DD227904A1

DD227904A1 - Verfahren zum entrosten von teilen

Info

Publication number: DD227904A1
Application number: DD26898884A
Authority: DD
Inventors: Peter Wiesner; Bernd Oertel; Sabine Kluge; Nguyen D Hanh; Jens Gruenewald
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1985-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entrosten von Teilen mit Laserstrahlen, wobei eine korrosionsbestaendigere Oberflaeche erzeugt wird. Das Verfahren soll mit einem kontinuierlichen, die Oberflaeche ueberstreichenden Laserstrahl bei haertbaren Staehlen ein Verdampfen des Rostes und ein gleichzeitiges Haerten oder Umschmelzveredeln der Stahloberflaeche bewirken, wodurch eine korrosionsbestaendigere Oberflaeche entsteht. Die Aufgabe wird geloest, indem der von einem kontinuierlich arbeitenden CO2-Gaslaser erzeugte und fokussierte Laserstrahl durch ein Spiegelschwingsystem nach einem bestimmten Muster ueber die zu entrostende und vor Korrosion zu schuetzende Oberflaeche gefuehrt wird. Die Leistung des Laserstrahles ist so bemessen, dass der Rost verdampft und gleichzeitig die Stahloberflaeche gehaertet oder aufgeschmolzen wird. Der Rost wirkt fuer das Licht des CO2-Lasers als Absorptionsschicht. Durch das Verfahren werden die zwei Arbeitsgaenge Entrosten und Korrosionsschutz zu einem Arbeitsgang zusammengefasst. Das Verfahren ist umweltfreundlich und leicht automatisierbar.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entrosten von Teilen mit Laserstrahlen, wobei gleichzeitig eine korrosionsbeständigere Oberfläche erzeugt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, verrostete Stahloberflächen mechanisch, chemisch oder thermisch zu entrosten. Zu den mechanischen Verfahren zählen das Abklopfen (Rostklopfen), Abbürsten oder Sandstrahlen. Diese Verfahren sind mit schweren körperlichen Arbeiten und hohen gesundheitlichen Belastungen durch Staub verbunden. Außerdem werden die Oberflächen mechanisch beeinflußt oder beschädigt.

Ein chemisches Verfahren ist das Beizen mit Säuren. Es ist nur für kleine Teile geeignet und verlangt besondere Arbeitsschutzmaßnahmen. Nach dem Beizen müssen die Teile gewaschen und passiviert werden. Die Abprodukte stellen bei unsachgemäßer Handhabung öder technischen Fehlern eine hohe Umweltbelastung dar.

Als thermisches Verfahren, welches den Rost absprengt, ist das Flammstrahlen bekannt. Es verursacht viel Lärm und Rauch und ist mit hohen thermischen Belastungen für die Arbeiter und die zu entrostenden Teile verbunden.

Man kann zum Entrosten natürlich auch andere Wärmequellen einsetzen. In der DE-OS 29 43 107 ist vorgeschlagen, Laserstrahlen zum Entrosten einzusetzen. Dazu soll ein Atmosphärendruck-Gaslager mit Impulsspitzenleistungen von 30 MW verwendet werden.

Die Impulsdauer liegt zwischen 1 und 100 με. Die Energieabgabe je Impuls beträgt 1 bis 5 Ws. Die Laserimpulse werden auf Brennfleckgrößen von 0,3 bis 2 cm² fokussiert. Die Impulsfrequenz kann zwischen 1 und 1000 Hz variiert werden. Vorzugsweise wird mit 100 bis 500 Hz gearbeitet. Die Besonderheit des Verfahrens besteht darin, daß die Laserparameter mit dem wärmephysikalischen Werten des Rostes und des Grundwerkstoffes so abgestimmt werden, daß der Rost verdampft, die Metalloberfläche aber nicht angegriffen oder thermisch belastet wird. Das Ziel des Verfahrens besteht darin, eine metallisch blanke Oberfläche für eine anschließende Konservierung (Streichen) zu erzeugen.

Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß Impulslaser mit sehr hohen Leistungen (1200 KW mittlere Leistung) notwendig sind.

Der Laser muß mit einem Querstromgebläse und einem Gaskühler ausgerüstet sein. Die üblichen CO₂-Gaslaser, wie sie in der Materialbearbeitung zur Anwendung kommen, können für das in der DE-OS 29 43 107 beschriebene Verfahren nicht eingesetzt werden.

Es ist weiter bekannt. Ladungsträgerstrahlen zum Säubern von Oberflächen einzusetzen (DD-PS 147 457). Das Verfahren wird zum Säubern von Oberflächen vor dem Elektronenstrahlschweißen angewendet. Der punktförmige Elektronenstrahl wird dabei nach einem bestimmten Muster über die zu säubernde Fläche geführt. Vorteilhaft ist dabei die leichte Steuerbarkeit des Elektronenstrahles. Der Laserstrahl ist nicht so leicht steuerbar. Es sind aber auch Lösungen zum Steuern eines Laserstrahles bekannt, die zum Abrastern einer Fläche führen. In der CH-PS 616 357 ist vorgeschlagen, zur Ablenkung des Laserstrahles in zwei orthogonale Richtungen gesteuerte Galvanometerspiegel einzusetzen. Eine speziell für das Flächenhärten entwickelte Einrichtung ist in der US-PS 3 848 104 dargestellt. Der Laserstrahl trifft auf zwei mit 100 ... 300 Hz schwingende Spiegel, die ein Oszillieren des Laserstrahles auf der Werkstückoberfläche bewirken. Das Werkstück wird außerdem senkrecht zur Richtung der Oszillation bewegt.

Dadurch entstehen auf der Oberfläche gehärtete Bereiche in Form von Bändern, deren Breite von der Amplitude der Oszillation des Laserstrahles abhängt.

Das Härten von Metalloberflächen mit dem Laserstrahl gehört heute zum Stand der Technik. Es ist auch möglich, mit dem Laserstrahl Oberflächen umzuschmelzen (US-PS 3 304 978) oder zu beschichten (US-PS 3 952 180). Man erzeugt auf diese Weise harte und verschleißfeste Oberflächen. Es ist aber kein Verfahren bekannt, mit dem Laserstrahl Oberflächen zu entrosten und gleichzeitig vor Korrosion zu schützen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, welches die beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren, schlechte Arbeitsbedingungen, hohe Umweltbelastung, großer Arbeitsaufwand, leistungsstarke Geräte und kein gleichzeitiger Korrosionsschutz, vermeidet und das Entrosten und Erzeugen korrosionsbeständiger und verschleißfester Oberflächen in einem Arbeitsaano mit dem Laserstrahl aewährleistet.

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Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches ein gleichzeitiges Entrosten und Erzeugenkorrosionsbeständigerer Oberflächen mit einem kontinuierlichen, die Oberfläche überstreichenden Laserstrahl bei härtbaren Stählen durch Verdampfen des Rostes und Härten oder Umschmelzveredeln der Stahloberfläche erlaubt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der von einem kontinuierlich arbeitenden COj-Gaslaser erzeugte und fokussierte Laserstrahl durch ein Spiegelschwingsystem nach einem bestimmten Muster über die zu entrostende und vor Korrosion zu schützende Stahloberfläche geführt wird. Die Leistung des Laserstrahles ist so bemessen, daß der Rost verdampft und gleichzeitig die Stahloberfläche gehärtet oder aufgeschmolzen wird. Infolge der kurzen Aufheizzeit und der hohen Abkühlgeschwindigkeit entsteht gehärtetes Gefüge, das eine höhere Korrosionsbeständigkeit aufweist als normal gehärtetes Gefüge. Das Verfahren ist auf alle härtbaren Stähle anwendbar. Es wird vorzugsweise ohne Aufschmelzen der Oberfläche durchgeführt. Das Verfahren kann an Luft, unter Schutzgas oder unter reduzierender Atmosphäre aufgeführt werden. Es ist für kleine und große Flächen anwendbar. Die Dicke der Teile spielt keine Rolle. Bei dünnen Werkstücken muß durch entsprechende Maßnahmen für eine zusätzliche Abkühlung gesorgt werden, um ein Verziehen der Teile zu vermeiden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörende Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zum Entrosten und Erzeugen einer korrosionsbeständigeren Oberfläche und in Fig. 2 eine entrostende und vor Korrosion geschützte Oberfläche. Durch einen kontinuierlich arbeitenden CO₂-Gaslaser wird ein Laserstrahl mit einer Leistung von 1 KW und einer Wellenlänge von 10,6 μιτη erzeugt. Diese Wellenlänge wird'von Rost gut absorbiert. Der vom Resonator kommende Laserstrahl 1 wird durch die Linse 2 fokussiert. Er trifft auf den um die Achse 4 drehbaren Spiegel 3. Von diesem Spiegel 3 gelangter Laserstrahl 1 zu dem um die Achse 3 drehbaren Spiegel 5. Dieser Spiegel 5 lenkt den Laserstrahl 1 auf das an der Oberfläche zu entrostende und vor Korrosion zu schützende Werkstück 7. Die beiden Spiegel 3 und 5 schwingen um die Achsen 4 und 6. Der Winkel beträgt nur wenige Grad. Durch die Bewegung der Spiegel 3 und 5 wird der Laserstrahl 1 in einer Linie über das Werkstück 7 geführt. Der Brennfleck bleibt dabei stets auf der Werkstückoberfläche. Beim Auftreffen des Laserstrahles auf dem Rost wird dieser so hoch erhitzt, daß er verdampft. Während des Erhitzens gibt der Rost durch Wärmeleitung Energie an den Grundwerkstoff ab. Außerdem gelangt ein Teil der Laserenergie bis zur Stahloberfläche. Dadurch wird diese auf eine Temperatur, die zum Härten ausreichend ist, erwärmt. Die Wärme wird sehr schnell in den Werkstoff abgeleitet. Durch Selbstabschreckung kommt es zu einer Härtung der Oberfläche. Wegen der kurzen Aufheizzeiten und der hohen Abkühlgeschwindigkeit, sie beträgt bei Stahl 10³ K/s, entsteht ein spezielles Härtegefüge mit einer höheren Korrosionsbeständigkeit.

Um aus der durch die Spiegel 3 und 5 hervorgerufenen Linienführung eine Flächenüberstreichung zu erzeugen, kann entweder das Werkstück 7 nach jeder Schwingung um einen kleinen Betrag bewegt werden, oder die ganze Schwingeinrichtung wird nach jeder Schwingung um einen kleinen Winkel gedreht. Dadurch überstreicht der Laserstrahl eine Fläche. Er erzeugt dabei ein Muster, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Parameter des Laserstrahles und die Bewegungen des Laserstrahles 1 können so eingestellt werden, daß die Oberfläche gleichmäßig entrostet und vor Korrosion geschützt wird. Die Arbeitsrichtung des Laserstrahles 1 ist beliebig. Es kann in allen Positionen gearbeitet werden.

Claims

- 1 - 689 Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zum Entrosten von Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichzeitiges Entrosten und Erzeugen korrosionsbeständigerer Oberflächen durch einen kontinuierlichen, die Oberfläche überstreichenden Laserstrahl (1) bei härtbaren Stählen durch Verdampfen des Rostes und Härten oder Umschmelzveredeln der Stahloberfläche erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (1) durch Spiegel (3) und (5) über die Oberfläche des Werkstückes (7) geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (7) durch einen Koordinatentisch oder durch einen Oberflächenmotor bewegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lasergenerator in einem gesonderten Raum steht und der Laserstrahl (1) über Spiegelsysteme ins Freie geführt wird, um große Werkstücke, insbesondere Schiffe, Schiffsteile, Brücken und Brückenteile zu entrosten und vor Korrosion zu schützen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entrosten und das Erzeugen einer korrosionsbeständigen Oberfläche unter Schutzgas oder unter einer reduzierenden Atmosphäre erfolgen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter dem Laserstrahl (1) eine rotierende Drahtbürste, Schleif- oder Polierscheibe angeordnet wird, um eine bestimmte Oberflächenqualität zu erreichen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Entrosten gleichzeitig alte Färb- und Schmutzschichten entfernt werden, wobei diese Schichten gleichzeitig als Absorptionsschichten wirken.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch ein Lichtleitkabel an die Bearbeitungsstelle geleitet wird, wobei größere Entfernungen zwischen Lasergenerator und Werkstück überbrückt werden können und die Bewegung des Laserstrahles durch die Bewegung des Lichtleitkabels realisiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur ebene, sondern auch runde Werkstücke entrostet und mit einer verschleißfesteren Oberfläche versehen werden können.