DK152096B - Fremgangsmaade til boring af hul eller spalte i et emne ved hjaelp af en energistraale - Google Patents

Description

DK 152096B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til boring af et hul, en spalte eller en anden passage gennem et arbejdsstykkes væg med en første og en anden flade ved lokaliseret påvirkning fra en energistråle.

5 Udnyttelsen af elektronstråleenergi til boring af ét eller flere huller i et metallisk eller ikke-metallisk arbejdsstykke er kendt. I henhold til USA patentskrift nr. 4239954 anvendes der under boringsprocessen et såkaldt støttelag, normalt i form af en belægning, på den sidst gen-nemtrængte flade på arbejdsstykket. Støttelaget skal absorbere over-10 skudsenergi fra elektronstrålen, når denne gennemtrænger arbejdsstykkets sidste flade, samt gennem strålens indvirkning lokalt på dette støttelag frembringe et tilstrækkeligt damptryk til at støde smeltet arbejdsstykkemateriale ud af hullet, som bores, i retning modsat elektronstrålens udbredelsesretning, dvs. ud af indgangen til 15 hullet i den først gennemtrængte flade på arbejdsstykket. Som følge af denne udstødning af smeltet materiale fra hullet er der imidlertid opstået problemer med gratdannelse omkring hullets periferi på den først gennemtrængte flade. Boregraterne synes at blive dannet af det smeltesprøjt, som udstødes fra hullet og derefter størkner og hæfter 20 fast til den først gennemtrængte flade omkring hullet. For at fjerne graterne fra overfladen kræves der en bekostelig efterbehandlingsprocedure.

Ved udviklingen af elektronstråleboring har man søgt at justere boringsparametre såsom stråleenergi, impulsvarighed og fokuserings-25 niveau for at formindske mulig gratdannelse omkring hullet. Hidtil har sådanne forsøg imidlertid vist sig at være ineffektive, især ud fra en økonomisk synsvinkel.

Fra engelsk patentskrift nr. 1.145.611 er det kendt at bore huller i et arbejdsstykke ved hjælp af energistråler, og for at hindre, at det 30 borede hul får en forøget diameter ved den flade, hvor strålerne først rammer arbejdsstykket, foreslås det at forsyne denne flade med et lag af metal eller et andet materiale med god varmeledningsevne.

Efter boringen af hullet fjernes dette metallag igen ved slibning eller ætsning. Et sådant beskyttelseslag af metal hindrer ikke, at smelte 2

DK 152096B

sprøjt hæfter fast til arbejdsstykkets overflade omkring det borede hul, og endvidere indebærer den efterfølgende fjernelse af det metalliske beskyttelseslag en temmelig arbejdskrævende slibe- eller ætseproces.

5 Ved opfindelsen er der blevet tilvejebragt en fremgangsmåde af den indledningsvis nævnte art, ved hvilken den nævnte gratdannelse på en simpel måde kan hindres.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er af den art, hvor smeltesprøjt fra arbejdsstykket ved den lokaliserede påvirkning fra en energistråle TO på den første flade stødes ud af hullet under boringen og i form af én eller flere grater afsætter sig på samt hæfter fast til et på den første flade påført og mod smeltesprøjt beskyttende lag, som efter afsluttet boring fjernes, og fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der som beskyttelseslag anvendes et forbrugbart 15 materiale af keramisk stopmateriale med høj varmebestandighed således, at varmt smeltesprøjt, som stødes ud af hullet under boringen i arbejdsstykkets væg, afsættes på dette lag, og at det varme smeltesprøjt, som afsættes på laget, selv om energistrålen let trænger gennem laget og rammer den første flade, ikke trænger gennem det 20 keramiske materiale og hæfter til den første flade, idet den varme, som frembringer i arbejdsstykkets væg under boringen, ikke væsentligt nedbryder laget således, at dettes fasthæftning til den første flade svækkes, samt er uskadelig for arbejdsstykkets egenskaber.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen forhindres dannelsen af grater 25 omkring et hul, der bores, ved, at det varme smeltesprøjt, som under boringen i arbejdsstykkets væg udstødes fra hullet, afsættes på beskyttelseslaget i stedet for på arbejdsstykkets overflade. Beskyttelsesmaterialet kendetegnes af en høj varmemodstandsevne, så at det varme smeltesprøjt, der afsættes på laget, ikke trænger igennem dette 30 og således ikke kan hæfte fast til arbejdsstykkets overflade, selv om energistrålen let trænger igennem laget. Endvidere vil den varme, der frembringes i arbejdsstykkets væg under boringen, ikke i alvorlig grad nedbryde laget eller forårsage, at beskyttelseslaget frigør sig fra arbejdsstykkets overflade. Materialet i beskyttelseslaget skal

DK 152096B

3 endvidere være uskadeligt for arbejdsstykket, idet det ikke må påvirke arbejdsstykkets egenskaber eller struktur negativt ved tilførsel af forureninger under boringen.

Selv om der kan benyttes forskellige keramiske materialer til beskyt-5 telseslaget, foretrækkes bornitrid, fx i form af et i hovedsagen kontinuerligt lag på den først gennemtrængte flade. Normalt fremstilles bornitridlaget ved blanding af bornitridpartikler med et flydende fortyndingsmiddel, fx vand, og et bindemiddel, og blandingen kan så pensles eller sprøjtes jævnt ud over den først gennemtrængte flade.

10 Ved tørring af belægningen på arbejdsstykkets overflade opnås et vedhæftende bornitridbeskyttelseslag.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, på hvilken den eneste figur skematisk viser et arrangement til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen på en 15 arbejdsstykkevæg med derpå anbragt støtte- og afbryderlag.

I figuren er der således vist en væg 2 på et arbejdsstykke, i hvilket der skal bores, og som har en første eller først gennemtrængt overflade 4 og en anden eller sidst gennemtrængt overflade 6, idet den første overflade vender mod en elektron kanon 8, som frembringer en 20 elektronstråle 8a og retter denne mod den første overflade for boring.

På den sidst gennemtrængte overflade anbringes der et støttemateriale i form af et lag 10 til absorbering af overskudsenergi fra strålen, når denne trænger igennem overfladen, og til frembringelse af et tilstrækkeligt damptryk til udstødning af smeltet arbejdsstykkemateriale 25 fra indgangen til hullet i den først gennemtrængte overflade. Sædvanligvis består støttelaget af en aftagelig bærer 10a samt energiabsorberende fyldemiddelpartikler 10b, som fordeles jævnt i bærematerialet. Eksempler på støttemateriale fremgår af ovennævnte USA-patent-skrift.

30 I overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge opfindelsen forhindres gratdannelsen omkring indgangen til hullet, som bores, ved anbringelse på den først gennemtrængte overflade inden boringen af et afbrydermateriale, der fortrinsvis har form af et kontinuerligt lag 12,

DK 152096 B

4 ’ og som har høj varmemodstandsevne, så at et varmt smeltesprøjt, som sprøjtes ud af hullet og afsættes på laget ved boringen, ikke smelter og/eller fordamper igennem laget til kontakt med overfladen 4 og derefter hæfter fast på denne, og så at den varme, der frembringes i 5 arbejdsstykkets væg 2 ved boringen, ikke medfører dårligere vedhæftning, opspaltning eller alvorlig deformering af laget. Så længe afbrydermaterialet forbliver fastgjort til den først gennemtrængte overflade under boringen, formindskes eller forhindres dannelsen af boregrater omkring hullets periferi. Den del af afbryderlaget, som 10 lokalt rammes af elektronstrålen, smelter naturligvis og/elier fordamper, så at strålen kan ramme overfladen 4 for boring. Sædvanligvis er de fleste elektronstråleenerginiveauer til boring i arbejdsstykker af fx metal eller legeringer mere end tilstrækkelige til hurtigt at trænge igennem afbryderlaget ifølge opfindelsen.

15 Et andet krav til afbryderlaget er, at det under boringen ikke må forurene eller medføre skadelige forandringer i arbejdsstykkets struktur eller egenskaber. Fx må afbryderlaget ved boring i et metalarbejdsstykke ikke indeholde forurenende elementer, som kan gøre materialet skørt eller på anden måde påvirke arbejdsstykkets mekanis-20 ke egenskaber negativt i nærheden af hullet. Fagmanden vil naturligvis forstå, at den type af skadelige elementer, som skal udelukkes fra afbryderlaget, afhænger af den type af arbejdsstykke, der skal bores i. Desuden er det i høj grad ønskeligt, at afbrydermaterialet ikke har negativ eller skadelig effekt på elektronstrålekanonen, når laget 25 smeltes lokalt og/eller fordamper ved boringens begyndelse.

Forskellige keramiske materialer har vist sig at være hensigtsmæssige og foretrækkes som afbrydermateriale ved boring af metalarbejdsstykker såsom nikkellegeringer. De fleste materialer påføres den først gennemtrængte overflade fortrinsvis i form af væsker eller opslæmnin-30 ger. Fx påføres natriumsilicat i væskeform på overfladen og tørres derefter til dannelse af det ønskede afbryderlag. Opslæmningsformen indeholder normalt keramiske partikler, som dispergeres i et fordampeligt, flydende fortyndingsmiddel, fx vand, en organisk væske eller en blanding af disse, samt fortrinsvis et bindemiddel af velkendt 35 type. Opslæmningen kan også tilsættes et befugtningsmiddel for at

DK 152096B

5 ' tillade jævn og kontinuerlig belægning af den først gennemtrængte overflade. Eksempler på afbryderlag, som påføres i opslæmmet form, er en magnesiumopslæmning, en opslæmning af fint formalet aluminiumoxid i et polystyrenbindemiddel, bornitrid i en væskeopløsning med et 5 aluminat- eller andet bindemiddel, glas, som ved sintring uden smeltet fase dispergeres i et organisk bindemiddel kendt som "Delta Glaze 17” (fremstillet af Acheson Colloids Co.), "Nicrobraze green stop-off" (fremstillet af Colmonoy Corp.) og en svejsesprøjtbeskyttelsesbelæg-ning kendt som "Protect-O-Metal" (fremstillet af G.W. Smith and 10 Sons, Inc.). Afbryderlaget i opslæmningsform kan påføres den først gennemtrængte overflade ved pensling, sprøjtning eller på anden kendt måde. Naturligvis kan mængden af flydende fortyndings- og/-eller befugtningsmiddel i opslæmningsblandingen varieres for opnåelse af en ønsket spredningsevne eller fluiditet til den anvendte påførings -15 teknik. Efter påføring af opslæmningsblandingen på den første gennemtrængte overflade på arbejdsstykket luft- eller ovntørres denne for dannelse af et ønsket kontinuerligt vedhæftende afbryderlag. Et hensigtsmæssigt afbrydermateriale er bornitrid, som påføres i opslæmmet form (fx en væskeopløsning med ca. 50 vægtprocent bornitridpar-20 tikler og et bindemiddel såsom natriumaluminat), og som derefter lufteller ovntørres for dannelse af et i hovedsagen kontinuerligt og vedhæftende bornitridafbryderlag på den først gennemtrængte overflade. Et afbryderlag, som imidlertid kan påføres i fast form, er et varmebestandigt glaslærred kendt som "Mystik Tape 2001" (fremstillet 25 af Borden Inc.).

Det anvendte afbryderlags type og tykkelse afhænger naturligvis af det arbejdsstykke, i hvilket der bores, dybden af hullet samt andre faktorer. Fagmanden adskiller let passende kombinationer af afbrydermateriale, arbejdsstykkemateriale samt lagstykkelser. Et bornitrid-30 lag påført et arbejdsstykke af en nikkel- eller coboltbaseret legering i en tykkelse på 25-125 μιη har vist sig at være tilfredsstillende til at forhindre gratdannelse for huldybder op til 2 cm.

Selv om det både foretrækkes og er lettere at anbringe afbrydermaterialet på den første gennemtrængte overflade i form af et i hoved-35 sagen kontinuerligt lag, er det indlysende, at den i praksis nødven-

Claims (4)

1. Fremgangsmåde til boring af et hul, en spalte eller en anden 25 passage gennem et arbejdsstykkes væg med en første (4) og en anden (6) flade ved lokaliseret påvirkning fra en energistråle (8a) på den første flade, hvorved smeltesprøjt fra arbejdsstykket stødes ud af hullet under boringen og i form af én eller flere grater afsætter sig på samt hæfter fast til et på den første flade påført og mod smelte-30 sprøjt beskyttende lag (12), som efter afsluttet boring fjernes, kendetegnet ved, at der som beskyttelseslag anvendes et forbrugbart lag (12) af keramisk stopmateriale med høj varmebestan- DK 152096B dighed således, at varmt sme'ltesprøjt, som stødes ud af hullet under boringen i arbejdsstykkets væg, afsættes på dette lag, og at det varme smeltesprøjt, som afsættes på laget, selv om energistrålen let trænger gennem laget og rammer den første flade (4), ikke trænger 5 gennem det keramiske materiale og hæfter til den første flade,, idet den varme, som frembringes i arbejdsstykkets væg under boringen, ikke væsentligt nedbryder laget (12) således, at dettes fasthæftning til den første flade svækkes, samt er uskadelig for arbejdsstykkets egenskaber.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg n et ved, at der ssom keramisk materiale anvendes bornitrid.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, ke n detegnet ved, at stopmaterialet påføres den første flade 15 i væskeform og derefter tørres for dannelse af et i hovedsagen kontinuerligt stoplag på fladen.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at stopmaterialet foreligger i partikelform og påføres den første flade ved, at en opslæmning af materialet, et 20 bindemiddel og en væskeformig fortynder påføres den første ffede og derefter tørres for dannelse af et i hovedsagen kontinuerligt stoplag på fladen.