DE2638304A1

DE2638304A1 - Verfahren zum flaemmen von einzelfehlern

Info

Publication number: DE2638304A1
Application number: DE19762638304
Authority: DE
Inventors: Stephen August Engel
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 1975-08-26
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1977-03-03
Also published as: RO71342A; AR212245A1; SU858549A3; FR2321974A1; NO144099B; TR19571A; SE7609397L; AT357846B; CS205039B2; ZA764248B; YU39083B; IN144095B; NL183389B; FI762452A; DK386976A; DE2638304B2; HU173539B; SE428891B; PH12648A; MX158090A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTRASSE 32 OCOOOfI/

2638 JU π ^L-⁹⁶⁶²-^G 25. β, 76

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

Verfahren zum Flammen von Einzelfehlern

Die Erfindung befaßt sich mit dem thermochemischen Metallabtrag von Metallkörpern (Flammen) und betrifft insbesondere ein Fleckflämmverfahren, das die Ausbildung eines gratfreien Schnittes erlaubt und hervorragend als Maschinenflämmverfahren geeignet ist. Im Gegensatz zu dem Schälen der gesamten Oberfläche handelt es sich beim Fleckflammen um ein Verfahren, bei dem nur diejenigen Oberflächenbereiche eines Werkstücks geflammt werden, die tatsächlich Fehler aufweisen.

Die mit der Oberflächenbehandlung in der Stahlindustrie verbundenen ProDieme haben das Bedürfnis nach einem maschinellen Fleckflammen von Metallkörpern, wie Stahlbrammen und Vorblöcken, unterstrichen. Wenn ein solcher Körper nur einige wenige kleinere Fehler aufweist, geht bei einem Flammen der gesamten Oberfläche, d. h. beim Abtragen einer verhältnismäßig gleichförmigen Oberflachenmetallschicht von der gesamten Werkstücksoberfläche, zwecks Beseitigung dieser Fehler sauberes, fehlerfreies Metall verloren. Ist der Metallkörper mit zahlreichen Fehlern behaftet, wird im allgemeinen zunächst der gesamte Körper geschält, wobei die Tiefe des Flämmschnitts

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTR1CPATENT MÜNCHEN

so eingestellt wird, daß die überwiegende Anzahl der Fehler beseitigt wird. Dann erfolgt ein Fleckflämmen des Körpers, um die verbliebenen, tiefer liegenden Fehler auszuräumen. Dieses Vorgehen wird angewendet, weil in unnötiger Weise einwandfreies Metall verlorenginge, wenn die Tiefe des Schälschnitts so eingestellt würde, daß alle Fehler, einschließlich der tiefsten Fehler, beseitigt werden. Das Fleckflämmen, und insbesondere das Maschinenfleckflammen, ist daher von Bedeutung, um bei der Stahlbehandlung für die größtmögliche Wirtschaftlichkeit zu sorgen.

Eines der Hauptprobleme, die sich beim Fleckflämmen von Metallkörpern mit herkömmlichen Flämmdüsen einstellen_r ist, unabhängig davon _f ob es sich um ein Maschinen- oder ein Handflämmverfahren handelt, die Bildung von Graten an- den Rändern des Flämmschnitts. Ein Grat kann vorliegend definiert werden als dünne Erhebung oder Anhäufung aus reinem oder leicht oxydiertem Metall, das an der Oberfläche des metallischen Werkstückes mit dem Grenzbereich eines Flämmschnittes fest verbunden ist. Derartige Grate müssen entfernt werden, bevor das Werkstück gewalzt wird, andernfalls werden die Grate ihrerseits zu unerwünschten Fehlern. Beim Fleckflämmen wird ein Grat ausgebildet, wenn schmelzflüssiges Metall mittels des Flämmsauerstoffstroms aus der Primärreaktionszone seitlich herausgetrieben wird, wo das schmelzflüssige Metall wieder erstarrt und im Bereich der Ränder des Flämmschnitts an dem Werkstück anhaftet.

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Bei herkömmlichen Flämmprozessen, die bisher zum Fleckflammen verwendet wurden, erfolgte der Einsatz einer Vielzahl von unterschiedlichen Düsen. Bei den am häufigsten verwendeten Düsen ist die Sauerstoffauslaßöffnung entweder rund (US-PS 2 309 096), schlitzförmig mit runden Enden (US-PS 2 664 368), rechteckig (US-PS 2 622 048) oder als durchgehender Schlitz ausgebildet (US-PSen 2 838 431 und 3 231 431). Alle diese Düsen führen zu von der Primärreaktionszone ausgehenden Graten. In dem Bemühen, dem Problem der Gratbildung zu begegnen, wurden die vorstehend genannten Düsen in Verbindung mit Luftstrahlen, Wasserstrahlen oder dergleichen benutzt, die auf die sich zu bilden beginnenden Grate gerichtet werden, um das die Grate bildende schmelzflüssige Metall zurück, in die Reaktionszone zu treiben. So ist es beispielsweise bekannt (JA-Gebrauchsmusterauslegeschrift 31066/1972), einen Hochdruckluft- oder -sauerstoffstrom für diesen Zweck aufzublasen oder (JA-AS 14126/1971) mit einem Wasserstrahl zu arbeiten, um restliche Schlacke von den Rändern eines Flämmschnitts zu beseitigen. Dieses Vorgehen hat einen begrenzten Erfolg insofern, als es möglich wird, einen verhältnismäßig flachen, gratfreien Schnitt mit rechteckigen oder durchgehend schlitzförmigen Düsd"> zu erzielen, wenn innerhalb eines engen Bereichs für den Flämmsauerstoffdruck und die Flämmgeschwindigkeit gearbeitet wird. Die Beherrschung der Prozeßparameter, die erforderlich ist, um auf diese Weise die Gratbildung zu minimieren, wird jedoch so kritisch, die Flämmreaktion wird so unstabil und die Tiefe des Schnittes wird so

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gering, daß ein derartiger Flämmvorgang wirtschaftlich uninteressant ist.

Es wurden auch bereits weitere Verfahren benutzt, um das grundsätzliche Unvermögen herkömmlicher Flämmdüsen, für einen gratfreien Schnitt zu sorgen, zu kompensieren. So ist es bekannt (US-PS 2 125 179), eine einzelne Sauerstoffdüse in einem Winkel mit Bezug auf die Flämmstrecke auszurichten oder (US-PS 2 157 O95) zwei oder mehr Düsen derart schräg aufeinander zu geneigt anzuordnen, daß sich ihre Flämmsauerstoffströme im wesentlichen in der Mittellinie des gewünschten Schnittes treffen. Bei Verwendung einer einzelnen schräggestellten Düse (gemäß US-PS 2 125 179) wird zwar die Gratbildung auf der der Düse zugekehrten Seite des Schnittes vermieden; es kommt jedoch zu einer verstärkten Gratbildung auf der von der Düse abgewendeten Seite; außerdem wird ein unsymmetrischer Querschnitt für den Flämmschnitt erhalten. Mit Hilfe von zwei aufeinander zu geneigten Düsen (gemäß US-PS 2 157 095) läßt sich zwar ein gratfreier Schnitt ausbilden. Die Schnittkontur zeigt jedoch eine tiefe Nut entlang der Treffstelle der Sauerstoffströme; insgesamt wird eine für das Fleckflammen unerwünschte Oberflächenkontur erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fleckflammen eines metallischen Werkstückes zu schaffen, das die Ausbildung von Graten entlang den Grenzbereichen des Flämmschnittes verhindert. Gratfreie Schnitte sollen inner-

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halb eines weiten Bereiches von Flämmgeschwindigkeiten und Schnittiefen, d. h. unter wirtschaftlich günstigen Flämmbedingungen, erhalten werden können.

Ausgehend von einem Verfahren zum Maschinenflammen von Einzelfehlern in der Oberfläche eines Metallkörpers, bei dem ein flächiger Sauerstoffstrom unter Ausbildung einer thermochemischen Reaktion schräg gegen eine Reaktionszone aus geschmolzenem Metall gerichtet wird sowie der Sauerstoffstrom und die Metalloberfläche relativ zueinander bewegt werden, um die Reaktion in Längsrichtung der .Metalloberfläche fortzuführen und den gewünschten einzelnen Flämmschnitt auszubilden, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Vermeidung einer Gratbildung entlang den Rändern des Flämmschnitts der Sauerstofffluß an den Rändern des Sauerstoffstromes unter allmählichem Verringern der Intensität des Sauerstoffstromes an seinen Rändern derart beschränkt wird, daß der Sauerstofffluß an den Rändern des Sauerstoffstromes keine Flämmreaktion auf der Metalloberfläche auslöst, jedoch ausreicht, um an den Rändern der Flämmreaktionszone geschmolzenes Metall zu oxydieren und damit dieses am Erstarren und Anhaften an der Oberfläche des Metallkörpers entlang den Rändern des Flämmschnittes in nichtoxydiertem Zustand zu hindern und einen gratfreien Flämmschnitt auszubilden, dessen Breite kleiner als diejenige des Sauerstoffstromes ist.

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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung wird die Gratbildung verhindert,indem ein Flämmsauerstoffstrom durch eine Düse hindurchgeleitet wird, die in einer AuslaSöffnung endet, deren Breite größer als ihre maximale Hohe ist und deren Höhe von einem Höchstwert in Öffnungsmitte allmählich auf den Wert Null an den Öffnungskanten abnimmt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand bevorzugter Ausfüh-.rungsbeispiele näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäS verwendeten Fleckflämmdüse, wobei das metallische Werkstück nach Vorwärmen und Ausbilden des Schlacke-Eisen-Schmelzbades veranschaulicht ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine mit einer herkömmlichen Düse geflammte Stahlbramme,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß fleckgeflammte Stahlbramme,

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Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie B-B

der Fig. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugten rautenförmigen Düse,

Fig. 7,8,9 Stirnansichten von bevorzugten Düsenöffnungen, mittels deren gratfreie Fleckflämmschnitte herstellbar·sind,

Fig. 10-16 abgewandelte Formen der Düsenauslaßöff-

nung, die sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, und

Fig. 17 und 18 Diagramme für den Stoß- oder Staudruck

(gemessen entlang der waagrechten Mittellinie der Öffnung) in Abhängigkeit von dem Abstand (relativ zur lotrechten Mittellinie der Öffnung) beim Ausbilden von gratfreien Schnitten bzw. Schnitten mit Graten; die jeweilige Tiefe des Flämmschnitts ist in den Diagrammen gleichfalls dargestellt.

Das vorliegende Verfahren erlaubt es, einen gratfreien Schnitt unter den in der Praxis auftretenden Flämmbedingungen auszubilden, nämlich bei Sauerstoffdurchflußmengen, die

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einen Metallabtrag bis zu einer Tiefe von ungefähr 1,5 bis 6,5 mm oder mehr ermöglichen, und bei Kaltflämmgeschwindigkeiten zwischen 6 und 25 m/min. Abweichend von bekannten Flammverfahren, bei denen ein Flämmen mit geringer Gratbildung unter sorgfältig eingestellten Bedingungen innerhalb eines sehr engen Arbeitsbereichs erfolgen kann, erlaubt es das vorliegende Verfahren, mit einem großen Bereich von Flämmgeschwindigkeiten und Schnittiefen zu arbeiten. Ein Fleckflämm-Schnellstart kann vorteilhafterweise erzielt werden, indem das vorliegend beschriebene Flämmverfahren in Kombination mit dem Schnellstartverfahren gemäß der DT-OS 2 600 876 angewendet wird.

Eines-der kritischen Merkmale des vorliegenden Verfahrens besteht darin, daß der Sauerstofffluß, der die Enden der Düsen verläßt, unzureichend ist, um eine Flämmreaktion entlang den Grenzbereichen des Flämmschnitts zu unterhalten, jedoch in der Lage ist, schmelzflüssiges Metall vor dem Erstarren zu oxydieren. Eine für das vorliegende Verfahren bevorzugte Düsenöffnungsform ist ein rautenförmiges Parallelogramm entsprechend den Figuren 6 und 7, wobei die Höhe der Düsenöffnung von einem Höchstwert in der Mitte auf den Wert Null an beiden Kanten linear abnimmt. Im Falle einer derartigen Öffnung liegt das Verhältnis zwischen Düsenbreite und größter Düsenhöhe vorzugsweise zwischen 4:1 und 20:1. Die vorstehend erläuterte Gestalt der Öffnung ist vorliegend kurz als rautenförmig bezeichnet. Unter dem Begriff "Öffnungshöhe" soll

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der Abstand zwischen der oberen und der unteren Begrenzung der Auslaßöffnung verstanden werden, der senkrecht zu der
Öffnungsbreite steht, die den Abstand zwischen den Öffnungskanten bezeichnet, wo die Öffnungshöhe gleich Null ist.

Es versteht sich jedoch, daß das kritische Merkmal der vorliegend verwendeten Düse, nämlich die Abnahme der Höhe der Auslaßöffnung in Richtung auf die Kanten, auch mit anderen als rautenförmigen Öffnungen verwirklicht werden kann. Beispielsweise kann die Düsenöffnung einen von parallelen oberen und unteren Seiten begrenzten Mittelabschnitt entsprechend den Figuren 12 und 13 aufweisen, so daß die Höhe der Öffnung über einen relativ breiten Mittelabschnitt des Düsenauslasses hinweg konstant ist. In einem solchen Falle
sind zwei Endabschnitte vorhanden, innerhalb deren die Öffnungshöhe auf den Wert Null an den Enden allmählich abnimmt. Statt dessen kann der Mittelabschnitt auch eine unregelmäßige Form haben, wie dies im folgenden noch näher
erläutert ist. Eine Düse der vorstehend genannten Art kann so ausgelegt werden, daß ein Flämmschnitt jeder beliebigen gewünschten Breite erhalten wird, indem die Abmessung des
Mittelabschnitts in der Weise variiert wird, daß die Breite des Mittelabschnitts und der beiden Endabschnitte der
gewünschten Flammschnittbreite entspricht; das charakteristische Ergebnis des vorliegenden Verfahrens, nämlich die
Ausbildung von gratfreien Flämmschnitten, bleibt dabei erhalten. Unter dem Begriff "Höhe des Endabschnitts" soll vor-

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liegend die Öffnungshöhe an der Grenzlinie zwischen dem Endabschnitt und dem Mittelabschnitt verstanden werden. Diese Grenzlinie verläuft senkrecht zur Öffnungsbreite an einer Stelle, jenseits derer die Öffnungshöhe, gesehen vom Öffnungsrand in Richtung auf die Mitte, konstant bleibt oder abzunehmen beginnt, die jedoch in keinem Falle mehr als 51 mm von dem Rand der Öffnung entfernt ist. Das heißt, die Grenzlinien der Endabschnitte im vorliegend gebrauchten Sinne liegen stets 51 mm oder weniger von dem betreffenden Rand der Öffnung entfernt; die Breite des Endabschnittes kann daher 51 mm nicht übersteigen. Dieser obere Grenzwert gibt den kritischen Bereich des Endabschnittes vor, jenseits dessen die Form der Auslaßöffnung einen ausgeprägt geringeren Einfluß auf das Vermögen der Düse hat, gratfrei zu flammen.

Entsprechend Fig. 1 ist eine Fleckflämmdüse N vorgesehen, um auf einem Werkstück M einen Schnitt der Tiefe D auszubilden. Die Zone der Primärreaktion zwischen dem die Flämmdüse N verlassenden Flämmsauerstoffstrom und dem Werkstück M ist bei R veranschaulicht. Das durch diese Reaktion ausgebildete Schmelzbad ist bei S angedeutet. Während eines typischen Flämmvorganges wird schmelzflüssiger Werkstoff des Schmelzbades S aus der Reaktionszone R heraus zu den Rändern des Flämmschnitts getrieben. Handelt es sich bei der Düse N um eine herkömmliche Rund-, Schlitz- oder Rechteckdüse, erstarrt der auf diese Weise zur Seite geblasene schmelzflüssige Werkstoff anschließend in nahezu reiner oder nichtoxy-

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dierter Form; er haftet, wie in den Figuren 2 und 3 veran_r schaulicht, entlang der Grenzbereiche 12 des Flämmschnittes 13 am Werkstück 10 an und bildet Grate 11. Die Grate 11 müssen später vor dem Walzen entfernt werden.

Es wurde gefunden, daß unter normalen Flämmbedingungen (d.h. bei den in der Praxis normalerweise auftretenden Metallabtragtiefen und Flämmgeschwindigkeiten) die Ausbildung der Grate darauf zurückzuführen ist, daß· mittels des Flämmsauerstoffstroms schmelzflüssiges Metall seitlich über die Ränder des Flämmschnittes hinausgedrückt wird. Die Auftreffoder Stoßkraft, die der Sauerstoffstrom auf das Werkstück ausübt, hat zur Folge, daß Metall nach vorne in der Richtung .des Flämmweges und auch seitlich in Richtung der Schnittgrenzbereiche geschoben wird. Die relativen Kraftvektoren werden dabei durch Variable, wie das Strömungsprofil des Sauerstoffstroms, die Flämmgeschwindigkeit und die Flämmsauerstoffgeschwindigkeit, bestimmt. Unter praktischen Flämmbedingungen ist das Sauerstoffströmungsprofil kritisch mit Bezug auf die Art des Flämmschnittes. Zur Ausbildung eines gratfreien Schnittes kommt es entscheidend darauf an, den Fluß an den Rändern des Sauerstoffstroms allmählich zu verringern, um für eine entsprechende Verkleinerung der Menge des abgetragenen Metalls zu sorgen. Wenn der Sauerstofffluß an den Rändern des Stroms allmählich herabgesetzt wird, wird ein Punkt erreicht, bei dem der Sauerstofffluß die Flämmreaktion nicht mehr aufrecht-

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erhalten kann, jedoch ausreicht, um die vorwärts gerichtete Strömungskomponente des mittleren Teils des Sauerstoffstroms zu erhalten, die Neigung des mittleren Teils zu einer seitlichen Ausbreitung zu minimieren und eine regellose Menge an schmelzflüssigem Metall aus der Reaktionszone auf den benachbarten, nicht geflammten Werkstückbereich zu schieben. Wird die Intensität des Sauerstoffstroms in der vorliegend vorgesehenen Weise allmählich auf nahezu Null an den Rändern herabgesetzt, wird schmelzflüssiges Metall, das möglicherweise über die Flämmschnittgrenzbereiche hinausgedrückt wurde, durch den verringerten Sauerstofffluß an den Rändern des Sauerstoffstroms vollständig oxydiert. Der auf diese Weise erhaltene gratfreie Schnitt ist in charakteristischer Weise schmaler als die Breite des Sauerstoffstroms an der Auslaßöffnung der Düse.

Typische Stoß- oder Staudruckprofile für Flämmsauerstoffströme, die eine Gratbildung vermeiden bzw. zu Graten führen, sind in den Figuren 17 und 18 veranschaulicht. Die Stoß- oder Staudrücke wurden entlang der waagrechten Mittellinie der Düsenöffnung gemessen. Das 'Strömungsprofil A in Fig. 17 zeigt den Staudruck (oder Fluß) der bei einer Düse mit einer Auslaßöffnung gemäß Fig. 8, d. h. einer Düse erhalten wird, die zu einem gratfreien Schnitt führt. Die Düsenbreite beträgt 152 mm. Die größte Höhe in.Düsenmitte ist 13 mm. Mit dieser Düse erfolgte das Fleckflammen eines Werkstückes bei einer Flämmgeschwindigkeit von 9 m/min

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und einem Flämmwinkel von 30° zwischen der schräggestellten Düse und dem Werkstück. Die Flämmdüse wurde in einem Abstand von 35 mm über dem Werkstück, gemessen von der waagrechten Mittellinie der Öffnung aus, gehalten. Die dem Strömungsprofil A entsprechenden Arbeitsbedingungen waren ein Sauerstoffdüseneinlaßdruck von 0,42 kp/cm , eine Flämmsauer-

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stoffdurchflußmenge von 2O,5 Nm /min (d. h. 20,5 m Sauerstoff/min bei O⁰C und 1 at) sowie ein Sauerstoff-Metall-Faktor von 0,313 Nm Sauerstoff/kg abgetragenes Metall. Die allmähliche Verringerung des Flusses von der Mitte des Profils A aus in Richtung auf die Ränder ist charakteristisch für einen Flämmsauerstoffstrom, der zu einem gratfreien Schnitt führt. Der erhaltene Flämmschnitt entsprach dem in Fig. 17 angedeuteten Schnitt B; er hatte eine Breite w von 122 mm und eine Tiefe d von 10 mm. Der gratfreie Schnitt B ist charakteristischerweise schmaler als die Breite der Auslaßöffnung.

Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 18 mit dem Profil C für eine Runddüse mit einer Bohrung von 52 mm Innendurchmesser einen typischen Vertreter für die Strömungsprofile, die herkömmliche Flämmsauerstoffströme haben, bei denen der SauerstofffluQ an den Rändern plötzlich auf Null abfällt. Dabei kommt es zur Ausbildung eines Grates aus nichtoxydiertem Metall entlang den Grenzbereichen des Schnittes, wie dies in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht ist. Das Fleckflämmen des Werkstückes erfolgte mit dieser Runddüse bei gleicher Flämmge-

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schwindigkeit und gleichem Neigungswinkel wie bei der Ausbildung des Flömmschnitts B nach Fig. 17. Es wurde mit einem Sauerstoffeinlaßdruck von 32 mm Wasser, einer Sauerstoffdurchflußmenge von 19,7 Nm /min und einem Sauerstoff-Metall-Faktor von 0,307 gearbeitet. Der resultierende 'Flämmschnitt D hat eine Breite w von 200 mm und eine Tiefe d von 6 mm. Er ist in typischer Weise breiter als die Düsenöffnung und zeichnet sich durch Grate entlang der Grenzbereiche des Schnittes aus.

Wenn also ein Werkstück 20 (Fig. 4 und 5) in der vorliegend beschriebenen Weise geflammt wird, wird die Ausbildung von Graten, verursacht durch das Herausblasen von Metall aus der Flämmreaktionszone, entlang der Grenzbereiche 21 des Flämmschnittes 22 fast vollkommen vermieden; es wird ein Schnitt mit einer gleichmäßigen Kontur erhalten.

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte konvergierende und divergierende, rautenförmige Flämmdüse 60 mit einem Gasdurchlaß 61 für den Flämmsauerstoff, der in einer Auslaßöffnung 62 endet. Anders als herkömmliche runde oder rechteckige Düsen, die zu einem Flämmschnitt führen, der ungefähr 1,5-bis 5mal breiter als die Düsenöffnungsbreite W ist, erzeugt die rautenförmige Düsenöffnung einen gratfreien Flämmschnitt, dessen Breite kleiner als die AuslaßÖffnungsbreite W ist. Die allmähliche Verringerung der Düsenöffnungshöhe H₁ die charakteristisch für die vorliegend verwendeten

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Düsen ist, stellt das kritische Merkmal dar, das für diesen schmalen Schnitt und für den Umstand verantwortlich ist, daß schmelzflUssiges Metall, das während eines Flämmvorgangs über die Schnittgrenzbereiche hinausgetragen wird, an einem Erstarren in reinem oder nichtoxydiertem Zustand gehindert wird. Das heißt, die Gratbildung wird vermieden, indem dafür gesorgt wird, daß der an den Rändern einer Auslaßöffnung austretende Sauerstoffstrom gerade ausreicht, um die Schmelze zu oxydieren, die auf die Schnittkantengeblasen wird.

Fig. 7 zeigt in Stirnansicht die Düse mit rautenförmiger Auslaßöffnung entsprechend Fig. 6. Die Düsenhöhe H hat ihren Größtwert in Düsenmitte und nimmt dann über die Öffnungsbreite W hinweg linear auf den Wert Null an beiden Kanten 71 und 72 ab;

In den Fig. 8 und 9 sind Abwandlungen der rautenförmigen Düsenöffnung veranschaulicht, die gleichfalls zu einem gratfreien Schnitt führen. Bei der Ausführungsform nach Figur 8 nimmt die Öffnungshöhe H, bezogen auf eine waagrechte Achse A, entlang der Oberseite 81 der Düse linear auf Null ab, während entlang der Unterseite 82 eine nichtlineare Abnahme der Höhe H erfolgt. Die Unterseite 82 bildet dabei eine gleichförmige, stetige Kurve. Statt dessen können sowohl die Oberseite 91 als auch die Unterseite 92 der Auslaßöffnung gleichförmige Kurven bilden (Fig. 9). In allen

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Fallen muß jedoch das Verhältnis der Öffnungsbreite W zur Öffnungshöhe H innerhalb des Bereichs von ungefähr 4:1 bis 20:1 bleiben, um den gewünschten gratfreien Schnitt zu erhalten .

Die Figuren 10, 11 und 12 zeigen weitere geeignete geometrische Formen für die Auslaßöffnung von Fleckflämmdüsen, wobei entweder die Oberseite oder die Unterseite der Auslaßöffnung 101, 111 bzw. 121 eine Länge hat, die gleich der Öffnungsbreite W ist. Dreieckige Düsenöffnungen sind in den Fig. 10 und 11 veranschaulicht. Dabei hat die Öffnungshöhe H in Öffnungsmitte einen Maximalwert, um dann bis auf den Wert Null an den Rändern der Auslaßöffnung abzunehmen. Um bei Verwendung von Düsen mit solchen dreieckigen Auslaßöffnungen ein gratfreies Flämmen sicherzustellen, wird vorzugsweise mit einem Verhältnis W/H von ungefähr 12:1 gearbeitet. Es wurde jedoch durch Versuche ermittelt, daß in Abhängigkeit von den jeweiligen Flämmarbeitsbedingungen das Verhältnis W/H unter Erzielung befriedigender Ergebnisse zwischen ungefähr 4:1 und 20:1 variieren kann.

Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Höhe H der Auslaßöffnung nicht von der Mitte zu den Kanten 122 und 123 hin, sondern nur von Endabschnitten 124 und aus allmählich abnimmt, wobei die Endabschnitte einem Abstand b von den Rändern der Auslaßöffnung entsprechen. Die Auslaßöffnung besteht also aus einem Mittelabschnitt 126

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der Breite c, dessen Höhe H konstant ist, und zwei angrenzenden Endabschnitten 124 und 125, innerhalb deren die Öffnungshohe allmählich auf den Wert Null an den Kanten 122 und 123 der Öffnung abnimmt. Obwohl der Einfluß der Geometrie der Auslaßöffnung auf den Mechanismus der Gratbildung auf der geflammten Oberfläche nicht völlig geklärt ist, steht fest, daß die Geometrie der Öffnungsform nahe den Enden der Düsenbreite W von wesentlichem Einfluß ist. Eine herkömmliche, zur Gratbildung führende rechteckförmige Düsenöffnung kann in eine Düsenöffnung umgewandelt werden, die ein gratfreies Flämmen erlaubt,"indem die Seitenwände in der in Fig. 12 veranschaulichten Weise derart schräggestellt werden, daß die allmähliche Abnahme der Öffnungshöhe nur i-nnerhalb der Endabschnitte von der Breite b eintritt. Dadurch wird jedoch der erhaltene Schnitt schmaler als die Breite W der Sauerstoffauslaß-Düsenöffnung. Bei dieser Ausbildung ist das Verhältnis b/H kritischer als das Verhältnis W/H. Bei einer Öffnung mit einer größten Höhe H von 6,5 mm erwies sich ein Verhältnis b/H von 6:1 als zufriedenstellend. Für wesentlich größere oder kleinere Werte von H wird der Optimalwert für das Verhältnis b/H am besten experimentell bestimmt. Vorzugsweise sollte das Verhältnis b/H in einem Bereich von ungefähr 2:1 bis 10:1 liegen.

Die Fig. 13 und 14 zeigen weitere vorliegend brauchbare j

Öffnungsformen, wobei die Abnahme der Öffnungshöhe nur in j den Endabschnitten der Breite b erfolgt, die mit 131, 132,

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141, 142 bezeichnet sind. Die Höhe H im Bereich der Mittelabschnitte 133 bzw. 143 kann dagegen, wie veranschaulicht, konstant oder innerhalb gewisser Grenzen variabel sein, ohne daß an den Grenzbereichen des Flämmschnitts Grate entstehen. Im Falle der Fig. 13 nimmt die Höhe H im Bereich der Endabschnitte linear auf den Wert Null ab, während bei der Ausführungsform nach Fig. 14 eine stetige, jedoch nichtlineare Abnahme der Höhe H im Bereich der Endabschnitte vorgesehen ist. Für ein besonders wirkungsvolles Arbeiten sollte das Verhältnis b/H im Bereich von 2:1 bis 1O:1 liegen; die bevorzugte Öffnungshöhe H beträgt 6,5 mm.

Die Figuren 15 und 16 zeigen Beispiele von Öffnungsformen, die im wesentlichen äquivalent zu der rautenförmigen Düsenöffnung und deren Abwandlungen gemäß den Figuren 7, 8 und 9 sind, obwohl sie weniger bevorzugt angewendet werden. So nimmt bei der Auslaßöffnung nach Fig. 15 die maximale Höhe H der Öffnung stufenweise statt stetig oder linear auf praktisch Null an den Enden der Öffnung ab. Die bei Verwendung dieser Öffnungsform erzielte Flämmreaktion ist zwar im Vergleich zu einer echt rautenförmigen Öffnung weniger stabil; gleichwohl kann die Intensität der Strömungsverteilung des Sauerstoffstroms in Richtung auf die Enden der Öffnung ausreichend verringert werden, um in der erläuterten Weise einen gratfreien Flämmschnitt zu erhalten, der schmaler als die Düsenbreite W ist. In ähnlicher Weise kann eine Folge von dicht nebeneinanderliegenden, unterschiedlich großen,

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dünnwandigen kreisförmigen Auslaßöffnungen vorgesehen werden, deren Durchmesser von der Mitte aus in Richtung auf die Enden abnimmt (Fig. 16), wodurch insgesamt eine Anordnung erhalten wird, deren Strömungseigenschaften im wesentlichen ähnlich denjenigen einer rautenförmigen Öffnung sind. Ebenso wie die Öffnung nach Fig. 15 kann auch eine solche "zusammengesetzte" Öffnung, obwohl sie keine bevorzugte Ausführungsform darstellt, in der vorliegend erörterten Weise einen gratfreien Fleckflämmschnitt ausbilden.

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Claims

- 20 Ansprüche

1.) Verfahren zum Maschinenflammen von Einzelfehlern in der. Oberfläche eines Metallkörpers, bei dem ein flächiger Sauerstoffstrom unter Ausbildung einer thermochemischen Reaktion schräg gegen eine Reaktionszone aus geschmolzenem Metall gerichtet wird sowie der Sauerstoffstrom und die Metalloberfläche relativ zueinander bewegt werden, um die Reaktion in Längsrichtung der Metalloberfläche fortzuführen und den gewünschten einzelnen Flämmschnitt auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Gratbildung entlang den Rändern des Flämmschnittsder Sauerstofffluß an den Rändern des Sauerstoffstromes unter allmählichem Verringern der Intensität des Sauerstoffstromes an seinen Rändern derart beschränkt wird, daß der Sauerstofffluß an den Rändern des Sauerstoffstromes keine Flämmreaktion auf der Metalloberfläche auslöst, jedoch ausreicht, um an den Rändern der Flämmreaktionszone geschmolzenes Metall zu oxydieren und damit dieses am Erstarren und Anhaften an der Oberfläche des Metallkörpers entlang den Rändern des Flämmschnittes in nichtoxydiertem Zustand zu hindern und einen gratfreien Flämmschnitt auszubilden, dessen Breite kleiner als diejenige des Sauerstoffstromes ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstofffluß an den Rändern des Stromes beschränkt

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wird, indem der Flämmsauerstoffstrom durch eine Düse mit einer Auslaßöffnung hindurchgeleitet wird, deren Breite größer als ihre maximale Höhe ist und deren Höhe zwecks Ausbildung eines gratfreien Flämmschnittes von geringerer Breite als die Breite der Auslaßöffnung allmählich auf den Wert Null an den Öffnungskanten abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Auslaßöffnung gearbeitet wird, deren Höhe von einem Größtwert in Öffnungsmitte allmählich auf den Wert Null an den Öffnungskanten abnimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Verhältnis von Öffnungsbreite zu . größter Höhe von ungefähr 4:1 bis 20:1 gearbeitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Verhältnis von Öffnungsbreite zu größter Höhe von ungefähr 12:1 gearbeitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer parallelogrammförmigen Auslaßöffnung gearbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Auslaßöffnung gearbeitet wird, die einen Mittelabschnitt und zwei Endabschnitte aufweist.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Verhältnis der Breite der Öffnungsendabschnitte zur Höhe der Endabschnitte von ungefähr 2:1 bis 10:1 gearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Verhältnis der Breite der Öffnungsendabschnitte zur Höhe der Endabschnitte von ungefähr 6:1 gearbeitet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Auslaßöffnung gearbeitet wird, deren Mittelabschnitt parallele obere und untere Kantenflächen aufweist.

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