DE2600836A1

DE2600836A1 - Vorrichtung zum durchfuehren von flaemmschnellstarts

Info

Publication number: DE2600836A1
Application number: DE19762600836
Authority: DE
Inventors: Stephen August Engel
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 1975-01-13
Filing date: 1976-01-12
Publication date: 1976-07-15
Also published as: FI753735A; NO144767C; CA1033594A; ES444222A1; DE2600836B2; NZ179741A; NO144767B; GB1540093A; PH11823A; BE837491A; YU4776A; CS223813B2; IN155505B; YU41557B; NO760083L; FR2297111A1; IT1053369B; FR2297111B1; SE436983B; JPS5181764A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

8ODO MÜNCHEN 83 - ELFENSTRASSE 32 ' 2600836

UNION CARBIDE CORPORATION 27O Park Avenue, N«w York, N.Y. 10017, V.St.A.

Vorrichtung zum Durchfuhren von Flämmschnellstarts

Di· Erfindung befaSt sich mit dem thermochemischen Abtragen von Metall von einer Werkstückoberfläche, ein Verfahren, für das sich der Begriff "Flammen¹¹ eingeführt hat. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen von Schnellstarts oder fliegenden Starts bei Flammarbeitsgängen. Unter einem fliegenden Start soll vorliegend das praktisch augenblickliche Einleiten einer thermochemischen Reaktion auf einem Werkstück verstanden werden, das sich gegenüber der Flämm-Maschine mit seiner normalen Flämmgeschuindigkeit bewegt, d.h. einer Geschwindigkeit zwischen ungefähr 6 und 45 m/min. Mit Geschwindigkeiten am unteren Ende .dieses Bereiches wird beim Flämmen von kalten Werkstücken gearbeitet, wähnend die Geschwindigkeiten am oberen Bereichsende für das Flämmen von warmen Werkstücken benutzt werden.

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FERNSPRECHER: 089/6012039 - KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

Bekanntlich wird eine Flämmreaktion eingeleitet, indem das metallische Werkstück auf seine Schmelz- oder Zündtemperatur vorgewärmt wird, was normalerweise mit Hilfe von auf einen relativ kleinen Bereich gerichteten Vorwärmflammen geschieht, bevor auf das Schmelzbad ein schräg verlaufender Strom _% aus sich rasch vorwärtsbewegendem Flämmsauerstoff aufgeblasen wird. Der Flämmsauerstoffstrom hat eine zweifach· Aufgab·; zum «inen soll «r eine thermochemische Reaktion mit dem Metall bewirken; zum anderen soll er das in Reaktion gegangene Metall wegblasen, wodurch für die Flämmreaktion frisches Metall freigelegt wird.

Es ist seit langem bekannt (beispielsweise US-PS 2 205 890), Metallstäbe zu verwenden, um bei Handflämmvorgängen rascher· Starts zu erzielen. In diesem Fall muß das Werkstück stillstehen] der Flämmer muS entsprechend geschickt sein, um sowohl die Zeitdauer des Flämmsauerstoffstroms vorzugeben als auch den Brenner und den Stab in geeignetem Winkel zu halten. Es ist auch bekannt (US-PS 2 309 096) maschinelle Flämmreaktionen mit Drähten oder Stäben einzuleiten. Di« dort beschriebenen

Flämmstarts sind jedoch gleichfalls nur bei einem stillstehenden Werkstück möglich.

In der einschlägigen Technik sind ferner fliegende Starts bekannt. Ihre Durchführung war jedoch nur mit Hilfe von komplizierten, aufwendigen und unzureichend zuverlässigen

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Vorrichtungen möglich. Infolge dessen hatten sie in der Praxis nur sehr geringen Erfolg. So ist es bekannt, fliegende Starts mit Hilfe von Metallpulver (US-PS 3 216 876), oder durch Verwendung einer mit Strom gespeisten Elektrode (US-PSen 2 513 425 und 3 658 599) durchzuführen. Pulverstarts sind wegen der raschen Abnutzung der Pulverzuführung unzuverlässig} deshalb sowie angesichts der Kosten des Metallpulvers sind Pulverstarts nicht befriedigend. Die Durchführung von Starts unter Zufuhr von elektrischem Strom ist wegen der dabei anfallenden Kosten und der verhältnismäßig Komplizierten Einrichtungen problematisch.

Bisher war es nicht möglich, einen echten Schnellstart oder einen fliegenden Start an einem sich bewegenden Werkstück •ohne die Anwendung von Metallpulver oder einem mit elektrischem Strom gespeisten Metallstab oder einer keramischen Elektrode durchzuführen.

Mit der Erfindung soll eine einfache und verläSliche Vorrichtung geschaffen werden, die es erlaubt, einen Schnellstart an einem Werkstück ohne Zufuhr von Metallpulver oder elektri- - schem Strom, durchzuführen. Mit der Vorrichtung sollen individuelle §ratfreie Fleckflämmschnitte an einem metallischen Werkstück sofort.vorgenommen werden können, ohne da8.es der Zufuhr

von Metollpulver oder von elektrischer Energie bedarf. Oie i
Vorrichtung soll es erlauben, im Verlauf .eines einmaligen

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Überfohrens dar Werkstückoberfläche mehrer· augenblicklich eingeleitete, willkürlich angeordnete selektive Flämmschnitte auf der Oberfläche eines Werkstückes auszuführen, das sich mit normaler Flämmgeschwindigkeit bewegt. Daneben soll auch eine Vorrichtung geschaffen werden, die es gestattet, einen momentan eingeleiteten Flämmschnitt voller Breit· auf der Oberfläch· eines sich mit normaler Geschwindigkeit bewegenden Werkstück·« auszuführen.

Zur Lösung dieser Aufgab· ist eine Vorrichtung zum Durchführen eines thermochemischen Schnellstarts auf der Oberfläche eines Werkstückes aus einem Eisenmetall erfindungsgemäB gekennzeichnet durch eine Vorschubeinrichtung, die für ein· relativ· Vorschubbewegung zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück sorgt, «in· Drahtfördereinrichtung, mittels deren das End· eines Drahtes mit einer vorbestimmten Stelle auf der Oberfläche in Berührung bringbar ist, eine Einrichtung zum Erhitzen des Drahtendes auf seine Sauerstoffzündtemperatur, einen Brenner, dar einen Sauerstoffgasstrahl hoher Intensität von «iner hinter oder auf der Seite der Stelle liegenden Stellung aus derart abgibt, daQ die Strahlmittelachs· einen bezogen auf di« relativ« Vorschubbewegungsrichtung ungefähr 1 bis 15 cm hinter der Stell· liegenden Punkt der Oberfläch· trifft und zusammen mit der Ober fläch· «inen Winkel zwischen 30° und 80° einschließt, sowie ein· Düsenanordnung, die einen Flämmsauerstoffgasetrom in einem spitzen Winkel gegen die Oberfläch· derart richtet, daß der aus der DUs* austrat·tend· Sauerstoffstrom bezogen auf

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die Vorschubbewegungsrichtung etwas hinter dem Punkt auf die

Oberfläche auftrifft.

Der vorliegend verwendete Begriff "Schnellstart" soll sowohl fliegende Starts als auch Starts einschließen, bei denen zwischen dem Werkstück und der Flämmvorrichtung keine Relativbewegung erfolgt, bis der Kontakt zwischen dem heißen Draht und der vorbestimmten Stelle hergestellt wird. Im Augenblick des Kontaktes wird jedoch sofort mit der normalen Flämmgeschwindigkeit begonnen (ohne daß in der bekannten Weise auf die Ausbildung des Schmelzbades gewartet wird), so daß der Start erfolgt, während sich Werkstück und Flämmvorrichtung gegeneinander bewegen. Würde die Vorschubbewegung nicht sofort bei dem Kontakt mit dem heißen Draht eingeleitet, würde der Sauerstoffstrahl innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne in dem Werkstück ein Loch ausbilden. Es versteht sich, daß die Relativbewegung erfolgen kann, indem entweder die Werkstückoberfläche gegenüber einer stillstehenden Flämmvorrichtung bewegt wird oder umgekehrt.

Nachdem das Schmelzbad auf seine vorgewählte Breite ausgebreitet ist, ist der Schnellstart abgeschlossen. Der Ausbreitsauerstoffstrom kann" dann eingeschaltet bleiben und benutzt werden, um die Flämmreaktion durchzuführen; er kann aber auch abgeschaltet werden» und es kann ein anderer Sauerstoffstrom zum Auftreffen auf das ausgebreitete Schmelzbad unter einem spitzen Winkel zur κ Werkstückoberfläche gebracht werden, um die Flämmreaktion zu übernehmen und durchzuführen. Die Art des erwünschten Flämmschnittes

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bestimmt die Art der Flönimsauerstoffdüse, die vorgesehen wird, um die Flämmreaktion von dem Ausbreitdüsenstrom zu übernehmen. Ein einzelner gratfreier Fleckflämmschnitt läßt sich durchführen, indem auf das Schmelzbad ein schräger, flächiger Flämmsauerstoffgasstrom gerichtet wird, dessen Strömungsintensität in Richtung auf die Ränder des Stromes allmählich vermindert wird, um an den Seitenkanten der Düsenöffnung, aus welcher er austritt, die Intensität Null zu erreichen; dabei wird ein Schnitt ausgebildet, dessen Breite kleiner als die Breit· der Austrittsöffnung ist.

Soll ein selektives Fleckflämmen der gesamten Oberfläche eines Werkstückes in einem einzigen Durchgang erfolgen, müssen die Flämmschnitte nicht nur gratfrei sein, sondern auch in der Weise ausgebildet werden, daß einander benachbarte Schnitte sich weder überlappen noch übermäBig hohe Wülste oder tief· Auskehlungen zwischen den Schnitten entstehen. Dies erfordert Düsen, die am Schmelzbad seitlich aneinander angrenzend« F'lämmsauerstof fströme austreten lassen, deren Strömungsintensität jeweils in Richtung auf ihre Ränder allmählich abnimmt und von denen jeder einen Flämmschnitt erzeugt, d«r mindestens ebenso breit wie di® betreffende Austrittsöffnung ist. Wenn diese Flämmeinheiten mit normaler Flämmgeschwindigkeit über das Werkstück laufen, können sie in vorgewählter Weise ein- und ausgeschaltet werden, um jede beliebige willkürliche Verteilung von Fehlerstellen auf der Werkstückoberfläche auszuflammen. Soll ein herkömmlicher Flämmvorgang

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ausgeführt werden, kann dies erfolgen, indem ein schräg verlaufender flächiger Flämmsauerstoffstrom, dessen Strömungsintensität über .die volle Breite im wesentlichen gleichförmig ist, von einer herkömmlichen rechteckförmigen Düse aus auf das Schmelzbad gerichtet wird. In einem solchen Fall bietet der Flämmschnellstart den Vorzug, daß die Flämmreaktion auf einem Werkstück eingeleitet werden kann, wenn dieses mit den Flämmeinheiten in entsprechende Ausrichtung kommt, ohne daß das Werkstück oder die Flämmeinheiten verlangsamt oder angehalten zu werden brauchen, um die Flämmreaktion beginnen zu lassen, wie dies bei der Verwendung von herkömmlichen Vorwärmflammen erforderlich ist. Der Schnellstart erlaubt es, mit dem Flämmvorgang unmittelbar auf den Kontakt der Vorrichtung mit dem Werkstück hin zu beginnen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Xn den beiliegenden Zeichnungen zeigen: - ' .

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Durchführen · eines einzelnen gratfreien Fleckflämmschnittes mit einem Schnellstart entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Stirnansicht der FlämmsauerstoffdUsenbffnung entsprechend der Linie 2-2 der Fig. 1j

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Fig. 3, 4, 5 und 6

schematische Darstellungen, die, gesehen von oben entlang der Linie 3-3 der Fig. 1, die Folge von Reaktionen erkennen lassen, die auf dem Werkstück beim Durchführen eines Schnellstarts unter Verwendung einer Vorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art stattfinden;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die zum Zwecke der Fernsteuerung an einem Ausleger montiert ist;

Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 7;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung, bei der mehrere einander benachbarte Flämmeinheiten vorgesehen sind, um in einem einzigen Durchgang fUr ein selektives Mehrschnitt-Fleck*· flämmen der vollen WerkstUckbreite mit Schnellstart zu sorgen;

Fig.10. eine Stirnansicht der bei den Flämmeinheiten nach Fig. 9 verwendeten FlämmsauerstoffdUsenöffnungen und Fig. 11 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 9, aus der

es zu erkennen ist, wie mehrere Flämmschnitte mit Schnell·

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start in einem einzigen Durchgang über die volle Werkstückbreite hinweg durchgeführt werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 läuft der Startdraht 1, der auf eine (nicht veranschaulichte) Spule aufgewickelt sein kann, über ein Drahtrichtgerät 4, eine Drahtvorschubeinrichtung 5 und eine Drahtführung 9. Er kommt mit der Oberfläche des Werkstückes W an dem Punkt A in Kontakt, d.h. dem Punkt, an dem die Fleckflämmreaktion unmittelbar vor der Fehlerstelle beginnen soll. Die Drahtvorschubeinrichtung 5 ist mit einem Drahtvorschubmotor 6 verbunden, der seinerseits an eirrem Befestigungsbügel 7 montiert ist. Der Draht 1 kann mittels eines Antriebsrades 8 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung verschoben werden. Nach Betätigen des Motors 6 werden ungefähr 5 cm Draht in Vorwärtsrichtung vorgeschoben, um den Draht hm Punkt A mit der Werkstückoberfläche in Kontakt zu bringen. Es ist ein Sauerstoffausbreitbrenner 2 vorgesehen, bei dem es sich um eine einfache 1 bis 5 cm Runddüse handeln kann. Der Brenner bildet Schmelzbäder mit einer Breite von ungefähr 5 cm bis 35 cm aus. Der Brenner 2 ist an seinem austrittsseitigen Ende mit einem solchen Winkel gegenüber der Werkstückoberfläche geneigt, daß die proj.izierte Mittellinie des aus dem Ausbreitbrenner 2 austretenden Sauerstoffstrahls 30 die Werkstückoberfläche an

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einem Punkt B ungefähr 5 cm hinter dem Punkt A trifft.. Eine Flämmeinheit 3 weist herkömmliche obere und untere Vorwärmblöcke 12 bzw. 13 auf, die mit einer Reihe von Vorwärmflammenauslässen 14 bzw. 15 für vorvermischte bzw. nachvermischte Vorwärmflammen sowie mit geeigneten Gasdurchlässen versehen sein können. Wird mit vorvermischten Vorwärmflammen gearbeitet, was im Hinblick auf eine größtmögliche Sicherheit vorzuziehen ist, tritt aus den Auslässen 14 und 15 ein Brenngas aus, das nach Zünden durch Vermischen mit einem langsamen Sauerstoffstrom brennt, der den Flämmsauerstoffdüsenschlitz 16 verläßt, der von der Unterseite 17 des oberen Vorwärmblockes 12 und der Oberseite 18 des unteren Vorwärmblock.es 13 gebildet wird. Die schlitzförmige Sauerstoffdüse 16 endet in einer Austrittsöffnung 19. Um einen einzelnen gratfreien Fleckfiämmschnitt zu erzeugen, ist die Öffnung 19 in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise geformt. Sauerstoff und Brenngas werden der Flämmeinheit 3 in bekannter Weise über die Zuleitungen 20 bzw. 21 zugeführt.

Die Vorrichtung nach Fig. 1* arbeitet wie folgt. Zunächst werden die von der Flämmeinheit 3 ausgehenden Vorwärmflammen gezündet, indem man Brenngas aus den Reihen der Vorwärmauslässe 14 und 15 austreten läßt und einen niedrigen Sauerstoffgasstrom über die Öffnung 19 zuführt. Diese mit den Linien 22 angedeuteten Vorwärmflammen erreichen die Werkstückoberfläche und werden nach oben umgelenkt, so daS

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sie auf das Ende, des Orahtes 1 treffen und dieses bis zu einer hellen Rotglut .erhitzen, was erkennen läßt, daß sich die Drahtspitze auf der SauerstoffzUndtemperatur befindet, d.h. ihrer ZUndtemperatur in einer Sauerstoffatmosphäre. Wenn der auszuflammende fehlerhafte Bereich des sich bewegenden Werkstückes W einen unmittelbar vor dem Punkt A liegenden Punkt erreicht, wird der Dfahtvorschubmotor 6 betätigt, wodurch das heiße Ende des Drahtes.1 in festen Kontakt mit der Werkstückoberfläche am Punkt A gebracht wird. Gleichzeititig wird Hochdruckstrahl aus Sauerstoff aus dem Brenner 2 abgegeben und zum Auftreffen auf den mit der Werkstückoberfläche in Kontakt befindlichen heißen Draht gebracht, so daß sofort mit einer Flämmreaktion begonnen und an der Fehlerstelle ein Schmelzbad ausgebildet wird. Der Draht 1 wird dann zurückgezogen, um sein weiteres Schmelzen zu verhindern. Der Sauerstoffstrahl aus dem Brenner 2 bewirkt, daß das Schmelzbad sehr rasch auf seine volle Breite anwächst, worauf dieser Sauerstoffstrahl abgeschaltet und der aus der Öffnung 19 austretende Flammsauerstoffstrahl, der auf den Punkt C der Werkstückoberfläche gerichtet ist, auf «eine Flämmdurchflußmenge gesteigert wird, um die Reaktion von dem Ausbreitstrahl zu übernehmen. Der Flämmsauerstoffstrom bleibt eingeschaltet, so lange der Flämmschnitt erwünscht ist.'

Die Schritten die dem Zünden der von der Flämmeinheit 3 abgegebenen Vorwärmflammen folgen, lassen sich automatisieren und

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über eine Reihe von Taktfolgezeiten, Relais und Magnetventilen steuern, so daß ein Flammer oder ein zweckentsprechendes Signal die oben erläuterte Schrittabfolge einleitet und selbsttätig durchführt. Ein zweites Signal ist erforderlich, um den Schnitt zu beenden, indem der Flämmsauerstoffstrom abgeschaltet oder auf einen Wert herabgesetzt wird, der gerade ausreicht, um die Vorwärmflammen weiterbrennen zu lassen. In diesem Zustand ist die Vorrichtung bereit, um sofort winwn weiteren Fleckflämmvorgang durchzuführen.

Entsprechend einer abgewandelten Arbeitsweise der Vorrichtung wird der Flämmsauerstoffstrom gleichzeitig mit dem Ausbreitstrahl eingeschaltet. Letzterer hat eine wesentlich größere Wucht oder Stoßkraft und steuert daher den Ablauf der thermochemischen Reaktion, d.h. er bewirkt siw Bildung und Ausbreitung des Schmelzbades. Wenn dann der Ausbreitstrahl abgeschaltet wird, übernimmt der Flämmsauerstoff die Reaktion sehr allmählich und gleichmäßig, jedoch gleichwohl rasch. ' .

Fig. 2 zeigt die Flämmdüsenäffnung 19, die bei der Flämmeinheit nach Fig. 1 verwendet wird, um einen einzelnen gratfreien Flämmschnitt auszubilden. Grundsätzlich kann aber auch mit anderen Arten von FlämmdUsen gearbeitet werden.

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Hervorzuheben ist, daß ein britisches Merkmal einer solchen Düse darin besteht, daß der erzeugte Schnitt eine geringere Breite als die Düse selbst hat. Dies ist notwendig, um einen einzelnen gratfreien Fleckflämmschnitt zu erreichen. Gleichzeitig wird es dadurch jedoch unmöglich, solche Düsen Seite an Seite mit einer weiteren derartigen Düse zu benutzen, weil die dabei erhaltenen parallelen Schnitte zwischen den einzelnen Schnitten einen nicht geflammten Oberflächenbereich stehen lassen würden. Infolge dessen eignen sich derartige Düsen nur zur Ausbildung von einzelnen gratfreien Schnitten. Fig. 2 läßt den oberen und den unteren Vorwärmblock 12 und 13 erkennen, die mit den Reihen von oberen und unteren Vorwärmbrenngasauslässen 14 bzw. 15 ausgestattet sind. An beiden Enden der Öffnung 19 der Sauerstoffdüse befinden sich dreieckige Einsätze 25, die bewirken, daß die Intensität der Randteile des die Öffnung 19 verlassenden SauerstoffStroms allmählich abnimmt, d.h.» daß die auf die Werkstückoberfläche übertragene Stoßkraft geringer wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 beträgt der Abstand zwischen den Punkten A und B ungefähr 5 cm. Dieser Abstand kann jedoch zwischen ungefähr 1 cm und 15 cm schwanken; vorzugsweise wird er zwischen 5 und 10 cm gehalten. Der günstigste Abstand zwischen den Punkten A und B hängt von dem Winkel «G ab, unter dem der Sauerstoffstrahl auf die Werkstückoberfläche gerichtet, wird. Je größer dieser Winkel ist, desto kleiner

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ist der Abstand zwischen den Punkten. Der Winkel «6 kann zwischen ungefähr 30° .und 80° schwanken; vorzugsweise liegt der Winkel ' zwischen 50° und 60°. Bei einem Winkel ·* des Strahls von 30 sollte der Abstand seinen Höchstwert von ungefähr 15 cm haben; bei einem Winkel von 80° wird vorzugsweise mit dem Kleinstabstand von 1 cm gearbeitet. Die Punkte A und B dürfen jedoch nicht Ubereinanderliegen; d.h., die Projektion 30 soll die Projektion des Drahtes 1 picht auf der Werkstückoberfläche schneiden, da dies einen augenblicklichen Start verhindert. Der Punkt C sollte geringfügig hinter dem Punkt B liegen; vorzugsweise sollte er sich ungefähr O bis 15 cm hinter dem Punkt B befinden.

Die Skizzen gemäß den Fig. 3 bis 6 zeigen, wie entsprechend dem vorliegend geschilderten Verfahren durchgeführte Schnellstarts oder fliegende Starts ablaufen. Es ist dabei hervorzuheben, daß die in den Fig. 3 bis 6 veranschaulichte Schrittfolge die Reaktionen darstellt, die in ungefähr 1 1/2 s ablaufen.

Fig. 3 gilt für den Zeitpunkt, zu dem das Ende des heißen Drahtes 1 mit dem Punkt A unmittelbar vor der Fehlerstelle auf der sich bewegenden Werkstückoberfläche in Kontakt gekommen ist. Der Pfeil deutet die Richtung an, in dor das Werkstück W mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 15m pro min läuft. Gleichzeitig bewirkt aus dem Ausbreitbrenner 2 austretender

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Sauerstoff «in ZUnden des heißen Drahtendes, das eich mit der Oberfläche des Werkstückes in Kontakt befindet. Dadurch wird der den Punkt A umgebende Bereich 23 aufgeschmolzen. Der Schnell- oder Momentanstart hat begonnen.

Fig. 4 zeigt den gleichen Bereich ungefähr eine halbe Sekunde später als im Falle der Fig. 3. Während sich das Stahlwerkstück in Pfeilrichtung weiterbewegt, beginnt sich das Schmelzbad 24 unter dem EinfluS des Sauerstoffausbreitstrahles des Brenners 2 fächerförmig auszubreiten.

Fig. 5.stellt den Fehlerbereich ungefähr eine Sekunde später als Fig. 3 dar. Der Bereich 25* zeigt das Schmelzbad,'das sich auf dem weiterbewegten Werkstück W aufgrund des fortgesetzten Austritts von Sauerstoff aus dem Ausbreitbrenner 2 ausgebreitet hat. Der Startdraht 1 ist jetzt zurückgezogen. Wenn das Schmelzbad auf seine maximale Breite von ungefähr ' 25 cm ausgebreitet ist, wird, der den Brenner 2 verlassende Sauerstoff abgestellt! die Durchflußmenge des die Flammeinheit 3 verlassenden Flämmsauerstoffs wird erhöht, um die Flämmreaktion zu übernehmen. Der Flämmsauerstoffstrom erfaßt das Schmelzbad und setzt den Flämmschnitt in dem Bereich 26 fort. Der Bereich 26 enthält sowohl schmelzflUssiges Metall als auch Schlacke auf der Oberseite von ungeflämmtem Stahlι er ist von dem durchgehend aufgeschmolzenen Badbereich 25* klar zu unterscheiden.

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Die Art, in der die Reaktion fortschreitet,ist in Fig. 6 dargestellt, die die Reaktion ungefähr 1 1/2 s später als dl« Fig. 3 wiedergibt. Der Bereich 27 wurde geflammt} der Bereich 28 ist aufgeschmolzen, jedoch hat noch kein Flammen stattgefunden; innerhalb des Bereiches 29 befindet sich «in Gemisch aus Schlacke und schmelzflUssigem Metall auf der Oberseite von ungeflämmtem Stahl. Während die Oberfläche des metallischen Werkstückes unter der Flämmvorrichtung hindurchbewegt wird, durchläuft sie drei deutlich unterscheidbar· Stufen. Bei der ersten Stufe handelt es sich um einen Bereich von geschmolzenem Metall und Schlacke auf nicht geflammtem Stahl. In der zweiten Stufe ist nur schmelzflUssiges Metall anzutreffen. In der dritten Stufe ist der betreffende Bereich geflammt. Zu dem in Fig. 6 veranschaulichten Zeitpunkt ist der Startdraht zurückgezogen; der Ausbreitsauerstoffstrom ist ausgeschaltet; die Flammeinheit 3 führt einen Flämmschnitt voller Breite aus. Es ist wichtig festzuhalten, daS die Breite des von der FlämmdUse ausgeführten Schnittes gleich der Breite ist, Über die hinweg die Ausbreitdlise 2 das Schmelzbad ausgebreitet hat. Dies ist wichtig, um eine Gratbildung zu vermeiden.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach ; Fig. 1, die an einem Ausleger montiert ist, um die Flamm- ! vorrichtung sowohl in Querrichtung Über die Breit· des I

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Werkstückes W hinweg als auch in Längsrichtung entlang der Längsabmessung des Werkstückes verstellen zu können. Ein waagrechtes Rahmenteil 31 ist an einer auf Schienen geführten Steuerkanzel 32 befestigt. Die Kanzel 32 enthält die Steuerung für den Betrieb der Vorrichtung, so unter anderem für den Über die Drahtvorschubeinrichtung 5 zugeführten Startdraht, den den Ausbreitbrenner 2 verlassenden Sauerstoff sowie, den Sauerstoff und das Brenngas, die der Flämmeinheit 3 über die Zuleitungen 20 bzw. 21 zugeführt werden. Die Kanzel 32 ist in seitlicher Richtung entlang dem Werkstück W auf Schienen verfahrbar; Eine an einer der Schienen befestigte Zahnstange 34 steht mit einem unter der Kanzel 32 sitzenden, nicht veranschaulichten, motorisch angetriebenen Ritzel in Eingriff, wodurch die gesamte an einem Ausleger montierte Flämmanordnung und die Kanzel in gewünschter Weise entlang den Schienen 33 bewegt werden können. Die aus der Flämmeinheit 3, dem Brenner oder Blasrohr 2 und der Drahtvorschubeinrichtung 5 bestehende Flämmanordnung ist an einem Wagen befestigt, der an einer Platte 38 auf- und abläuft, die ihrerseits an ein Gehäuse 4O angebracht ist. Mit Hilfe «in·· Motors 39 wird die Flämmanordnung über eine nicht veranschaulichte Kombination von Zahnstange und Ritzel in gesteuerter Weise angehoben und abgesenkt, wobei die Zahnstange an der Platte 38 befestigt ist.

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Die Flömmahordnung und das Gehäuse 4O lassen sich Über die Breite des Werkstückes W hinweg mit Hilfe eines motorisch angetriebenen Ritzels 35 verstellen, das mit einer am Rahmen 31 befestigten Zahnstange 36 zusammenwirkt.

Mit Hilfe der in Fig. 7 veranschaulichten Vorrichtung können wahllos auf der Oberfläche des Werkstückes verteilte Fehlerstellen selektiv ausgeflammt werden, indem die Vorrichtung mit der Fehlerstelle ausgerichtet und dann in Längsrichtung über die Fehlerstelle hinweg bewegt wird. Der Bereich 41 stellt einen typischen, mittels der veranschaulichten Vorrichtung ausgeführten Fleckflämmschnitt dar.

Fig. 8 zeigt eine gegenüber der Lösung nach Fig. 7 abgewandelt· Anordnung des Brenners 2. Bei der Ausführungsform gemäS ' Fig. 8 ist der Brenner 2 auf den Punkt B von der rechten Seite des Werkstückes W ausgerichtet, so daS das Schmelzbad in Richtung auf die linke Seite des Werkstückes vor die Flämmeinheit 3 getrieben wird. Diese Anordnung erlaubt es, das Startschmelzbad rascher über eine breitere Fläche hinweg auszubreiten, so daB breitere Flämmschnitte ausgeführt werden können, als dies mit einer Brenneranordnung gleicher GröBe im Falle der Fig. 7 der Fall ist. Es versteht sich, daß der Brenner 2 auch auf dmr linken Seite oder in einer beliebigen Zwischenstellung angebracht sein kann. Das heiSt, der Brenner'2 kann von einer hinter dem Punkt B befindlichen Stellung, einer auf der einen oder der anderen Seite des Punktes B liegenden

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Stellung oder von einer beliebigen Zwischenstellung, nicht aber .! von einer Stellung vor dem Punkt B aus auf das Werkstück gerichtet werden, weil dadurch das Schmelzbad nach hinten ausgebreitet und somit die Durchführung eines Schnellstarts verhindert würde. Ferner kann auch mit einer Kombination von zwei derartigen Brennern oder Düsen gearbeitet werden, wobei die Anordnung nach Fig. 7 dem Starten und die Anordnung nach Fig. 8 dem Ausbreiten des Schmelzbades dient.

Fig. 9 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Mehrzahl

von Flammeinheiten, die mit Düsen ausgestattet sind, um die voll· Breite eines Werkstückes W in einem einzigen Durchgang in einer Mehrzahl von Schnitten unter Durchführung von Schnellstarts oder fliegenden Starts selektiv zu flämmen. Die Flämmeinheiten 51, die entsprechenden Drahtvorschubeinrichtungen 52 und die Ausbreitbrenner oder -Düsen 53 sind auf einem verfahrbaren Wagen 54 fest montiert, der auf Portalgerüstschienen 55 und 56 läuft und über Zahnstangen-Ritzel-Antriebe verschoben werden kann. Die Schienen 55 und sind auf Portalgerüstträgern 57 montiert. Die Gesamtanordnung der nebeneinandersitzenden, für einen fliegenden Start geeigneten Flämmeinheiten kann über die volle Länge des Werk-/ Stückes W hinweglaufen, so daß die gesamte Breite mit normaler Flämmgeschwindigkeit selektiv geflammt werden kann, indem jede der Flämmanordnungen gesondert selektiv betätigt wird. Obwohl bei der in Fig. 9 veranschaulichten Vorrichtung das Werkstück stillsteht und die Flämmvorrichtung über das Werkstück hinwegläuft, ist es möglich, und in

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einigen Fällen günstiger, umgekehrt vorzugehen, d.h., mit einer stillstehenden Flämmvorrichtung zu arbeiten, unter der die Werkstück· auf Rollen hindurchlaufen, die mit normaler Flammgeschwindigkeit angetrieben sind.

Wenn mit der in Fig. 9 veranschaulichten Vorrichtung selektiv· Fleckflämmvörgänge ausgeführt werden, bei denen zwei oder mehrer· Schnitte von einander Überlappender Dauer gemacht werden müssen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten eingeleitet werden können, bei denen beiden jedoch die Geschwindigkeit durch die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Flammanordnung bestimmt ist, kann keine Pause oder Absenkung der Flämmgeschwindigkeit von dem Augenblick an toleriert werden, zu dem der erste Schnitt begonnen wird, bis der letzte Schnitt abgeschlossen ist. 0er Grund dafür ist, daß eine Pause in unkontrollierbarer Weise einen von einer benachbarten Einheit gerade durchgeführten Schnitt beeinträchtigen würde. Mit anderen Worten, wenn beispielsweise die Anordnung zu dem bei bekannten Anlagen üblichen Vorwärmen verlangsamt werden muß, würde ein· benachbart· Anordnung, bei welcher der Flämmsauerstoff . eingeschaltet ist, in dem Werkstück ein tiefes Loch ausbilden. Daraus ist klar ersichtlich, daß bei einem selektiven Mehrschnitt-Fleckflämmvorgdng keine Verlangsamung toleriert werden kann und daß für eine einwandfreie Funktion einer solchen Vorrichtung ein Sofortstart oder ein fliegender Start von derart ausschlaggebender Wichtigkeit ist.

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Außerdem ist es wesentlich, daS bei Anwendung der Vorrichtung keine Flämmschnitte verursacht werden, die entweder den von einer benachbarten Einheit zu flammenden Bereich überlappen oder aber Grate oder Wülste zwischen benachbarten Flämmschnitten

verursachen. Dieses Erfordernis wird erfüllt, indem für einen Gruppendurchgang geeignete Flämmsauerstoffdüsen vorgesehen werden, d.h. mehrere nebeneinander angeordnete Flämmeinheiten mit Düsen der in Fig. 10 veranschaulichten Art.

Fig. 10 zeigt die Stirnfläche der Flämmeinheit, die für die Gruppendurchgang-Flämmdüsen gemäß Fig. 9 vorgesehen sind. Diese Düsen umfassen jeweils eine Reihe von oberen und unteren Nachmisch-Brenngasauslässen 61 bzw. 62, die oberhalb bzw. unterhalb einer .Auslaßöffnung 63 für den Flämmsauerstoff sitzen. Die Öffnung 63 ist typischerweise ungefähr 6 mm hoch und 20 cm breit. Ihre Kanten sind durch Endwandteile 64 teilweise abgeschlossen. Diess sind im Bereich ihrer unteren Kante typischerweise ungefähr 3 cm lang; ihre größte Höhe beträgt 4 mm; sie weisen einen Schrägschnitt mit einem Innenwinkel von ungefähr 10° auf. Derartige Endwandteile 64 sind an jedem Ende jeder FlämmsauerstoffÖffnung 63 vorhanden, um den Sauerstoffstrom in Richtung auf die Kanten jeder Einheit allmählich zu verringern, ohne jedoch die Kante der Einheit völlig zu verschließen, wie dies für die in Fig. 2 veranschaulichte Öffnung der Fall ist. Öffnungen der in Fig. 2 dargestellten Art erzeugen auf dem Werkstück einen Flämmschnitt,

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dessen Breite geringer als die Breite der Öffnung ist, aus welcher der Sauerstoff austritt, wohingegen die Gruppendurchgang-Öffnung 63 gemäß Fig. 10 zu einem Schnitt führt, der zwar in Richtung auf seine Außenkanten hin flacher wird, jedoch die gleiche Breite wie die Öffnung 63 selbst hat. Es wird daher ein Schnitt erhalten, der sich gerade an den benachbarten Schnitt anschließt, ohne diesen zu überlappen, ohne übermäßig hohe Wülste auszubilden und ohne Grate auf der Metalloberfläche entstehen zu lassen.

Fig. 11 stellt eine Draufsicht dar, die erkennen läßt, wie die Vorrichtung gemäß Fig. 10 arbeitet, wenn ein Werkstück mit fliegenden Starts in mehreren Schnittbahnen selektiv fleckgeflammt werden soll. Dabei sind in Fig. 11 mehrer· nebeneinandersitzende Flämmeinheiten 71, 72, 73, 74 und 75

dargestellt, von denen jede eine Sauerstoffausbreitdüse 76 und einen heißen Startdraht 77 aufweist und von denen jede mit Sauerstoff und Brenngas über Kanäle 78 bzw. 79 versorgt wird.

Die Fehlerstellen aufweisenden Bereiche auf der Oberfläche des Werkstückes W, die selektiv ausg'eflammt werden sollen, sind mit 81, 82, 83, 84 "und 85 bezeichnet. Wenn die sich bewegende Gruppe von benachbarten Flämmeinheiten mit dem Werkstück W in Kontakt kommt, muß die Einheit 74 einen fliegenden Start durchführen, wenn sie das vordere Ende 86

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des Bereichs 84 erreicht. Die Einheit 74 muß eingeschaltet bleiben, bis sie am hinteren Ende 87 des Bereichs 84 ankommt. Dann wird die Einheit 74 abgeschaltet, während die Einheiten und 72 fliegend gestartet werden. Während die Gruppe der Flammeinheiten Über das Werkstück läuft, bleibt die Einheit eingeschaltet, bis sie das hintere Ende des fehlerhaften Bereichs 82 erreicht. Sie wird dann entweder durch den Flammer oder aber aufgrund eines mechanischen oder elektrischen Signals hin abgesperrt, während die Einheit 71 eingeschaltet bleibt. Die Einheit 74 wird erneut eingeschaltet, um mit dem Fleckflammen des Bereiches 85 zu beginnen. Wenn sich die Flammeinheitengruppe dem Anfang des Bereichs 83 nähert, wird die Einheit 73 eingeschaltet, während die Einheit 74 am Ende des Bereichs 85 abgeschaltet wird. Die Einheit 71 wird abgeschaltet, wenn das Ende des Bereichs 81 erreicht ist. Das Abschalten der Einheit 73 erfolgt am Ende des Bereichs 83. Während des gesamten Fleckflämmdurchganges bleibt die Einheit 75 ausgeschaltet* da in der von dieser Einheit Überlaufenen Zone des Werkstück·· keine Fehler vorlagen.

Anspruch·:

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Claims

Patentansprüche

. Vorrichtung zum Durchfuhren eines thermochemischen Schnellstarts auf der Oberfläche eines Werkstückes aus einem Eisenmetall, gekennzeichnet durch eine Vorschubeinrichtung, die für eine relative Vorschubbewegung zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück sorgt, eine Drahtfördereinrichtung, mittels deren das Ende eines Drahtes mit einer vorbestimmten Stelle auf der Oberfläche in Berührung bringbar ist, eine Einrichtung zum Erhitzen des Drahtendes auf seine SauerstoffzUndtemperatur, einen Brenner, der einen Sauerstoffgasstrahl hoher Intensität von einer hinter oder auf der Seite der Stelle liegenden Stellung aus derart abgibt, da8 die Strahlmittelachse einen bezogen auf die relative Vorschubbewegungsrichtung ungefähr 1 bis 15 cm hinter der Stelle liegenden Punkt der Oberfläche trifft und zusammen mit der Oberfläche einen Winkel zwischen 30° und 60° einschließt, sowie «ine Düsenanordnung, die einen Flämmsauerstoffgasstrom in einem spitzen Winkel gegen die Oberfläche der.art richtet, daß der aus der DUse austretende Sauerstoffstrom bezogen auf die Vorschubbewegungsrichtung etwas hinter dem Punkt auf die Oberfläche auftrifft.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner von einer unmittelbar hinter dem Punkt liegenden Stellung aus gegen das Werkstück gerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner von einer seitlich des Punktes liegenden Stellung aus gegen das Werkstück gerichtet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtende mittels einer Flamme aufheizbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner derart gerichtet ist, daß der Punkt ungefähr 5 bis'10 cm hinter der Stelle liegt und

der eingeschlossene Winkel 50° bis 60° beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung eine Aus-

.tritteöffnung aufweist, deren Höhe allmählich bis auf den Wert Null an den Seitenkanten der Austrittsöffnung abnimmt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung eine Austrittsöffnung aufweist, deren Höhe seitlich allmählich abnimmt, aber an den Seitenkanten größer als Null bleibt. ·

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

• gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung eine Austrittsöffnung aufweist, deren Höhe Über die volle Öffnungsbreite hinweg gleichförmig ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwecks Fernsteuerung an einem Ausleger abgestützt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwecks Fernsteuerung auf einem Portalgerüst abgestützt ist.

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