 3b werden aufgrund der unteren Sprengstoffschichten 9 stärkere Belastungen erzeugt. Bei der Ausführungsform der Fig. 3c werden die Ausführungsformen der Fig. 3a, 3b kombiniert, so daß in zwei Teilbereichen durch lediglich die Sprengstoffschichten 2 geringere Belastungen bzw. Flächendrücke und in zwei Teilbereichen mit oberer Sprengstoffschicht 2 und unterer Sprengstoffschicht 9 stärkere Belastungen des Werkstückes 1 erreicht werden. Hierbei kann zusätzlich die Dicke der unteren Sprengstoffschicht 9 variiert werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der Variation der Schichtdicken und der Verwendung einer unteren Sprengstoffschicht kann gemäß Fig. 2a-f die Oberfläche 4 der Sprengstoffschicht 2 teilweise durch einen Schirm 10 (bzw. eine Maske) abgedeckt werden. Der Schirm 10 kann z. B. aus ganz oder im wesentlichen lichtundurchlässigem Papier bestehen. Freiräume bzw. Löcher in dem Schirm 10 lassen Beleuchtungsbereiche 8 frei, während die abgedeckten Bereiche der Sprengstoffoberfläche 4 nicht beleuchtet werden. Gemäß den Fig. 2b, 2c können ein oder mehrere runde Löcher 11 in dem Schirm 10 ausgebildet sein. Gemäß Fig. 2b breitet sich die Detonationswelle bei einem runden Loch 11 von dem belichteten Beleuchtungsbereich 8 isotrop in alle Richtungen aus. Bei entsprechender Anordnung mehrerer runder Löcher 11 gemäß Fig. 2c kann somit ein komplexeres Detonationswellen- und Schlagwellenmuster erreicht werden. Die in den Fig. 2b, 2c gezeigten Löcher 11 können z. B. einen Durchmesser von 18 mm aufweisen, wobei z. B. bis zu zehn verschiedene Muster ausgebildet sein können. Die Schicht der Sprengstoffzusammensetzung beträgt hierbei 1-1,1 mm. Bei anderen geometrischen Ausbildungen, z. B. der kreuzförmigen Ausbildung gemäß Fig. 2d, ergibt sich ein anisotropes Muster, bei dem die Wellenfronten sich von den Lochrändern entsprechend ausbreiten.
Anstelle eines von dem Schirm 10 umgebenen Loches kann auch gemäß Fig. 2g, 2f das Loch in einem Außenbereich des Schirmes 10 vorgesehen sein, so daß der Beleuchtungsbereich 8 den Schirm 10 umschließt und sich gemäß Fig. 2f ebene Wellenfronten bilden, die gemäß den Pfeilen zum Zentrum hinlaufen.
Gemäß Fig. 4 kann das zu bearbeitende Material auch von zwei Seiten mit Sprengstoffschichten 2 umgeben sein. Hierdurch wird die gleichzeitige Belastung zweier entgegengesetzter oder angrenzender Seiten des Materials 1 gewährleistet, wobei die zeitliche Verzögerung einer der beiden Strahlen reguliert werden kann, was bei der Herstellung von Schlagwellen entsprechend zu berechnen ist. Dieser Vorgang ist bei der Zerstörung von brüchigen Materialien sehr effektiv. Weiterhin kann mit einem entsprechendem Aufbau durch gleichmäßige Belichtung von mehreren Seiten auch ein Material 1 pulvermetallurgisch verdichtet werden.
Gemäß Fig. 5 wird ein äußeres Rohr 14 mit einem inneren Rohr 15 verschweißt, wobei der Innendurchmesser des äußeren Rohres 14 etwas größer als der Außendurchmesser des inneren Rohres 15 ist, so daß ein Freiraum 16 zwischen den Rohren verbleibt. Außerhalb des äußeren Rohres 14 ist ein erster Sprengstoff 9, innerhalb des inneren Rohres 15 ein zweiter Sprengstoff 19 vorgesehen. Sprengstoffschichten 2 auf den axialen Endflächen des zylindrischen inneren Sprengstoffs 19 und rohr- bzw. ringförmigen ersten Sprengstoffs 9 werden von außen belichtet und sorgen für eine von den axialen Enden in axialer Richtung nach innen laufenden Detonationswelle, die das innere Rohr 15 aufweitet, das äußere Rohr 14 verjüngt und hierbei die Rohre verschweißt.
Das Verfahren und die Anordnung von Fig. 5 sind insbesondere für die Verschweißung bimetallischer Einzelteile effektiv. Hierbei kann z. B. das äußere Rohr 14 ein Kupferrohr mit einem Durchmesser von 61 mm und einer Wanddicke von 3 mm und das innere Rohr 15 aus einem nichtrostenden Metall mit einem Durchmesser von 51 mm und einer Wanddicke von 3 mm sein, wobei beide Rohre z. B. eine Länge von 300 mm haben. Der erste Sprengstoff 9 und der zweite Sprengstoff 19 können z. B. auf Amonitbasis hergestellt sein und eine Detonationsgeschwindigkeit von 2.560 m/s aufweisen. Die lichtempfindlichen Sprengstoffschichten 2 können z. B. eine Dicke von 2,5 mm aufweisen mit einer kritischen Initiierungsenergiedichte von 5.10^-3 J/cm². Hierbei kann ein Laser mit einem Bündeldurchmesser von 83 mm verwendet werden. Der Laser kann z. B. in einer modulationsbetrieblichen Resonatorgüte (Impulsbetrieb) arbeiten. Hierbei beträgt die Impulsdauer 25.10^-9 s, die Ausstrahlungsenergie beträgt 0,4 J. Die Energiedichte in dem Strahlenbündelchen beträgt 7,4.10^-3 J/cm². Nach Durchführung des Verfahrens wird bei der Fig. 5 ein bimetallisches Rohr mit einem Durchmesser von 50 mm, einer Wanddicke von 6 mm und einer Länge von 300 mm mit hoher Qualität der Schweißzone und hoher Genauigkeit der geometrischen Parameter in der Länge ausgebildet, was auf die Bildung einer idealen flachen Front der Detonationswelle im Sprengstoff zurückzuführen ist.
Erfindungsgemäß wird die Menge des gebrauchten Sprengstoffs deutlich, z. B. um 23%, gesenkt und gleichzeitig die Menge der kontaminierten Stoffe und Gase um einen hohen Wert, z. B. 17%, gesenkt.
Erfindungsgemäß kann somit sowohl eine Zerstörung von Materialien nach Fig. 4 als auch eine Befestigung bzw. Verschweißung durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß kann insbesondere ein Laserstrahl mit einer Energiedichte verwendet werden, die 50% höher als die kritische Initialisierungsenergiedichte des Sprengstoffmaterials ist. Der Laserstrahldurchmesser ist auf 20 mm bestimmt. Der Mittelhärtewert beträgt nach der Explosion für normalen Stahl 4.600 MPa, für nichtrostenden Stahl 5.200 MPa. Der Härtewert in den gesamten Oberflächen der verschiedenen Muster ist vorzugsweise gleich.
Es können insbesondere Festigungen von Einzelteilen mit einer Fläche von einigen Quadratmillimetern bis zu einigen Quadratzentimetern durchgeführt werden, die mit herkömmlichen Sprengverfahren nicht erreichbar sind.

Claims

1. Verfahren zur Sprengstoffbearbeitung von Materialien, insbesondere Werkstücken, bei dem auf eine Bearbeitungsfläche (3) eines Materials (1) eine durch Lichtbestrahlung zündbare Sprengstoffschicht (2) aufgetragen und durch Laserlicht gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
das Laserlicht gestreut und auf einen Beleuchtungsbereich (8) der Sprengstoffschicht (2) derartig eingestrahlt wird,
daß diese in dem ganzen Beleuchtungsbereich (8) gezündet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht gepulst ist und die Energievolumendichte der absorbierten Lichtenergie eines Lichtpulses in dem Beleuchtungsbereich (8) größer/gleich der kritischen Initiierungsenergiedichte der Sprengstoffschicht (2) ist.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Laser (5) ein Lasermonoimpuls ausgestrahlt wird.

4. Verfahren nach einer der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht auf den Beleuchtungsbereich (8) mit im wesentlichen konstanter Lichtintensität eingestrahlt wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der beleuchteten Sprengstoffschicht (2) und der Oberfläche (3) des Materials (1) eine untere Sprengstoffschicht (9) vorgesehen ist, die durch die beleuchtete Sprengstoffschicht (2) gezündet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Sprengstoffschicht (9) eine höhere Detonationsgeschwindigkeit als die beleuchtete obere Sprengstoffschicht (2) aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Oberfläche (4) der Sprengstoffschicht (2) als Beleuchtungsbereich (8) beleuchtet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Oberfläche (4) der Sprengstoffschicht (2) als Beleuchtungsbereich (8) beleuchtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Sprengstoffschicht (2) durch einen Schirm (10) abgedeckt wird, der den Beleuchtungsbereich (8) der Sprengstoffschicht (2) freiläßt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungsbereich (8) einen oder mehrere kreisförmige und/oder kreuzförmige Bereiche aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (10) einen mittleren Teil der Oberfläche (4) der Sprengstoffschicht (2) bedeckt und von dem Beleuchtungsbereich (8) umgeben ist.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengstoffschicht (2) zumindest in dem Beleuchtungsbereich (8) ein lichttransparentes Polymer aufweist.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres Rohr (14) und ein zu diesem konzentrisches inneres Rohr (15) miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt werden, wobei außerhalb des äußeren Rohres (14) ein erster Sprengstoff (9) und innerhalb des inneren Rohres (15) ein zweiter Sprengstoff (19) vorgesehen ist, und zumindest in axialen Endbereichen des ersten Sprengstoffes (9) und des zweiten Sprengstoffes (19) jeweils eine durch Laserlicht zündbare Sprengstoffschicht (2) vorgesehen ist.

14. Anordnung zur Sprengstoffbearbeitung von Materialien (1), insbesondere Werkstücken, mit
einer auf einer Oberfläche (3) des Materials (1) vorgesehen Sprengstoffschicht (2), und
einem Laser (5),
dadurch gekennzeichnet daß
zwischen dem Laser (5) und der Sprengstoffschicht (2) eine lichtzerstreuende Einrichtung (6, 7) vorgesehen ist zur Aufnahme des von dem Laser ausgestrahlten Laserlichtes und Zerstreuung des Laserlichtes auf einen Beleuchtungsbereich (8) der Sprengstoffschicht (2) derartig, daß diese in dem Beleuchtungsbereich (8) zündbar ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtzerstreuende Einrichtung eine Linse (6) zur Zerstreuung des Laserlichtes und einen Spiegel (7) zum Reflektieren des von der lichtzerstreuenden Einrichtung (6) gestreuten Laserlichtes auf einen Beleuchtungsbereich (8) der Sprengstoffschicht (2) aufweist.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sprengstoffschicht (2) mit dem Beleuchtungsbereich (8) und der Oberfläche (3) des Werkstücks (1) eine untere Sprengstoffschicht (9) vorgesehen ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sprengstoffschicht (2) ein den Beleuchtungsbereich (8) der Sprengstoffschichtoberfläche (4) freilassender Schirm (10) vorgesehen ist.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Lasermonoimpulse aussendender Laser (5) ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Sprengstoffschicht (2) größer/gleich einer unteren Grenzdicke von 0,5 mm ist.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche 14-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Sprengstoffschicht (2) kleiner/gleich einer oberen Grenzdicke von 3 mm ist.