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Verfahren und Vorrichtung zum Flammschneiden oder Flammschlichten
von Metallkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Flammschneiden
oder Flammschlich:ten von Metallkörpern. Dabei wird eine Vorwärmflamme und ein von
verbrennbarem Metallpulver durchsetzter S.auerstoffstra'hl auf das Werkstück gerichtet.
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Bei den bekannten Verfahren hat sich gezeigt, daß bestimmte Metalle
und Eisen- und Stahlsorten nicht oxydiert werden. Derart oxydationsbeständige Stoffe
sind z. B. rostfreier Stahl, Gußeisen, Nichteisenmetalle, wie Kupfer, Aluminium,
Nickel und verschiedene Legierungen. Deshalb hatten alle Bemühungen um das thermochemische
Flammschliehten von rostfreiem Stahl mit mehr als zo0/u Chrom, z. B. zum Entfernen
von Oberflächenfehlern in Schweißnähten und Wellen oder zum Herausschneiden bestimmter
Umrißformen, nur wenig oder keinen Erfolg. Rostfreie Stahlplatten ließen sich mit
den bekannteng Verfahren nur dann schneiden, wenn man ein: Flußeisenblech über die
Stahlplatte legte und die Flamme so durch das Flußstahlblech .schnitt, daß die geschmolzene
Schlacke aus der Rille des Flußstahls in die Rille des rostfreien Stahls #loß. Diese
Arbeitsweise
ist recht zeitraubend, vergeudet große-Mengen Flußstahl und erzeugt Schnitte von
mäßiger Qualität. Nach einem anderen bekannten Verfahren wird ein gewöhnlicher Schneidbrenner
längs einer Schnittlinie nach Art einer Säge hin und her geführt. Dieses Verfahren
ist ebenfalls zeitraubend, ungenau und unwirtschaftlich und bedingt großen Verschnitt
und rauhe Schnittflächen. Selbst ein Chromgehalt von nur 5 bis 1o°% macht bei Flammschneiden
nach dem üblichen Verfahren noch erhebliche Schwierigkeiten.
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Ähnliche Schwierigkeiten, Schnittverluste und raube Schnittflächen
hatte man, mit dem bekannten Verfahren bei Gußeisen. Der * Schneidbrenner wurde
dabei in einem weiten Bogen von einer Seite zur anderen längs der Rille vorwärts
bewegt.
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Nichteisenmetalle ließen sich ebenfalls nur schwer oder überhaupt
nicht schneiden oder bearbeiten. Zum Beispiel lassen sich Barren aus fast reinemNickel
mit dernübl.ichenSauerstoff-Acetyle:n-Verfahren nicht fortlaufend schneiden, ebensowenig
Barren aus Kupfer oder Aluminium. Das gleiche gilt für korrosions- und oxydationsbeständige
Legierungen, wie z. B. Nickellegierungen mit Molybdän oder mit Molybdän und Chrom,
Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen und verschiedene Siliziumbronzen.
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Man hat deshalb versucht, feinverteilte Metallpulver, wie Aluminium
und Mangan, der Sauerstoff-Acetylen-Flamme zuzusetzen und durch die Umsetzungshitze
dieser Metalle die Hitze beim Schneiden zu steigern. Diese Metalle bilden jedoch
unerwünschte Oxyde und harte Schlacken und verteuern das Verfahren; sie versagen,
außerdem bereits bei geringen überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, d!aß
das Flammschneiden oder Flammschlichten sauber und wirtschaftlich wird, wenn das
verbrennbare Metallpulver gemäß der Erfindung aus: einem oder mehreren der Metalle
Ferromangan, Eisen, Flußstahl oder Zinn besteht und in solcher Menge angewendet
wird, daß in Anwesenheit des erhitzten Werkstücks und des Sauerstoffstrahls eine
flüssige und mit dem Sauerstoffstrahl leicht entfernbare Schlacke entsteht. Die
aufgeführten Metalle erzeugen bei der Verbrennung eine große Hitze und, erzeugen
auch bei rostfreien Stählen mit hohem Chromgehalt eine leicht tflüssige und ohne
Schwierigkeiten entfernbare Schlacke. Die große Hitze und das Fehlen -zäher Schlacke
erlauben, eine große Arbeitsgeschwindigkeit und schmale Schnittrillen. Diese Vorteile
wirken sich vor allem bei dicken Werkstücken. aus. Daneben eignet sich das Verfahren
natürlich auch zur raschen Beseitigung von Metallnarben oder Schweißraupen.
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Das nach der weiteren. Erfindung zur Durchführung .des Verfahrens
vorgesehene Gerät besteht im wesentlichen aus einer Düse -mit einem Durchgangskanal
für den Sauerstoff und einer Zuführung für den pulverförmigen oxydierbaren Stoff
in den Sauerstoffstrom hinein. Der Sauerstoffstrom trägt das Pulver dann in die
Reaktionszone zwischen dem Sauerstoff und dem bearbeiteten Metallkörper. Die Düse,
aus der der Sauerstoff kommt, hat zugleich Verteilkanäle für die Brenngase. Alle
beim Verfahren benötigten Stoffe und Gase werden ,durch einen einzigen Düsenkopf
zugeführt. Die Konstruktion wird. dadurch sehr einfach. Außerdem ist das Gerät leicht
zu handhaben und gestattet dem Arbeiter ein schnelles und sicheres Arbeiten.
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Beim Verfahren nach der Erfindung wird die bearbeitete Zone also vorgewärmt
und durch den Sauerstoffstrahl abgebaut. Gleichzeitig wird feinverteiltes Metallpulver,
für dessen Partikelgröße später noch eingehende Angaben folgen, kontinuierlich in
die Reaktionszone eingeführt. Dadurch oxydieren Teile der Metallmasse so flüssig,
d,aß sie der Sauerstoffstrahl -,vegtre'ibt. Aufeinanderfolgende Teile der Metallmasse
lassen sich längs der Oberfläche in einem Zug entfernen, wenn man das Gerät kontinuierlich
über die Oberfläche wegführt. Die aufeinanderfolgenden Behandlungszonen erhitzt
man am besten durch eine Sauerstoff-Azetylen-Flamme, die längs der Arbeitsstrecke
mit dem Sauerstoffstrom und dem Strom des feinverteilten Hilfsstoffes einwirkt.
Bei der Bearbeitung mit der Flamme, die lediglich das Metall an der Oberfläche entfernt,
entsteht ein ausreichend flüssiges Reaktionsprodukt, das den Sauerstoffstrahl nach
vorn aus der Behandlungszone wegbläst. Für den Strahl wird dadurch eine frische
Metalloberfläche freigelegt und der nächst zu entfernende Oberflächenbereich vorerhitzt.
Das abgebrannte Metall muß beim Schneiden und Abbrennen so flüssig sein, daß es
durch bzw. aus :der Rille herausblasbar ist und damit frische Metallflächen freilegt,
auf die dann der Sauerstoffstrahl, trifft.
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Die Flammbearbeitung zur Metallentfernung an der Oberfläche erfolgt
durch Vorwärtsgehen mit dem Sauerstoffstrahl längs der Oberfläche in Richtung des
Gasstroms bei einer geringen Geschwindigkeit des Sauerstoffstrahls, den. man in
einem schwachen Winkel schräg gegen die aufe.inanderfolgenden erhitzten Zonen auf
der Metalloberfläche richtet. Dabei wird der feinverteilte Hilfsstoff in die aufeinanderfosgenden
Zonen eingeführt. Die Erhitzung erfolgt am besten durch gleichlaufende Anwendung
von ein. oder mehreren Sauerstoff-Acetylen-Flammen auf die Oberfläche. Bei diesem
Verfahren wird die Sauerstoffgeschwindigkeit beim Verlassen des Geblä:sebrenners
im allgemeinen unter 299 m/sec. (Schallgeschwindigkeit in Sauerstoff) gehalten.
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Beim Flümmschneiden wird ein sehr kräftiger Sauerstoffstrahl mit einer
über der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit in einem Winkel von etwa
go° gegen .die heiße Metallmasse gerichtet und der feinzerteilte Hilfsstoff kontinuierlich
in die Reaktionszone eingebracht, wo der Sauerstoff auftritt. Beim Schneiden geht
der Sauerstoffstrahl dann durch die Metallmasse und bildet mit dem Fortschritt des
Sauerstoffstrahls eine tiefe Rille. Soll -die Rille nur zum Teil in. die Masse eindringen,
dann bewegt man die Gasflamme so rasch vorwärts, daß sie die Masse nicht vollständig
durchdringen kann.
Der Hilfsstoff verflüssigt offensichtlich die
zähen, schwer schmelzbaren, vom Sauerstoff gebildetem Metalloxyde und erzeugt ein
so flüssiges Produkt, d.aß es durch die gemeinsame Wirkung von Sauerstofflamme und
Pulverstrom leicht entfcrnbar ist. Die feinverteilten Hilfsstoffe verbrennen in
Sauerstoff leicht, entwickeln eine intensive Hitze und bilden Verbindungen, die
die zähen Oxyde schmelzen und eine schmelzbare Schlackenmischung bedingen. Solche
Hilfsstoffe erläutern die folgenden Beispiele. Bei verschiedenen Hilfsstoffen scheint
jedoch der Hauptsache nach nur ihre starke Heizkraft zu wirken; eine Schmelzwirkung
wurde dagegen nicht oder nur in geringem Umfang beobachtet. Der Ausdruck Hilfsstoff
bedeutet deshalb im folgenden feinverteilte Substanzen, die den Metallabbau in irgendeiner
Weise fördern oder die Oxyde verflüssigen oder exothermisch brennen.
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Der feinzerteilte Hilfsstoff kommt im Verein mit dem metallentfernenden
Sauerstoff in die Reaktionszone. Der Sauerstoff ist immer so ausreichend zu ergänzen,
daß für die Oxydation von mindestens einem Teil des widerstandsfähigen Metalls ein
reichlicher Sauerstoffüberschuß bleibt, der über der für das Verbrennen des Hilfsstoffes
verbrauchten Menge liegt. Die Sauerstoffmindestmenge wechselt je nach dem Hilfsstoff
und mit der Zusammensetzung der abzubauenden Metallmasse. Sie läßt sich empirisch
feststellen. Man muß dann nur dafür sorgen, daß die Sauerstoffmenge für den Hilfsstoff
über der Mindestmenge liegt, so daß immer ein großer Sauers.toffüberschuß für die
eigentliche Metalloxydation verfügbar ist.
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Die Vereinigung des Hilfsstoffs mit dem Sauerstoff kann z. B. innerhalb
einer Brennerdüse oder auch außerh alib der Düse, nach Austreten des Sauerstoffs
erfolgen. Jedes Verfahren besitzt bei bestimmten Metallarbeiten besondere Vorzüge,
die erst später im einzelnen beschrieben werden. Mit dem brennbaren Gasgemisch zur
Vorerhitzung soll man den Hilfsstoff dagegen nicht einführen; es kommt sonst leicht
zu Rückzündungen im Brenner, die den Hilfsstoff im Brenner verbrennen. und die Leitungen
verstopfen.
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Der Hilfsstoff kann zum thermoehemischen Schneiden, Entnarben oder
Entfernen der Oberfläche von oxydationsbeständigem Metall aus mit Erfolg verwendeten
Stoffen bestehen. Diese Hilfsstoffe lassen sich in verschiedener Feinheit ve1-wenden;
z. B. haben sich Pulver mit Partikelgrößen von unter 0,3 mm und feiner als
o,1 mm bewährt. Zum thermochemischen Schneiden oder Schlichten von oxydationsbeständigem
Stähl, z. B. hitzebeständigem Stahl mit etwa 25 % Chrom, von Schneidwerkzeugstählen
mit 12 bis 1q-0/0 Chrom und besonders von rostfreien Austenitstählen mit etwa 18%
Chrom und 8% Nickel oder Mangan, wurden feinderteilte Hilfsstoffe, wie gepulvertes
Ferromangan, Eisen, Floßstahl, eine Legierung von Eisen, Zinn und Mangan oder eine
Mischung von Mangan oder Ferromangan mit Stahl und Mischungen von Mangan oder Ferromang,an
mit Gußeisen, erfolgreich verwendet. Diese Mischungen sind auch zum thermochemischen
Schneiden oder zur Gußeisenbearbeitung geeignet. Beim thermochemischen Schlichten
von Körpern aus Nichteisenrnetall, ergaben gepulvertes Ferromangan. mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt und Eisen besonders gute Resultate, z. B. beim Schneiden von Nickel,
Kupfer, Aluminium, Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen, einer Legierung mit über 95
% Kupfer und als Rest hauptsächlich Silizium und von Messinglegierungen aus etwa
500/0 Kupfer und etwa 50% Zink. Für gute Ergebnisse empfiehlt sich die Erhitzung
von Kupfer, Aluminium und Nickel vor dem Schneiden. Man kann aber auch kalte Nickel-
und Aluminiumkörper bearbeiten.
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Ferromamgan und Eisenpulver sind zum Schneiden von. NE-Metallen mit
nur geringen Eisengehalt, wie z. B. Nickellegierungen mit etwa 20% Molybdän, 20%
Eisen und 60% Nickel, ebenso brauchbar. Eine Legierung enthielt z. B. etwa 30010
Molybdän, 5010 Eisen und 65% Nickel, eine andere etwa 17% Molybdän, 8% Eisen. 6o
% Nickel und 15'/o Chrom.
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Die günstigsten Ergebnisse für die Metalloberfläche wurden
bei den meisten Metallen mit gepulvertem Eisen, Mangan oder innigen Mischungen oder
Legierungen beider Stoffe erreicht. Als Ausgangsstoff für Mangan dient meist Ferromangan.
Da Ferromanganpulver in Sauerstoff recht wenig stabil ist und unter großer Hitzeentwicklung
schnell verbrennt, ist es für die Erhöhung der Brennbarkeit von Pulvern aus verhältnismäßig
billigem unreinem Eisen, wie Stahl oder Gußeiisen, besonders wertvoll. Dadurch läßt
sich das Hilfspulver ohne Beeinträchtigung des Verfahrens verbilligen. Beim Schneiden
und Bearbeiten mit der Flamme ist das, sehr wichtig, da die Pulverkosten etwa der
Summe aus Arbeits- und Gaskosten entsprechen. Jedes handelsübliche Ferromangan mit
etwa 82 % Mangan ist geeignet. Die besten Ergebnisse in bezog auf Kosten und Arbeitsgeschwindigkeit
wurden mit einem Ferromangan erhalten, desisen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,75 und
1,50% lag.
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Nach eingehenden Versuchen sind die günstigsten Ergebnisse mit einer
Eisen und Ferrornangan enthaltenden Hilfspulvermischung erzielbar, die zum größten
Teil, nämlich etwa 80% Stahlpulver und im übrigen aus Ferromanganbesteht. In dieser
Mischung kann das Eisen in verhältnismäßig unreinem Zustand verwendet werden, z.
B. als Pulver mit etwa 9o bis 95% freiem Eisen,, etwa 0J50/0 oder weniger Kohlenstoff
und meistens Eisenoxyden als Rest. Es ist kein Nachteil, wenn in der Mischung 5
bis 1o Gewichtsprozent Eisenoxyde vorhanden sind, da die Oxyde durch das Ferromangan
in exothermer chemrischer Reaktion reduziert werden und so bei der Übertragung der
Hitze auf den abzubauenden, wiederstandsfähigen Metallkörper mitwirken.
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Mit einem Hilfspulver von 80% Fe und 20% Fe Mn wurden beim Schneiden
eines rostfreien Stahlbarrens von etwa 18% Cr und 80/a Ni folgende Ergebnisse erzielt
(bei gleichzeitigem gesondertem
Austritt vori Sauerstoff, Hilfspulver
und Vorheizgasen aus einer Gebläsedüse)
| Schneide- Pulver Schneide- |
| Dicke sauerstoff geschwindigkeit |
| cm mStd. kg: Std. cm/Min. |
| 7,6 2 z1.3 5 10.7 |
| io,i6 1g,8 8,7 14,0 |
| 12,70 28,3 12,5 16,3 |
Mit Stahlpulvern von beträchtlich mehr als 9,i5 % Kohlenstoff lassen sich durch
Erhöhung des Ferromangangehaltes in der Mischung auf 2o bis 3o % oft bessere Ergebnisse
erzielen. Grauguß und Tempergußpulver sind ebenfalls verwendbar, wenn die Mischung
zu
30 bis 5o0/9 aus Ferromangan besteht und die Geschwindigkeit des Metallabbaues
herabgesetzt wird. Eine bewährte Gußeisen-Pulver-Ferromangan-Mischung enthielt z.
B. 3,4°/o Kohlenstoff, i,80/9 Silizium und i,i% Mangan.
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Die oben angeführte 8o/2o%ige Mischung aus gepulvertem Eisen und Ferromangan
soll mÖgl.ich so fein sein, daß ihre Partikel zu etwa i90% nicht größer als
0,175 bis o,24 mm, zu etwa 300/9 kleiner als o,046 mm sind und der Rest zwischen
0,046 und o,175 mm groß sind. Wenn bei dieser Mischung das Verhältnis Sauerstoff
zu Pulver unter 0,57 m3 Sauerstoff und zu 454 g Pulver sinkt, wird für das
Verbrennen des Pulvers soviel Sauerstoff verbraucht, daß zur Oxydation kein Sauerstoff
mehr verfügbar ist. Dies verhindert oder verzögert dann den Metallabbau. Wenn beim
Schneiden das Sauerstoff - Zinn - Pulver - Verhältnis kleiner als 0,57 m3 02 zu
45¢g Pulver ist, wird die Verzögerung sehr unangenehm. Höhere Verhältnisse von Sauerstoff
zu Pulver als 1,14 m3 02 zu 454 g Pulver sind aber ebenfalls ungeeignet, wenn das
Pulver sehr grob ist, d. h. nur unter 40% Fein-Bestandteile (kleiner als 0,043 mm)
enthält. Dabei entsteht nämlich zu wenig Hitze, und die Schlacke wird nicht flüssig
genug. Die obere Verhältnisgrenze hängt von der Pulverfeinheit, der zu schneidenden
Metallart und der Menge des metallischen Eisens im Pulver ab; es kann also unter
Umständen auch höher als 1,14 1113 02 zu 454 g Pulver sein.
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Beim thermochemischen Entfernen des Metalls von der oxydationsbeständigen
Metallmasse sind die Arbeitskosten, die Arbeitsgeschwindigkeit und der Zustand der
Metalloberfläche sehr stark von der Pulverfeinheit abhängig. Bei Verwendung von
sehr feinem Eisenpulver ohne andere Bestandteile wird das Metall viel rascher abgebaut
als durch ein grobes Pulver gleicher Zusammensetzung und fast so schnell wie mit
einer Eisen-Ferrom@angan-Mischung und außerdem mit wesentlich weniger Kosten. Recht
gute Ergebnisse wurden mit einem Hilfspulver aus Stahl erzielt, das zu 8o bis 95'/o
aus metallischem Eisen, weniger als 9;2o % Kohlenstoff und Verunreinigungen, wie
Fe O, Si 02 und geringeren Mengen anderer Verunreinigungen bestand. Dieses Hilfspulver
wird durch Reduktion von rohen Oxyden, wie Eisenerz, oder aus künstlichen Eisenoxyden,
wie Hammerschlag, durch Wasserstoff, Kohlenmonoxyd oder natürlichem Gas hergestellt
und besitzt folgende Zusammensetzung:
| Prozent |
| Fe (metallisch) ............ 92,14 |
| FeO ......:.............: 3,6o |
| Si 02 .................... 3,12 |
| Mn ...................... 0,46 |
| S ........................ 9,o96 |
| C ........................ 9,o64 |
| Rest Verunreinigungen, |
Zur Entfernung grober Teilchen muß man das unreine Eisenpulver sorgfältig sieben.
Alles gesiebte Pulver muß eine Partikelgröße kleiner als o,15 mm haben,- bei mindestens
79% .des Pulvers müssen die Partikel kleiner als 0,074 mm sein. Es ist vorteilhaft,
jedoch nicht unbedingt notwendig, daß mindestens 59% des Pulvers Partikel kleiner
als 9,o46 mm haben.
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Bei Verwendung von solchem unreinem Eisenpulver wurden beim Schneiden
von rostfreien Stahlbarren mit 18% Chrom und 8% Nickel bei gleichzeitiger, aber
gesonderter Zufuhr von Sauerstoff, Hilfspulver und Vorwärmegasen ans einer Gebläsedüse
folgende Ergebnisse erzielt:
| Schneide- Schneide- |
| Dicke Sauerstoff Pulver geschwindigkeit |
| cm m3/Std. kg/Std. cm/Min. |
| 7,6s 1113 4 10,7 |
| io,i6 19;8 7 14,0 |
| 12,70 28,3 io 16,3 |
Der wichtige, Einfiuß derTeilchengröße des Hilfspulvers läßt sich durch Vergleich
der Sauerstoff-Pulver-Faktoren veranschaulichen, die man dadurch bestimmt, daß man
mit einer Flamme längs einer Metalloberfläche bei gleichen Geschwindigkeiten Furchen
gleicher Ausdehnung mit Pulvern gleicher chemischer Zusammensetzung aber von verschiedenem
Feinheitsgrad schlichtet. Nach Fertigstellung jeder Furche wird der Gesamtverbrauch
an Sauerstoff und Pulver festgestellt und diese Werte in Liter Sauerstoff ausgedrückt,
die pro 454 g Pulver bei festliegenden Temperatur- und Druckbedingungen, genannt
Sauerstoff-Pulver-Faktor, verbraucht werden.
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Da die Kosten des Hilfspulvers auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
großen Einfluß haben, muß man den Pulververbrauch möglichst gering halten, was sich
in einem höhen Sauerstoff-Pulver-Faktor ausdrückt. Je höher der Faktor ist, um so
geringer sind die Verfahrenskosten.
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Die Durchführung dieses Verfahrens und die Apparatur dazu wird nunmehr
durch hie Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei zeigt Fig. i einen Längsschnitt
durch eine Brennerdüse zum Flächenschlichten, Fig. 2 eine Draufsicht auf Einzelteile
der Düse gemäß Fig. i, Fig. 3 einen Querschxlitt nach der Ebene 3-3 in Fig. i,
Fig.
,4 und 5 Ansichten auf zwei in Fig. 2 gezeigten Einzelteile der Düse, gesehen in
den Richtungen 4-4 bzw. 5-5, Fi.g.6 eine Seitenansicht einer anderen Düsenform,
Fig. 7 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Düse von Fig.6, jedoch gegenüber
der Düse in Fig. 6 um go° gedreht, Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Metallkörpers
mit einer mit den Mitteln gemäß der Erfindung erzeugten Rille, Fig. g einen Querschnitt
des in Fig. 8 nach der Ebene 9-g geschnittenen Körpers, Fig. io eine verkleinerte
Seitenansicht der Schnittfläche des Metallkörpers und F.ig. i i ein Mikroskopbild
in hundertfacher Vergrößerung der Schnittfläche von austenitischen rostfreien Stahl,
der durch thermochemisches Schlichten erhalten ist, nach der Linie i i-i i in Fig.
io.
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Die Fig. i zeigt eine Düse N mit einem Ringkanal i i für das Gasgemisch
und einem Auslaß io für den Sauerstoffstrahl. Die Heizflamme bildet somit einen
Ring; innerhalb dieses Ringes strömt der Sauerstoff. Auch das Pulver tritt aus dem
Auslaß io, bleibt aber im Sauerstoffstrom in Schwebe. Wird die Düse über den Metallkörper
B weggeführt, so wird die Oberfläche S des Metallkörpers B teilweise oxydiert und
geschmolzen und hängt in ihrer Beschaffenheit vom Auffallwinkel der Sauerstoffgeschwindigkeit
und der Arbeitsgeschwindigkeit am Metallkörper ab. Der Schlackenüberzug ist ein
Schmelz aus Metall und Oxyden, der sich gleichartig über die Reaktionszone des Körpers
B ausbreitet.
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Die Düse N besteht aus dem Düsenkopf F und dem Mittelstück R, das
in den Blasrohrkopf 18 eingeschraubt ist. Das Mittelstück R der Düse hat eine Bohrung
I2, durch die der Sauerstoff dem Auslaß io durch die Längsbohrung 13 des in das
Mittelstück R eingeschraubten Injektors 14 zugeleitet wird. Die Längsbohrung 13
des Injektors 14 hat kleineren Durchmesser als die Bohrung 12 des Mittelstückes
R. Der Injektor ragt in den Düsenkopf F hinein. Zwischen der Innenwand des Düsenkopfes
und der Außenwand des Injektors besteht ein Ringkanal, der aber noch vor dem Auslaß
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endet. Der Injektor 14 ist auswechselbar, falls er verschleißt oder ein
Injektor anderer Größe nötig wird. Der Injektor 14 sitzt mit Schrägsitz 15 auf einer
im Mittelstück R entsprechenden Abschrägung. Seine Mündung ragt in eine Saugkammer
16, die noch vor dem Auslaß io abgesetzt ist. In den Ringkanal zwischen Düsenkopf
und Injektor führt schräg zur Düsenachse ein Kanal 17 durch die Wand des Düsenkopfes
F. Dieser Kanal 17 leitet das Pulver zu, ist aber ohne Verbindung mit dem Gaskanal
28. Die Mündung des Kanals 17 ist gegenüber der Mündung des Injektors 14 zurückgesetzt,
so daß das Pulver von dem in ,die Saugkammer 16 eintretenden Sauerstoffstrahl hineingesaugt
wird. In der Saugkammer lädt sieh der Sauerstoffstrahl mit Pulver auf. Die Geschwindigkeit
des Sauerstoffstrahles wird beim Eintritt in die Saugkammer herabgesetzt. Die Austrittsgeschwindigkeit
ist deshalb kleiner als beim Schneidebrennen üblich. Selbstverständlich läßt sich
die Geschwindigkeit durch eine entsprechende Wahl der Größe der Durchgangskanäle
und Kammern nach Bedarf ändern, also z. B. auch zum Schneidbrennen.
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Der Sauerstoff wird durch den Kanal ig im Blasrohrkopf i8 der Bohrung
12 des Mittelstückes R zugeleitet. Ein Sauerstoff-Acetylen- oder ein anderes brennbares
Gasgemisch wird in üblicher Weise aus dem Kanal 2o des Blasrohrkopfes i8 der Ringkammer
2i zugeführt, die am Ende des Mittelstückes R im Blaskopf 18 besteht. Im Mittelstück
R sind mehrere Längskanäle, die mit der Ringkammer 21 verbunden sind. Der Kanal
ig und die Ringkammer 21 sind dagegen nicht miteinander verbunden. Sie sind voneinander
durch einander entsprechende Schrägsitze 23 im Blasrohrkopf 18 und auf dem Ende
des Mittelstückes R nicht abgeschlossen. Eine weitere Abdichtung erfolgt durch das
Schraubeneinsatzstück 24, das die Sitzfläche des Mittelstückes an die Sitzfläche
im Blasrohrkopf ig anpaßt. Außerdem dichtet auch noch die Dichtung 25 auf dem abgesetzten
Ansatz 26 des Düsenmittelstückes R. Der Ansatz 26 ist im Düsenkopf F verschraubt.
Die Dichtung 25 sitzt zwischen der Stoßstelle von Ansatz 26 und Düsenkopf. In den
Ansatz 26 -ist der Injektor 15 einigeschrau-bt. Die Dichtung 25 soll das Durchsickern
von Gas zum Gasverteilringkanal 27 verhindern. Zu diesem Gasverteilringkanal führen
die Gaskanäle 22 hin und die Gaskanäle 28 weg. Die Gaskanäle 28 gehen in die mit
Abstand um den Sauerstoffauslaß io angeordneten Gaskanäle über. Eine weitere Dichtung
29 sohl den Gasgemischübertritt vom Gasverteilringkanal 27 zur Außenluft verhindern.
Damit ist auch eine streng getrennte Führung von Gasgemisch und Sauerstoff gewährleistet;
sie vermischen sich erst außerhalb der Düse.
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Der in dem schmalen Ringraum zwischen dem Injektor 14 und der Innenwand
der Düsenbohrung einmündende Pulverkanal 17 ist mit der biegsamen, Zuführungsleitung
31 verbunden, die in den Düsenkopf z. B. eingelötet ist. Die Zuführungsleitung 31
taucht mit ihrer Aufnahmeöffnung in das in einer kleinen Pfanne 33 aufgehäufte Pulver.
Die Pfanne 33 ist unter einem Trichter 34 mit Absperrhahn 35 angeordnet. Unterhalb
der Pfanne 33 sitzt eine Auffangpfanne 36 für das überschüssig ausfallende Pulver.
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Zur Regelung der Pulvermenge kann man über die Leitung 37 mit dem
Einstellventil 38 Luft oder ein sonst geeignetes Gas in die Zuführungsleitung 31
einführen, um den Sog auf das Pulver herabzusetzen. In der Regel hat der Sauerstoffstrom
eine solche Geschwindigkeit, daß diese Maßnahme unnötig ist. Selbstverständlich
ist das Pulver auch in anderer Weise als durch Sog zuführbar.
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Die Düse nach den Fig. i bis 5 wurde mit einem Angriffswinkel von
etwa io° auf die Oberfläche des Körpers B gerichtet. Die Sauerstoff-Acetylen Flamme
wurde auf eine kleine Fläche gerichtet, das Pulver in den Sauerstoffstrom gesogen
und die
Metalloberfläche behandelt. Die Düse wurde dabei parallel
zur Fläche in der Ausströmrichtung des Gases bewegt und die Behandlung so lange
in einer Richtung :durchgeführt, bis auf dem Metallkörper eine flache Kerbe G entstand.
Die Düsehatte folgende Abmessungen: Auslaß 10 3,2 mm 0, Bohrung 13 des Injektors
14 1,5 mm 0. Der Eintrittsdruck .des Sauerstoffes an der Stoßstelle 15 betrug etwa
1,5 bis bis 2 kg/cm2. Das Pulver bestand aus Ferromangan mit einem Gehalt von etwa
o, io % Kohlenstoff, 83 0/0 Mangan und im übrigen. aus Eisen bei einer Teilchengröße
mit dem durchschnittlichen Durchmesser von o,246 mm bis herab zu 0,175 mm.
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Die Düse gemäß Fig. i bewährte sich mit Ferromangan- und mit Eisenpulver
bei Schnitten durch Körper aus elektrolytischem Nickel und mit Ferromangan-Pulvern
bei Schnitten durch Kupfer-Silikon-Legierungen, Messing- und Kobalt-Chrom-Wolf r.am-Verbin:dungen.
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Beim Schneiden wurde ein Sauerstoffdruck zwischen 2, i und 3J5 5 kg/crn2
bei Metallstärken von 1,3 bis 3,8 cm und bei Stärken von 3,8 bis 7,6 cm ein Druck
zwischen 3,i5 und 4,5 kg/em2 verwendet. Beim Schneiden mit -derselben. Düse bewährte
sich bei einem Stahlkörper von 12,7 cm Stärke und 180/0 Chrom- und 8% Nickelgehalt
ein Sauerstoffdruck von: 6 kg/cm2.
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Das Verfahren ist also für Schneiden, Zerspanen und andere Abbauarbeiten
geeignet; dabei kann man auch andere Geräte anwenden. Fi:g. 6 und 7 zeigen z. B.
eine Schneiddüse, die .in der Mitte einen Sauerstoffkanal 4o hat. Um diesen liegen
mit Abstand mehrere Durchgangskanäle 4, aus denen während,der Arbeit fortlaufend
den Sauerstoff umhüllende Gase austreten und den Sauerstoffstrahl so schlauchartig
einhüllen. Der Düsenkopf N' entsprichtdem Düsenkopf in Fi:g. i und wird in einen
Blasrohrkopf 18' hineingeschraubt. Auch die Gas-und Sauerstoffkanäle entsprechen
den Kanälen 12 und 22 im Mittelstück R der Düse N, das bei der Düse N' aber fehlt.
Statt :das Pulver innerhalb des von der Injektoraußenwand und der Düseninnenwandgebildeten
Ringraumes in .den Sauerstoff einzuführen, wird hier das Pulver zwischen den aus
dem Düsenkopf austretenden Gas in den Sauerstoff eingeführt, und zwar an seinem
Austritt aus der Düse, also vor der Berührung mit dem 'Werkstück. Hierzu ist z.
B. ein Ansatz 42 auf den Düsenkopf aufgeschweißt, der mit einer Zufuhrleitung 44
für das Pulver aus einer Vorratsstelle (s.: Fig. i) verbunden ist. Der Ansatz 42
hat einen Auslaß 43, der in einer Ebene über den Düsenkopf vorspringend zwischen
zwei Gaskanälen 41 und ihren Auslässen liegt; diese Ebene des Ansatzes 42 liegt
schräg zur Achse des Sauerstoffkanals 40, so daß das Pulver schräg in den Sauerstoffstrahl
nahe der Mündung von Kanal 4o einsgeführt wird.
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Da der Sauerstoff mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit aus dem
Kanal 4o austritt, besteht am Pulverauslaß ein Sog. Das Pulver wird durch die brennenden
Gasströme bis auf Schmelztemperatur erhitzt und dann durch den Sauerstoff gegen
den Metallkörper geblasen, wo im Zusammenwirken von Pulver, Sauerstoff und Gas die
Schnittfuge entsteht. Das Pulver kann dem Sauerstoff statt durch Preßluft auch auf
andere Weise zugeführt werden.
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Schneidar:beiten mit dem Düsenkopf N' zeichnen sich dadurch aus, daß
durch den verhältnismäßig kleinen Austrittsquerschnitt des Kanals 40 und dem hohen
Pulvergehalt des Sauerstoffs eine sehr enge Schnittfuge erzielt wird. Der hohe Pulvergehalt
kommt durch die verhältnismäßig hohe Austrittsgeschwindigkeit zustande. Der Düsenkopf
N eignet sich besonders für Entgrat- und Zerspanarbeiten, dagegen weniger zum Schneiden,
weil der Sauerstoff innerhalb des Düsenkopfes zum Zwecke der Pulveraufnahme expandiert
und der pulveraufgeladene Sauerstoff aus,der Mündung io mit verhältnismäßig geringer
Geschwindigkeit und verhältnismäß@ig großem Querschnitt austritt.
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Ein anderer Vorteil der Düse N' gegenüber der Düse N ist ihre Einfachheit
und die leichte Änderungsmöglichkeit.
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Ein Vorteil der Düse N gegenüber der Düse N' besteht darin, daß die
Sogwirkung auf das Pulver beträchtlich größer und leichter und wirkungsvoller einstellbar
ist. Die Düse N' hat aber ebenfalls genügend Sog für das Pulver, denn die Sauerstoffgeschwindigkeit
nähert sich der Schallgeschwind4gkeit. Die Düse N wird dort vorteilhaft verwendet,
wo man eine flache Kerbe braucht; denn die kleinere Sauerstoffgeschwindigkeit an
der Mündung io hindert ein zu tiefes Eindringen. Die Düse N' gemäß Fig. 6 und 7
der Zeichnung bewährte sich beim Schneiden von rastfreiem Stahl und .Gußeisen.
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Weil Chrom bei 183o° C schmilzt und die Schmelzpunkte von verschiedenen
Chrom- und Chrom-Nickel-Lagerstählen zwischen 1175 und i5:25' C liegen, während
Chromoxyd (Cr2O;,) bei igoo° C, Nickel: bei i452' C und Nickeloxyd (Ni O) bei 2ogo°
C schmelzen, sind Chrom und Nickel Re:duziergrößen für das thermochemische Schneiden
von rostfreien Stählen. Chromoxyd und Nickeloxyd schmelzen erst hei bedeutend höheren
Temperaturen als das Grundmetall und werden offensichtlich zu einem zähen, schwer
schmelzbaren Oxydfilm geformt, der die weitere Oxydation unter den üblichen Bedingungen
verhindert. Das erfindungsgemäße Verfahren hat diesle Schwierigkeit überwunden,
weil die intenstive Verbrennungshitze des Pulvers und die unmittelbare Einwirkung
der brennenden Teilchen auf den Metallkörper die Re:duziergrößen zum Glühen und
Verbrennen hinreichend hoch erhitzt und die erhaltenen Pulveroxyde offensichtlich
als Flußmittel Mischungen bzw. Lösungen mit dem Chrom- und Nickeloxyd bewirken,
welche dies bis herab zu .den Schmelztemperaturen des Grundmetalls flüssig oder
verhältnismäßig flüssig halten.
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Fig. 8 und g zeigt den Körper B eines solchen rostwiderstandsfähigen
Materials mit der bei der Behandlung entstandenen Kerbe C, dessen Oberfläche mit
einer dünnen schwarzen Oxydschicht 5o (in Fig. g übertrieben dargestellt) bedeckt
ist; im übrigen erscheinen verschieden glänzende Flächen. Diese Schicht läßt sich
durch Überstreichen mit
einer lebhaften Flamme beseitigen nachdem
das Metall erkaltet ist.
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Der in Fig. io dargestellte 7,6 cm starke rostfreie Stahlkörper B'
zeigt auf der Flammschnittfläche 52 in der Nähe seiner höchsten Stelle ein Band
54, das im wesentlichen frei von Oxydschtichten und von selbst entstanden ist. Nächst
diesem Glanzstreifen 54 ist oft ein dünner schwarzer Oxydschichtstreifen 56 zu bemerken.
Bei dünnen und auch bei dickeren Metallkörpern zeigt bei Benutzung eines sehr breiten
Sauerstoffstrahls im wesentlichen die ganze Schnittfläche entsprechend dem Streifen
54 metallischen Gl.antz. Manche rostbeständigen Metallsorten sind mitunter über
die ganze Fläche hin mit Oxydschichten bedeckt. Die Fig. i i zeigt z. B. in hundertfacher
Vergrößerung die Struktur eines verfahrensgemäß durchschnittenen Körpers aus austenitischem
rostfreiem Stahil (18,33'/o Cr, 18,750/0 Ni) in der Nähe der Schnittfläche; die
dünne Oxydschicht hat das Bezugszeichen 56. Als Pulver wurde hier reines Eisenpulver
verwendet.