NO852932L - Fremgangsmaate og anordning for materialbearbeiding ved hjelp av hoey-trykksvaeske. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører bruk av et høytrykksvæske-skjæreapparat i anvendelser som kun krever partiell skjæring eller overflatebehandling av et arbeidsstykke.

Det er kjent å benytte en vannstråle med høyt trykk, noen ganger med en strøm av abrasivt materiale medført av strålen, for å skjære mange forskjellige materialer, inklusive bygnings-materialer såsom mursten, stein, skifer o.l. Vannet tilveie-bringes fra en kilde med meget høyt trykk som typisk kan gi et trykk på over 690 bar.

Noen apparater, hvor et abrasivt materiale benyttes i vannstrålen, omfatter et blandehode hvor strålen strømmer ut fra en dyse og herunder medfører det abrasive materiale.

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt sett den idé å benytte en væskestråle med meget høy hastighet fra et høytrykks-væske-skjæreapparat for å behandle et arbeidsstykke ved kun partiell skjæring eller overflatebehandling. Dette kan benyttes for mange forskjellige formål, f.eks. kantbehandling for sveising, behandling av sveisekanter for å fjerne over-flatespenning fra sveiseflater og for å skjære ut et hulrom i et arbeidsstykke. I hvert tilfelle kan den ønskelige grad av materialfjerning frå arbeidsstykket eller overflaten som behandles oppnås ved egnet justering av hastigheten som strålen beveger seg med henover overflaten. Strålen har en slik hastighet at den ville skjære igjennom arbeidsstykket dersom den ble holdt stasjonær, men istedenfor føres den henover arbeidsstykket. Avhengig av det materiale som bearbeides, kan væskestrålen inneholde abrasivt partikulært materiale for å bidra til erodering av arbeidsstykkets overflate. Andre grader av materialfjerning kan også oppnås ved å endre vann-trykket og endre det abrasive materiale.

Oppfinnelsen og ytterligere fordelaktige trekk ved denne er angitt i de vedheftede krav.

Oppfinnelsen skal beskrives ytterligere under henvisning til

det eksempel som er vist på vedføyede tegninger.

Fig. 1 er et skjematisk perspektivisk riss av skjærehodet i et utførelseseksempel på foreliggende oppfinnelse, montert for bevegelse på ønsket måte i forhold til et arbeidsstykke. Fig. 2A er et grunnriss av en formprofil som kan skjæres ut ved bruk av apparatet på fig. 1. Fig. 2B og 2G er snitt langs hhv. linjene A-A og B-B på fig. 2A. Fig. 3A og 3B er et sideriss, delvis i snitt, hhv. et grunnriss av en utførelse av foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er et snitt som viser bruk av oppfinnelsen for behandling av sveiser. Fig. 1 viser en første utførelse av apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse, hvor en skjæredyse 1 er montert for trans-lasjonsbevegelse langs X-, Y- og Z-akser i forhold til et arbeidsstykke W. Monteringsinnretningen tillater bevegelse av skjærehodet i retninger hovedsakelig parallelle med to ortogonale akser og holder skjærehodet hovedsakelig perpendi-kulært på det plan som dannes av disse to akser. Dysen 1 er som vist montert på et monteringshode 3, og midler (ikke vist) såsom en servomekanisme er anordnet for å bevege dysen opp og ned, dvs. i Z-akseretningen i forhold til monteringshodet 3. Hodet 3 er i sin tur bevegelig i lengderetningen langs en vogn 5 for å oppnå Y-aksetranslasjon, og vognen er i sin tur montert på to parallelle skinner 7 for å gi X-aksetranslasjon.

Skjærehodet er fortrinnsvis av den type hvor et partikulært abrasivt materiale medføres i vannstrålen som med meget høy hastighet strømmer ut av dysen 1. Vannet og det abrasive materiale, hvor det sistnevnte er i tørr form eller oppslem-met, leveres til hodet via rør 9 fra en egnet høytrykksvann-pumpe (f.eks. 90 0 bar) for vannets vedkommende og fra en egnet kilde for abrasivt materiale. Det abrasive materiale kan typisk være spesielt utvalgt skarpkantet sand. Det abrasive materiale kan enten pumpes til skjærehodet 3, eller suges inn i hodet av vannstrålen, avhengig av skjærehodets 3 konstruksjon. En spesielt effektiv konstruksjon av skjæredysen 1

som er vist i utførelsen på fig. 1 og som kan benyttes i forskjellige andre utførelser av oppfinnelsen, er den som er vist i norsk søknad nr. 83.1066 hvilket opptas heri som re-feranse .

X-, Y- og Z-aksebevegelsene av skjæredysen 1 kan være styrt

i lukket sløyfe av en numerisk styringsanordning eller på egnet måte programmert datamaskin for å bevirke at utløps-enden av skjæredysen 1 beskriver en passende bane for å gi den forønskede overflatebehandling av arbeidsstykket W.

En mulig bruk av apparatet vist på fig. 1 er fremstilling av en tre-dimensjonal støpeform, såsom vist på fig. 2A til 2G. For å gi den forønskede profil, er apparatet programmert slik at hodet utfører en flerhet passeringer henover arbeidsstykket i enten X- eller Y-akseretningen og beveges i små trinn i den andre av disse retninger mellom passeringene. Dybden av kuttet kan kontrolleres på flere måter, f.eks. ved å vari-ere bevegelseshastigheten av skjærehodet 3 mens det gjennom-løper hver passering av arbeidsstykket, eller gjentatte passeringer, eller deler av passeringer før flytting. For å fjerne materiale i en større dybde enn omtrent 50 mm, er apparatet programmert slik at hodet 3 beveges i Z-retningen (dvs. nedad på fig. 1) mot bunnen av hulrommet som skjæres ut, slik at avstanden mellom dette og det parti av bunnen av hulrommet som skjæres ut holdes under denne avstand. Styringsanordningen som styrer operasjonen av apparatet kan lett program-meres for å utføre dette.

Fig. 2B og 2C viser hvorledes profilen av hulrommet kan vari-eres i forskjellige posisjoner. Den tre-dimensjonale form av hulrommet kan naturligvis defineres (og derfor lagres i styringsanordningen) i form av en rekke tverrsnitt langs be-vegelsesbanen for skjærehodet 3.

Som antydet på fig. 2A til 2C, kan apparatet vist på fig. 1 benyttes til å fremstille en metallform for injeksjonsstøping av plast eller metall og forskjellige andre formål. I slike anvendelser kan f.eks. 1500 mm 3 stål eroderes bort pr. minutt ved bruk av et kilogram sand og 16 m vann levert ved et trykk på 900 bar.

Apparatet på fig. 1 kan også benyttes for overflatebehandling av arbeidsstykker ved sterkøkning av bevegelseshastigheten slik at strålen ikke oppholdes på noe punkt lenge nok til å bevirke betydelig kutting.

Fig. 3A og 3B viser et andre utførelseseksempel på oppfinnelsen, hvor den igjen benyttes for ufullstendig skjæring av arbeidsstykket. På fig. 3A og 3B er hensikten å fremstille noe som tilsvarer en slipt skråkant B på arbeidsstykket W, som i dette tilfelle er et stykke metall som skal sveises til et annet ved flaten B. Dysen 1, som kan ha samme konstruksjon som i det foregående utførelseseksempel, holdes her i en fri-gjørbar klemanordning 20, som er forsynt med en krave 21 som griper og fastholder dysen 1, hvilken krave 21 er montert på en føring 22. Som vist på fig. 3B, har føringen 22 i grunnriss form av en firkantet U, med to armer 23a og 23b som for-løper på hver sin side av det punkt som strålen er rettet mot på arbeidsstykket. Kraven 21 er montert på føringens tverr-stykke 23c. Den fremre ende av armene 23a, 23b er forsynt med en nedadrettet "fot" 24 for å plassere strålen nøyaktig og for å sikre at den skjærer langs en bane som er parallell med den fremre flate F på arbeidsstykket.

Som vist på fig. 3A og 3B, er anordningen 20 innrettet slik at dysens akse holdes i en fast vinkel i forhold til den øvre flate på arbeidsstykket. Det er naturligvis mulig å gjøre denne vinkel justerbar, f.eks. ved å benytte en dreibar befes-tigelse for kraven 21.

Anordningen 20 kan holdes for hånd og være innrettet for å holde dysen i en forutbestemt avstand tilpasset et spesielt metall. Anordningen kan benyttes for skjøter eller repara- sjoner som utføres på land eller under vann. Ved egnet ut-formning av føringen 22 kan anordningen tilpasses plane flater, som på fig. 3A og 3B, eller til krumme flater såsom en rørende. I sistnevnte tilfelle kan de to armer 23a og 23b av føringen være dreibart justerbare i forhold til hverandre (slik at føttene 24 dreies mot hverandre) for å tilpasse anordningen til forskjellige rørdiametre eller forskjellige krumningsradier av andre arbeidsstykker.

Fig. 4 illustrerer anvendelsen av oppfinnelsen for behandling av sveiser. Fig. 4 viser to arbeidsstykker A og B, som f.eks. kan være endepartiene av to rør som er sammenføyet med en sveis W.

Man har funnet at ved å slipe små utsparinger D langs sveisen i overgangen mellom sveisen og hvert arbeidsstykke, kan styr-ken av sveisen forbedres i stor grad. Imidlertid gjøres dette vanligvis kun for meget kritiske sveiser, såsom på olje-rigger for Nordsjøen som utsettes for ekstra problemer i et marint miljø. Årsaken til den økede styrke er at etter svei-singen oppstår det overflatestrekk i sveisen på grunn av spen-ninger som oppstår under avkjølingen. Dette er mest frem-tredende ved skjøten mellom sveisen og grunnmetallet. Overgangen mellom disse to kan avspennes i stor grad ved å fjerne materiale ved D i en gitt dybde, som varierer avhengig av det materiale som sveises og de forhold sveisen ble utført under. Istedenfor å fjerne materiale ved D ved sliping, kan foreliggende oppfinnelse benyttes. Nærmere bestemt kan en vannstråle av meget høy hastighet, fortrinnsvis medførende abrasivt materiale, føres langs hver av sonene D for å erodere materi-alet i sveisen og arbeidsstykket til nødvendig dybde. Dette kan oppnås ved å holde dysen 1 for hånd, f.eks. ved at den er montert i en manuelt bevegelig føring som vist på fig. 3A og 3B, eller ved å benytte et automatisert arrangement, f.eks. som vist på fig. 1. I forbindelse med det sistnevnte er det naturligvis ganske vanlig at sveiser i store opprettstående rør utføres ved bruk av et sveiseverktøy som er montert på en sveisevogn, som løper rundt en ringformet bane som er tempo-rært festet til konstruksjonen som sveises. Det er ingen sak å benytte en slik vogn for montering av vannstråledysen.

Forskjellige andre anvendelser for foreliggende oppfinnelse vil være åpenbare for fagmannen.

Graden av skjærevirkning som oppnås med skjærehodet ifølge oppfinnelsen er naturligvis avhengig av væsketilførselstryk-ket, hvorvidt og hvilket abrasivt materiale som inneholdes i strålen, og egenskapene til det materiale som skjæres. Visse materialer kan kreve spesiell behandling. Eksempelvis kan prosessen startes med et relativt lavt trykk (f.eks.

105 bar) med strålen stasjonær, og deretter øke trykket til f.eks. 280 bar når hodet begynner å bevege seg for å oppnå god skjærehastighet.

Claims (6)

1. Anordning for maskinering av kanten av et arbeidsstykke, omfattende et høytrykksvæske-skjærehode, en føringsinnret-ning som er innrettet for fø ring langs en kant av arbeidsstykket, en monteringsinnretning for å holde skjærehodet i fast orientering og stilling i forhold til føringsinnretning-en for å rette væskestrålen fra hodet tangentialt i forhold til kanten for å bevirke skråskjæring av kanten.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at monteringsinnretningen omfatter en frigjø rbar klem-me, hvorved skjærehodet kan fjernes fra arbeidsstykket.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at føringsinnretningen har et par adskilte ben med bøyede ender som tilveiebringer kontaktflater med de to flater på arbeidsstykket som definerer den kant som skal skråskjæres, og at monteringsinnretningen er slik innrettet at væskestrålen rettes mot den del av arbeidsstykkets kant som ligger mellom de to ben av fø ringsinnretningen.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at føringsinnretningen stort sett har form av en U, idet monteringsinnretningen er forbundet med U'ens steg.

5. Fremgangsmåte for maskinering av et arbeidsstykke, karakterisert ved at en væskestråle fra et høytrykksvæske-skjærehode rettes mot kanten av arbeidsstykket i en slik retning at kanten av arbeidsstykket skråskjæres av strålens skjærevirkning.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at skjærehodet er montert i en føringsanord-ning som har føringsinnretninger som gjør at anordningen kan trekkes manuelt langs kanten av arbeidsstykket og som er innrettet til å rette væskestrålen fra skjærehodet i en kon-stant vinkel i forhold til kanten.