NL2004436C2 - Werkwijze voor het bekleden van een cilinderstang. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het bekleden van een cilinderstang Achtergrond van de uitvinding 5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verduurzamen van een drijfstang.

De uitvinding heeft verder betrekking op een drijfstang.

De uitvinding heeft verder betrekking op een hydraulische cilinder.

De uitvinding heeft specifiek betrekking op een drijfstang, echter de uitvinding is 10 breder toepasbaar op een werkstuk in het algemeen, waarvoor duurzaamheid, specifiek corrosie- en slijtvastheid van bijzonder belang is. De uitvinding kan bijvoorbeeld ook met voordeel worden toegepast op loop- of glijvlakken waartegen een drijfstang loopt of glijdt.

De uitvinding heeft verder betrekking op een schroefas.

15 EP 1082180 houdt verband met een harde coating, of ook beschermlaag, in het algemeen en in het bijzonder met een methode voor het toepassen van een coating op een substraat.

Het is bekend om een corrosievaste coating aan te brengen op constructiemateriaal dat onvoldoende corrosievast is. Echter enerzijds is in het 20 algemeen een coating op basis van een corrosievaste metaal onvoldoende hard om ook slijtvast te kunnen zijn. Anderzijds is een slijtvaste coating in het algemeen niet voldoende corrosievast en bovendien moeilijk te bewerken.

Het is bekend cilinderstangen galvanisch te coaten met een laag op basis van nikkel en chroom voor het verduurzamen van de cilinderstang. Echter deze galvanisch 25 aangebrachte NiCr laag is onder omstandigheden niet voldoende slijt- en corrosievast. In een zure omgeving bijvoorbeeld lost het chroom op waardoor de coating niet meer voldoende functioneert als loop- of glijvlak.

Het is verder bekend een cilinderstang met een keramische coating te bekleden voor het verduurzamen van de cilinderstang. De slijt- en corrosievastheid van deze 30 keramische coating is erg afhankelijk van de kwaliteit van het proces van het aanbrengen. Hierdoor zijn in de praktijk in de coating vaak poriën aanwezig die de corrosievastheid ondermijnen. Verder kan de hechting van de keramische coating met de drijfstang onvoldoende zijn, waardoor de keramische coating onder 2 gebruiksomstandigheden kan loslaten. Bovendien is de keramische coating moeilijk te bewerken.

Het is verder bekend een coating op te lassen. Vanwege het smeltproces bij het oplassen van de coating, zijn er metallurgische beperkingen, waardoor de combinatie 5 van een slijt- en corrosievaste coating zonder poriën en scheuren moeilijk te realiseren is.

Bij de toepassing van een bovenstaande coating op een hydraulische cilinderstang, is het doorgaans nodig de cilinderstang na te bewerken middels slijpen voor het verkrijgen van een lage ruwheidswaarde in verband met loopeigenschappen 10 van de cilinderstang en met het afdichten van een cilinderhuis op de cilinderstang. Dit slijpen is een tijdrovende en kostbare bewerking.

Samenvatting van de uitvinding 15 De uitvinding heeft tot doel een alternatieve werkwijze voor het verduurzamen van een drijfstang te verschaffen.

De uitvinding heeft verder tot doel een werkwijze voor het verduurzamen van een drijfstang te verschaffen, waarbij de werkwijze een of meer bovengenoemde problemen geheel of gedeeltelijk oplost.

20

De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze voor het verduurzamen van een drijfstang, waarbij de werkwijze omvat; - lasercladden van een oppervlak van de drijfstang voor het aanbrengen van een metaallaag, alvorens 25 - verstevigen van de drijfstang ter plaatse van het oppervlak.

Lasercladden, ook wel laseroplassen of “laser overlay welding”, is een op zich bekend proces waarbij met relatief weinig warmte-inbreng een dunne metaallaag wordt opgebracht op een werkstuk. Bij het lasercladden versmelt de dunne metaallaag met het 30 basismateriaal van het werkstuk. Versmelten wil zeggen dat tijdens het lasercladden smelt plaatsvindt van zowel het basismateriaal van het werkstuk als de metaallaag, waarbij een geringe vermenging van het basismateriaal en de metaallaag ontstaat.

3

Hierbij wordt een metallische binding verkregen tussen het basismateriaal en de metaallaag.

In verband met lasercladden zijn andere vormen van oplassen eveneens denkbaar waarbij deze vormen ten opzichte van lasercladden het nadeel hebben van een grotere 5 warmte-inbreng in het werkstuk en dat de aangebrachte laag relatief dik is.

Verstevigen, “work hardening” of ook wel “strain hardening”, heeft in dit verband zijn normale betekenis en is een op zich bekende verhoging van de sterkte die optreedt, als een materiaal koud vervormd wordt.

Door het lasercladden van een oppervlak van de drijfstang alvorens verstevigen 10 van het oppervlak van de drijfstang, wordt een uitstekende hechting verkregen van de metaallaag en oppervlak van de drijfstang terwijl tegelijk een goede hardheid wordt verkregen. De vrijheid in materiaalkeuze van de metaallaag wordt hiermee vergroot. Bovendien wordt het mogelijk bij het verstevigen een geschikte ruwheidswaarde van de metaallaag te bereiken waardoor het tot nu toe gebruikelijke slijpen achterwege kan 15 blijven.

Een drijfstang is in dit verband bijvoorbeeld een cilinderstang van een hydraulische cilinder. Andere drijfstangen zijn denkbaar, waarbij het belangrijk is dat de drijfstang deel uitmaakt van een aandrijfinrichting, en waarbij lagerkrachten aangrijpen op het oppervlak voor het beweegbaar houden van de drijfstang en in het 20 bijzonder wanneer er afdichting is tegen de drijfstang ter plaatse van het oppervlak. Een schroefas van een voortstuwingsinrichting van een vaartuig is eveneens een voorbeeld van een drijfstang waarop de werkwijze volgens de uitvinding met voordeel is toe te passen. Een oppervlak van de drijfstang is mogelijk een deel van het buitenoppervlak van de drijfstang, specifiek meerdere delen van het buitenoppervlak van de drijfstang, 25 meer specifiek de gehele buitenmantel van de drijfstang.

In een uitvoeringsvorm van deze werkwijze volgens de uitvinding, omvat de werkwijze, verspanend bewerken van het oppervlak van de drijfstang alvorens verstevigen van het oppervlak van de drijfstang.. Door verspanend bewerken van het 30 het oppervlak van de drijfstang alvorens verstevigen van het oppervlak van de drijfstang, wordt slijpen des te meer overbodig voor het verkrijgen van de eindmaat en de gewenste ruwheid van het oppervlak (4) van de drijfstang.

4

In een uitvoeringsvorm van deze werkwijze volgens de uitvinding, omvat het verstevigen, drukwalsen en/of drukrollen.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, verkrijgt het 5 oppervlak van de drijfstang een hardheid > 400 HV hetgeen het toepassingsgebied van de drijfstang belangrijk verruimt naar bijvoorbeeld offshore.

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, verkrijgt het oppervlak van de drijfstang een oppervlakteruwheid geschikt voor een loopvlak voor 10 afdichtingen, specifiek een Ra-waarde tussen 0,05 en 0,3 jum.

De werkwijze verschaft hiermee het oppervlak van de drijfstang een oppervlakteruwheid zodanig dat het oppervlak van de drijfstang zeer geschikt is als loopvlak voor afdichtingen zoals bijvoorbeeld aanwezig in een hydraulische cilinder rond de cilinderstang.

15

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, verkrijgt het oppervlak van de drijfstang een Rk die tenminste een factor 5 kleiner is dan de Rk alvorens toepassen van de werkwijze hetgeen gunstig is met betrekking tot levensduur en draagvermogen van het werkstuk bij het substraat.

20

In een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, is de drijfstang een cilinderstang of een schroefas.

De uitvinding verschaft daartoe een drijfstang verduurzaamd met een werkwijze 25 volgens de uitvinding.

In een uitvoeringsvorm van deze drijfstang volgens de uitvinding, omvat de drijfstang ongelegeerde en gelegeerde staalsoorten ten behoeve van constructieve doeleinden.

De uitvinding verschaft daartoe een hydraulische cilinder omvattend een drijfstang volgens de uitvinding.

30 5

De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze voor het verduurzamen van een werkstuk, waarbij de werkwijze omvat; - lasercladden van een substraat van het werkstuk voor het aanbrengen van een metaallaag, alvorens 5 - verstevigen van het werkstuk ter plaatse van het substraat.

Een werkstuk is in dit verband een metalen deel dat wordt belast met een aanzienlijke vlaktedruk en/of onder corrosieve omstandigheden dienst doet, bijvoorbeeld een cilinderstang.

10 De uitvinding betreft verder een inrichting voorzien van een of meer van de in de bijgevoegde beschrijving omschreven en/of in de bijgevoegde tekeningen getoonde kenmerkende maatregelen.

De uitvinding betreft verder een werkwijze omvattend een of meer van de in de bijbehorende beschrijving omschreven en/of in de bijbehorende tekeningen getoonde 15 kenmerkende stappen.

Het moge duidelijk zijn dat de verschillende aspecten genoemd in deze octrooiaanvrage gecombineerd kunnen worden en elk afzonderlijk in aanmerking kunnen komen voor een afgesplitste octrooiaanvrage.

20 Korte beschrijving van de figuren

In de bij gevoegde figuren is een uitvoeringsvorm van een de werkwijze volgens de uitvinding weergegeven waarin getoond wordt in:

Fig. la-c een deel van een drijfstang tussen de stappen van de werkwijze volgens 25 de uitvinding; fig. 2 een hydraulische cilinder voorzien van een cilinderstang bewerkt met de werkwijze volgens de uitvinding, fig. 3a een schematisch weergegeven Abbott Firestone curve, en in fig. 3b een Abbott Firestone curve van een cilinderstang alvorens en na de 30 werkwijze volgens de uitvinding.

Beschrijving van uitvoeringsvormen 6

Fig. la-c toont een deel van een drijfstang 1 tussen de stappen van de werkwijze volgens de uitvinding. Waar in deze beschrijving over werkstuk wordt gesproken kan drijfstang worden gelezen, een drijfstang zijnde een voorbeeld van een werkstuk. Het werkstuk 1 is hier een cilinderstang, echter niet alleen as- of buisvormige producten 5 zijn mogelijk, ook vlakke of ruimtelijk gevormde producten komen in aanmerking voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding. Het werkstuk strekt zich hier uit langs een centrale as 3. Het werkstuk 1 omvat een basismateriaal 2, hier een staalsoort. Het oppervlak 4, hier de buitenmantel van de cilinder, is het substraat 5 of doeloppervlak. Dit oppervlak 4 dient te worden verduurzaamd met betrekking tot 10 corrosie en mechanische belasting. Fig. lb toont het werkstuk 1 na het lasercladden van het substraat 5 van het werkstuk 1 teneinde een metaallaag 6 aan te brengen. Deze metaallaag 6 vormt een deklaag ter bescherming van het basismateriaal 2 van het werkstuk 1. Het oppervlak 4’ is hier de buitenmantel van de cilinder. Fig. Ie toont het werkstuk 1 na verstevigen van het werkstuk 1 ter plaatse van het substraat 5. Het 15 oppervlak 4” is hier de buitenmantel van de cilinder na verstevigen. Het koud vervormen van het oppervlak 4’ uit fig. lb naar het oppervlak 4” uit fig. Ie is ter verduidelijking overdreven weergegeven. .De metaallaag 6 omvat corrosievaste metalen. Het verstevigen van deze corrosievaste metalen is voordelig omdat het toepassingsgebied voor het werkstuk wordt verruimd naar bijvoorbeeld offshore en 20 petrochemie of voor gebruik onder water. Door een mechanische versteviging van de metaallaag 6 wordt de hardheid aanzienlijk verhoogd hetgeen voordelig is met betrekking tot de slijtvastheid en vermoeiingssterkte. Het verstevigen van de metaallaag 1 van het werkstuk 1 omvat in de praktijk drukwalsen en/of drukrollen.

In een uitvoering van de werkwijze wordt een verspanend bewerking op het 25 werkstuk 1 uitgevoerd alvorens verstevigen van het werkstuk 1 ter plaatse van het substraat 5. Dit is voordelig omdat hiermee het werkstuk 1 direct na de werkwijze op eindmaat is. Het gebruikelijke op maat slijpen is daarbij overbodig geworden.

Fig. 2 toont een hydraulische cilinder 7 voorzien van een cilinderstang 13. Deze cilinderstang 13 is een voorbeeld van een werkstuk 1 dat geschikt is om met de 30 werkwijze volgens de uitvinding te worden bewerkt. Het is denkbaar dat de omlopende loop- of glijvlakken 10, 12 van het cilinderhuis 11 eveneens worden bewerkt met de werkwijze volgens de uitvinding.

7

Fig. 3a en 3b toont een Abbott Firestone curve (verder curve). Deze curve is ook bekend als draagaandeelkromme of materiaal-aandeelkromme en is tevens onderwerp van normalisatie (DIN ISO 4287 en DIN ISO 13565-1 en 2). De curve is een hulpmiddel bij het kwalificeren van oppervlakken en/of oppervlaktebehandeling. De 5 curve is bekend in de literatuur en wordt bekend verondersteld in verband met deze aanvrage. Fig. 3a is een schematisch weergegeven curve 8 ter illustratie. De in fig. 3a weergegeven parameters worden kort verduidelijkt. Op de verticale as wordt “Rx” uitgezet in pm, en op de horizontale as het materiaalaandeel tp in procenten. Rk staat voor kemruwheidsdiepte en is de diepte van het ruwheidskemprofiel. Het 10 ruwheidskemprofiel is het ruwheidsprofiel op basis waarvan de curve 8 wordt opgesteld waarbij de meest uitschietende toppen en dalen worden weggelaten. Rpk staat voor gereduceerde toppenhoogte en Rvk staat voor de gereduceerde daldiepte. Het materiaalaandeel Mri staat voor het kleinste materiaalaandeel tp van het ruwheidskemprofiel. Het deel van de curve links van Mri houdt verband met 15 uitschietende toppen in het ruwheidsprofiel. Materiaalaandeel Mr2 staat voor het grootste materiaalaandeel van het ruwheidskemprofiel. Het deel van de curve rechts van Mr2 houdt verband met de uitschiedende mwheidsdalen van het ruwheidsprofiel. Het deel van de curve tussen Mri en Mr2 houd verband met het stabiele middengebied van het ruwheidskemprofiel en de daarmee samenhangende waarde Rk is representatief 20 voor het dragend vermogen van het substraat, hier de drijfstang, specifiek een cilinderstang. Deze Rk heeft een sterke relatie met het gedrag van een drijfstang gedurende zijn levensduur.

De fig. 3b toont een curve van een cilinderstang uit Inconel 625 voor en na toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding. De met een onderbroken lijn 25 weergegeven curve 14 heeft betrekking op de cilinderstang alvorens toepassen van de werkwijze. De curve 15 heeft betrekking op de cilinderstang nadat de werkwijze volgens de uitvinding is uitgevoerd op de cilinderstang. De gemeten ruwheidswaarde Ra verbeterde na toepassen van de werkwijze van 0,82 pm naar 0,1 pm hetgeen gunstig is met betrekking tot slijtagegedrag op zich en de voorspelbaarheid daarvan.. De 30 kemruwheidsdiepte Rk verbeterde van 2,72 pm naar 0,36 pm hetgeen gunstig is voor het draagvermogen en levensduur van de drijfstang op zich en de voorspelbaarheid van het draagvermogen en de levensduur van de drijfstang. De verbetering van de Rk is ook gunstig voor afdichting tussen bijvoorbeeld een cilinderhuis en de drijfstang. De 8 waarden zijn in onderstaande tabel weergegeven. In de tabel wil Rx in urn zeggen dat elk van de parameters Ra, Rk, RPk, Rvk in urn is gegeven.

Rx [jim] “Curve 14” “Curve 15”

~Rl (k82 ÖJ

~Ri 2/72 Ö36 ~R^ ÖA9 Öj2

Xk 0^9 ÖJ7 5 Het effect van de werkwijze volgens de uitvinding is een verbetering van de ruwheidswaarde Ra en Rk waarbij tegelijk een geschikte hardheid wordt verkregen van > 400 HV.

Uitvoeringsvoorbeeld 10

De werkwijze is met verschillende metaallagen 6 uitgevoerd en getest. Een metaallaag 6 van de nikkelbasislegering Inconel 625 (NiCr22Mo9Nb) en Stellite 21 (CoCr28Mo) zijn op hydraulische teststangen aangebracht middels lasercladden, afgedraaid en verstevigd middels rollen. Inconel 625 heeft een hardheid na lasercladden 15 van circa. 270 HV wat onvoldoende is voor toepassing onder omstandigheden. Na rollen verbetert de hardheid naar circa 440 HV. Stellite 21 verbetert met betrekking tot hardheid van circa 400 HV na lasercladden naar circa 540 HV of zelfs beter. In dit uitvoeringsvoorbeeld was de ruwheid (Ra) circa 0,2 (Jm na toepassen van de werkwijze.

20 Het moge duidelijk zijn dat de bovenstaande beschrijving is opgenomen om de werking van voorkeursuitvoeringen van de uitvinding te illustreren, en niet om de reikwijdte van de uitvinding te beperken. Uitgaande van de bovenstaande uiteenzetting zullen voor een vakman vele variaties evident zijn die vallen onder de geest en de reikwijdte van de onderhavige uitvinding.

25

Claims (11)

1. Werkwijze voor het verduurzamen van een drijfstang, waarbij de werkwijze omvat; - lasercladden van een oppervlak (4) van de drijfstang voor het aanbrengen van een metaallaag (6), alvorens - verstevigen van de drijfstang ter plaatse van het oppervlak (4). 10

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de werkwijze omvat, verspanend bewerken van het oppervlak (4) van de drijfstang (1) alvorens verstevigen van het oppervlak (4) van de drijfstang (1).

3. Werkwijze volgens een voorgaande conclusie, waarbij het verstevigen omvat, drukwalsen en/of drukrollen.

4. Werkwijze volgens een voorgaande conclusie, voor het verkrijgen van een hardheid > 400 HV van het oppervlak (4) van de drijfstang (1). 20

5. Werkwijze volgens een voorgaande conclusie, voor het verkrijgen van een oppervlakteruwheid, van het oppervlak (4) van de drijfstang (1), geschikt voor een loopvlak voor afdichtingen.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, voor het verkrijgen van een Ruwaarde tussen 0,05 en 0,3 jum van het oppervlak (4) van de drijfstang (1)..

7. Werkwijze volgens een voorgaande conclusie, voor het verkleinen van de Rk van het oppervlak (4) van de drijfstang (1) met tenminste een factor 5. 30

8. Werkwijze volgens een voorgaande conclusie, waarbij de drijfstang een cilinderstang (13) of een schroefas is.

9. Drijfstang verduurzaamd met een werkwijze volgens een voorgaande conclusie.

10. Drijfstang volgens een voorgaande conclusie, omvattend ongelegeerde en 5 gelegeerde staalsoorten ten behoeve van constructieve doeleinden.

11. Hydraulische cilinder (7) omvattend een drijfstang volgens een voorgaande conclusie. 10 -o-o-o-o-o-o-