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Verfahren und Brenner zur Profilierung der Seitenflächen von Körpern
durch Oberflächenbehandlung mit oxydierenden Gasströmen Die Erfindung bezieht sich
auf die Profilierung der im wesentlichen lotrecht stehenden Seitenflächen von Körpern
aus Eisen durch Entfernen von Oberflächenmetall mittels oxydierender Gasströme.
Ein praktisch besonders bedeutsamer Zweck der Erfindung ist Sctaffung einer Profilkante,
welche für die Ränder zweier durch Stumpfschweißung miteinander zu verbindender
Platten erwünscht ist.
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Die Erfindung benutzt zwei eng aneinanderliegende Sauerstoffströme,'
die auf verschiedene Stellen der zu bearbeitenden Fläche auftreffen, wobei derjenige
Strom, welcher auf eine Stelle auftrifft, die von dem anderen Strom bereits teilweise
abgearbeitet ist und sich dabei mit einer sichtbaren Schmelzhaut bedeckt hat, ein
besonders kräftiges Angriffsvermögen für das abzubrennende Metall zeigt. Für die
Oberflächenbehandlung kalter Metalle müssen dabei zur Einleitung der Bearbeitung
in üblicher Weise noch Heizflammen verwendet werden.
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Eine für die Stumpfschweißung besonders günstige Kantenprofilierung
ergibt sich, wenn die oxydierenden Gasströme so gegen die zu bearbeitende Seitenfläche
gerichtet werden, daß sie einen der Plattenoberseite benachbarten Streifen unbeeinflußt
lassen, so daß die Profilkante eine vorspringende Randleiste aufweist, wie es für
die Herstellung von sogenannten Kelchschweißnähten bekannt ist.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß ein Brenner
benutzt, der in sich die verschiedenen Sauerstoffströme mit getrennten Austrittskanälen
vereinigt, wobei die Ouerschnittsformen der verschiedenen AustriOttskanäle verschieden
und gegebenenfalls verschieden weit von der Längsachse der Düse entfernt sind. Ein
Kantenprofil mit Randleiste wird vorzugsweise mit einem Brenner erreicht, dessen
Kanalaustritt für den Sauerstoffstrom rerrhteckigen Querschnitt besitzt, während
die Austrittsöffnung für den mit .diesem - zusammen arbeitenden Sauerstoffstrom
runden OOuerschnitt hat.
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Die Erfindung ist auf den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, es
zeigt Fig. z die Bearbeitung der Kante einer Metallplatte mit zwei oxydierenden
Gasströmen zur Erzeugung einer glatten Schnittfläche, Fig. 2 einen Schnitt nach
der Linie 2-2 der Fig. z, Fig.3 das Zusammenwirken zweier oxy-
Bierender
Gasströme zur Erzielung einer gegenüber Fig. 1 und 2 abgeänderten Schnittfläche,
Fig. d einen Schnitt nach der Linie 4-1 der=Fig. 3, Fig. 5 die Entfernung von Metall
bei der Bearbeitung der Kante einer Platte nach Fig. 1, Fig. 6 einen Längsschnitt
durch den Brenner nach der Linie 6-6 der Fig. ; Fig. 7 zeigt das Mündungsende des
Brenners in der Richtung der Pfeile 7-7 der Fig. 6 gesehen, Fig. 8 einen Längsschnitt
durch das Mündungsende des Brenners entlang der Linie 8-8 der Fig.7 und in Richtung
der Pfeile gesehen.
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Ein Schnitt- finit den Begrenzungen i i und 12 wird nach Fig. ? durch
einen Brenner 16 mit zwei Gasauslässen 1d., 13 zur Erzeugung von Gasströmen a und
b erzielt. Der Brenner 16 wird unter einem kleinen spitzen Winkel so zur Seitenkante
13 der Platte gerichtet, daß das entfernte Metall nach vorn und nach der Seite des
Schnittes geblasen Wird.
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Der oxydierende Gasstrom b wird so gerichtet, daß er die erste Entfernung
von Metall von der Kante der Platte io herbeiführt. Wie aus Fig. i ersichtlich ist,
trifft der Gasstrom b die Plattenkante ungefähr in einer Entfernung von einem Drittel
der Plattendicke von der Oberfläche der Platte io. Wenn das Metall der Platte oberflächlich
hinreichend erhitzt ist, um eine Schmelzhaut aufzuweisen, dann findet das Schmelzen
und die Oxydation des Metalls unmittelbar statt, und es wird Oberflächenmetall in
Form von Schlacke nach vorn und nach den Seiten des Schnittes durch die Strömungsenergie
des oxydierenden Gasstromes fortgeblasen.
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Der oxydierende Gasstrom a. wird auf die Kante der Platte io unmittelbar
unter dein Teil 13, der nicht geschnitten werden soll, so gelenkt, daß er auf die
zu bearbeitende Plattenkante unter einem größeren spitzen Winkel gerichtet wird-
als der Gasstrom b, so daß er die endgültige Entfernung des Metalls herbeiführt,
wenn die Arbeit in der Richturig des Pfeiles c fortschreitet. Wenn der Gasstrom
a die Kante der Platte io trifft, erzeugt er den gekrümmten Schnittabschnitt i i
mit kleinem Krümmungsradius.
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Der Gasstrom a. Wird durch die von ihm erzeugte Hohlkehle i i abgelenkt,
tritt unter den Gasstrom b und fegt über die Sc lineidfläche der Platte io hinweg.
Er hat dann die Nseigung, siele mit dem Gasstrom b zu v er- I einigen und bewirkt
mit diesem zusammen die Entfernung von Weiterem ':Metall an den unteren Teilen der
Plattenkante. Damit der Abschnitt 12 des Schnittes Wesentlich geradl liiiig ausfällt.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Geschwindigkeit des Gasstrohes a so zu
wählen, daß sie hinreicht, uni über die ganze Schnittbreite hinwegzufegen: Die Wirkung
. der oxydierenden Gasströme a, b während des Schneidvorganges ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Bei fortschreitender Schneidwirkung veranlaßt der Gasstrom b die einleitende Entfernung
von Metall von einem Oberflächenabschnitt d, welcher zwischen der strichpunktierten
Linie 18 der Spitze i9 liegt. Unmittelbar hinter dein Gas-Strom b bewirkt
der Gasstrom a die Entfernung von Metall von einem Flächenabschnitt e, der
zwischen dein Punkt 2o und der strichpunktierten Linie 18 liegt. Der Gasstroin a
bewirkt somit die vollständige Entfernung von Metall über die ganze Schnittfläche
hinweg, wobei sich ein Schnitt ergibt, der ungewöhnlich glatt ausfällt und frei
von Unebenheiten ist, welche die getrennte Wirkung der Gasströme a und b sichtbar
werden lassen.
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Ein Schnitt mit der aus-Fig. 2 ersichtlichen Randbegrenzung -,s-ird
erhalten, Wenn die öffnung 1:1, aus Welcher der Gasstrom a aus-, tritt, rechteckige
Form besitzt und die öffnung 1), aus welcher der Gasstrom b austritt, wesentlich
kreisförmig gestaltet ist.
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Die Form der Schnittfläche kann gegenüber der in Fig.2 dargestellten
verändert «-erden, Wenn man die Gasströme aus Öffnungen einer oder mehrerer Düsen
austreten läßt, welche abweichende 0-uerschnittsformen aufweisen. Um eine Kantenprofilierung
mit der aus Fig. a ersichtlichen Randbegrenzung zu erzeugen, wird ein Brenner mit
einer Düse 24 benutzt, «-elche zwei Gasatistrittsöfnungen 22, 23 mit kreisförinigein
Querschnitt besitzt. Die Wirkung der Gasströme f. g ist die gleiche, wie sie für
die Gasströme a, b erläutert Wurde. Obwohl sich auch in dieseln Falle die (Jasströme
miteinander vereinigen und eine glatte Schnittfläche ergeben, muß zur Bildung zweier
Vertiefungen in der Schnittfläche. wie sie in Fig.4 dargestellt ist, dem die endgültige
Metallentfernung bewirkenden Gasstroni f eine passende Geschwindigkeit erteilt werden.
damit er an dein unteren Teil der Kante den Torsprung 2; des Schnittes
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telieIl laßt.
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Bei der Flammenbearbeitung von 1leta11 ist es notwendig, die Metalloberfläche
durch Heizflammen vorzuerhitzen, bevor man sie mit oxydierenden Gasströmen bearbeitet.
Zur Erzeugung der Heizflammen kann der Brennerkopf in bekannter Weise außer finit
Öffnungen für den Austritt von oxydieren-(lern Gas auch noch mit Öffnuligen 27,
28 (Fig.2 und q:) für den Austritt von Brennergas
zur Erzeugung
lder Heizflammen versehen sein.
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Die Heizflammen trefted die Kante der Platte 1o im wesentlichen an
derselben Stelle wie der oxydierende Gasstrom a. Die Heizflammen werden zuerst gegen
die Plattenkante gerichtet und erzeugen eine feuchte Schmelzhaut, die sich über
die Fläche ausbreitet, auf die dann der Gasstrom a einwirkt, wodurch das oxydierende
Gas gut in die Fläche eindringt und ein Schmelzen und eine Oxvdation des Metalls
verursacht. Die sich aus der Oxydation des geschmolzenen Metalls ergebende Reaktionswärme
bewirkt eine Erhitzung des Metalls,' welches sich tminittelbar vor dem Gasstrom
a befindet und, da dieses Metall der Einwirkung .des Gasstromes b unterworfen ist,
so zeigt die Schmelzhaut die Neigung, sich auch über die Fläche auszudehnen, welche
der Einwirkung des Gasstromes b unterworfen ist. Es tritt dann auch ein Schmelzen
und die Oxydation des Metalls an dem durch den Gasstrom b bestrichenen Oberflächenabschnitt
ein.
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Nachdem auf solche Weise der Schneidv organg eingeleitet worden ist,
erzeugt die Reaktionswärme eine Schmelzhaut unmittelbar vor dem vorrückenden Gasstrom
b, so daß der Schneidvorgang sich fortzusetzen vermag.
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Das geschmolzene und oxydierte Metall, ,welches durch :den Gasstrom
a entfernt und vorwärts geblasen wird, geht über Oberflächenabschnitte hinweg, welche
auch vom Gasstrom b bestrichen werden. In ähnlicher Weise fließt auch das geschmolzene
und oxydierte Metall, welches durch den Gasstrom b entfernt und vorwärts geblasen
wird, über Oberflächenabschnitte, auf welche .derselbe Gasstrom b später einwirkt.
Dieses geschmolzene und 'oxydierte Metall dient auch dazu, Oberflächenschichten
des Werkstücks vorzuerhitzen, was für die Erzeugung und Aufrechterhaltung der feuchten
Schmelzhaut an dem Werkstück von Bedeutung ist.
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Die Reaktionswärme, welche durch das Schmelzen und Oxydieren .des
Oberflächenrnetalls mittels des Gasstromes b entsteht: sowie die Heizwirkung, welche
"durch das vorangehende Hinüberfließen von geschmolzenem und oxydiertem Metall über
:dieses Oberflächenmetall entsteht, steigern die Temperatur der darunterliegenden
Werkstückschicht b-is zu einem erheblich über der Normaltemperatur liegenden Punkt.
Diese tiefer liegende Metallschicht kann man daher in gewissem Sinne als eine überhitzte
Metallschicht bezeichnen. Da somit der Gasstrom b die Oberflächenschicht _ des Werkstücks
bei sehr hoher Temperatur verläßt, ist der nachfolgende Gasstrom a außerordentlich
wirksam und dringt tief in die Oberflächenschicht des Werkstücks ein, so daß die
Oxydation auf. tiefer liegende Metallschichten ausgedeht wird. Bei der beschriebenen
Behandlung der Plattenkante mit zwei Gasströmen gelangt der hintere Gasstrom ziemlich
unmittelbar, nachdem der vordere Gasstrom auf die Plattenkante gewirkt hat, zur
Einwirkung auf den vom vorderen Gasstrom behandelten Flächenabschnitt, bevor noch
dieser seine Wärtne durch Leitung hat abgeben können.
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Nach Einleiten des Schneidvorganges können die Heizflammen in üblicher
Weise teilweise oder ganz abgesperrt werden. Das entfernte Metall, welches nach
vorn und nach der Seite der Schnittfläche bei deren Entstehen fortgeblasen wird,
wird in.-einen nichthaftenden körnigen Zustand überführt.
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Die Geschwindigkeiten der -oxydierenden Gasströme liegen vorteilhaft
zwischen flo und 300 m/Sek., ohne daß jedoch die Erfindung auf die Verwendung
solcher Geschwindigkeiten beschränkt sein soll.
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In den. meisten Fällen empfiehlt es sich, den Druck des oxydierenden
Gases so einzustellen, daß Gasströme mit Geschwindigkeiten zwischen 170 und 23o
m/Sek. entstehen. .Diese Angaben über zweckmäßige Geschwindigkeiten für oxydierende
-Gasströme beziehen sich auf errechnete Geschwindigkeiten von die Düsen verfassenden
Gasströmen, wobei bei der Rechnung .die Annahme gemacht ist, daß eine gemessene
Gasmenge, welche in einer gewissen Zeit ausströmt, eine Temperatur von etwa 2i°
C besitzt und unter Atmosphärendruck steht.
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Obgleich mehrere getrennte Gasdüsen zur Erzeugung mehrerer oxydierender
Gasströme benutzt werden können, ist es doch in vielen Fällen sehr wünschenswert,
Schnitte mit einer einzigen Düse auszuführen, welche mehrere Auslaßöffnungen besitzt.
Eine Form für eine solche Düse, welche zur Erzeugung von Schnitten der in Fig. 2
dargestellten Form besonders geeignet ist, ist in den Fig. 6, 7 und 8 veranschaulicht.
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Die Düse N (Fig. 6) hat am hinteren Ende einen Absatz 30, gegen den
sich eine Klemmmuffe 3 z mit Außengewinde legt, mit der die Düse an einen Brennerkopf
angeschlossen wird, wobei die sich verjüngenden Sitzflächen 3 2 und 33 sich gasdicht
gegen entsprechende Sitzflächen des Brennerkopfes legen, In der äußeren Düsenwand
sind mehrere Kanäle 34. mit im wesentlichen voneinander gleichen Abständen für -das
Heizgas angeordnet. Die Kanäle 3.4 sind an ihrem Mündungsende verengt. Durch den
Mittelkanal 37 der Düse Strömt das oxydierende Gas
und tritt nahe
dein Mündungsende der Düse in zwei getrennte Gaskanäle 39, d0 über, so daß dadurch
zwei getrennte, oxydierende Gasströme geschaffen werden. Werden mehr oxydierende
Gasströme benötigt, so müssen entsprechend mehr Endkanäle vorgesehen sein.
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Die Lage .der Austrittskanäle 39 richtet sich nach der gewünschten
Form des Schnittes. Bei der hier dargestellten Form für einen Schnitt nach Fig.
2 ist der im Ouerschnitt kreisförmige Kanal 37 etwas geneigt, und zwar so, daß er
sich nach seiner Mündung hin zunehmend von dem rechteckigen Kanal 39 entfernt
(Fig.6). Der rechteckige Kanal 39 ist auch zum mittleren Kanal 37 geneigt angeordnet,
und zwar in einer Ebene, welche quer oder im rechten Winkel zu der Papierebene der
Fig.6 steht. Der Auslaß des Kanals 39 ist also gegenüber dem des Kanals .4o seitlich
versetzt (Fig. 8).
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Ist -die Düse 1' in einem spitzen Winkel zur Schnittfläche gerichtet,
dann ist der Gaskanal 39 gegen die Fläche hin gerichtet, wodurch der aus ihm austretende
oxydierende Gasstrom .die zu bearbeitende Oberfläche an einer Stelle trifft, die
näher an der Mündungsfläche 36 der Düse liegt als der Gasstrom, der aus dem Kanal
40 austritt. Um dein aus dem rechteckigen Kanal 39 austretenden Gasstrom zu ermöglichen,
die Oberfläche des Werkstücks in geringstmöglichem Abstand von dem Ende der Düse
zu treffen, ist der Kanal 39 so gestaltet, daß seine Seitenwände zusammenlaufen
(Fig. 8). Dadurch verbreitert sich der Gasstrom unmittelbar nach seinem Austritt
aus dem Kanal 39 und erzeugt den Teil ii des in Fig. 2 dargestellten Schnittes.
Um die Düse möglichst dicht an die Fläche des Werkstücks heranbringen zu können,
ist sie am Ende 41 verjüngt.
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Die durch den Brenner gebildete Profilfläche weist eine dünne Oberflächenschicht
von Eisenoxyd auf, unter der sich eine dünne NTetallschicht befindet, welche Kohlenstoff
in einer Menge enthält, welche größer ist als diejenige des ursprünglichen Werkstückmetalls
vor der Flammenbearbeitung. Die durch den Schneidvorgang geschaffene Oberfläche
befindet sich daher in einem verbesserten Zustande, so daß ein nachträgliches Zusammenschweißen
von zwei derartigen Platten erleichtert wird und die Schweißnaht eine größere Festigkeit
und Gleichförinigkeit als die bisherigen Schweißnähte aufweist, Es sei noch bemerkt,
daß die zu -dein Verfahren gemäß der Erfindung gehörenden einzelnen Verfahrensschritte
als solche bekannt sind und daß auch der Brenner zur Ausführung dieses Verfahrens
bekannte Merkmale aufweist. Die Erfindung .bezieht sich nur auf das Zusammenwirken
der Verfahrensschritte und die Anwendung bekannter Einzelheiten bei der Ausbildung
eines Brenners zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.