SU1118281A3 - Способ термохимической зачистки поверхности металлических изделий - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ TEPMOXИ MЧECKOЙ ЗАЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, по которому на поверхность издели  подают струю кислорода высокой интенсивности, осуществл ют относительное перемещение обрабатываемого издели  и зачищающей головки и направл ют на поверхность струю режущего кислорода, отличающийс  тем, что, с целью повышени  скорости начала зачистки без снижени  рабочей скорости относительного перемещени  издели  и головки, в место подачи высокоинтенсивной струи кислорода направл ют луч лазера и образуют на зачищаемом изделии ванну расплавленного металла заданного размера. 2. Способ по п. 1,отличающ и и с   тем, что луч лазера подают на поверхность издели  в точку, размещенную впереди по ходу обработки на рассто нии 10 см от точки, в которую направл ют высокоинтенсивную струю кислорода. 00 1C 00

Description

1 1

Изобретение относитс  к газопламенной обраб.отке металлов и может быть использовано при огневой зачистке слитков в металлургической промьгашенности ,

Известно использование .металлических стержней при рут-гной зачистке дл  более быстрого начала реакции. В этом случае работа производитс  в статическом положении и оператор за счет индивидуального мастерства должен уметь одновременно регулировать струю кислорода дл  зачистки, а также угол подачи горелки и стержн  1.

Известно также проведение механизированных реакций зачистки с использованием стержней Zj .

Однако проведение таких реакций зачистки возможно только на неподвижных обрабатываемых издели х.

Известны мгновенно инициированны реакции, осуществл ем :. с помощью металлического порошка з1 и реакции проводимые с помощью электрода под током pij .

Однако быстрьш износ оборудовани  дл  подачи порошка делает проведение таких реакций ненадежным, что нар ду со стоимостью металлического порошка делает осуществление реакции с помощью порошка неудовлетворительным. Возникают также довольно сложные проблемы, св занные с мгновенным инициированием реакции с помощью электрической дуги.

, Электрические дуги, в которых деталь  вл етс  частью электрической цепи, требуют электрического контакта с движущейс  деталью. Косвенные электрические дуги, в которых деталь не включена в электрическую цепь, требуют, чтобы электрод был очень близко расположен к рабочей поверхности с целью передачи достаточного количества тепла и нагрева обрабатываемого издели  до температуры воспламенени . Это нерационально из-за пространственньк ограничений и вследствие того, что сильное разбрызгивание при реакций зачистки может разрушить дуговую горелку.

Известно также, что мгновенно инициированные реакции могут осуществл тьс  путем контакта с зачищаемой металлической поверхностью гор чей проволоки. Гор ча  проволока доводитс  до температуры воспламенени  за счет нагрева подогревающим пламенем

12

зачистного узла или с помощью другого наружного источника тепла З .

Однако несмотр  на то, что этот процесс успешно примен етс  там, где необходимо выполнение нескольких точечных зачистных операций, он требует наличи  множества узлов подачи проволоки, соответствующих числу используемых зачистных узлов.

Известен также способ осуществлени  мгновенного начала термохимической реакции, при котором поверхность издели  подогревают, подают на поверхность струю кислорода высокой

интенсивности, осуществл ют относительное перемещение обрабатываемого издели  и зачищающей головки и направл ют на. поверхность струю режущего кислорода 6j .

Однако указанный способ требует снижени  рабочей скорости относительного перемещени  издели  и головки .

Цель изобрегени  - повышение скорости начала зачистки без снижени  рабочей скорости относительного перемещени  издели  и головки.

Эта цель достигаетс  тем, что согласно способу, при котором на поверхность издели  подают струю кислорода высокой интенсивности, осуществл ют относительное перемещение обрабатываемого издели  и зачищающей головки и направл ют на поверхность

5 струю режущего кислорода, в место подачи высокинтенсивной струи кислорода направл ют луч лазера и образуют на зачищаемом изделии ванну расплавленного металла заданного размера.

0 Кроме того, луч лазера подают на поверхность издели  в точку, размещенную впереди по ходу обработки на рассто нии 10 см от точки, в. которую , направл ют высокоинтенсивную

струю кислорода,

На фиг..1 показана схема осуществлени  способа и устройство дл  получени  отдельной точечной зачистки без заусенцев с помощью мгновенно

инициированной реакции; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-6 разрез Б-Б на фиг. 1 на разных стади х процесса.

Узел 1 лазера, включающий фокусирующие линзы 2, смонтирован либо на машине дл  огневой зачистки, либо нл удалении от нее и вьтолнен таким образом , что лазерное п тно контактиs . рует с поверхностью обрабатываемой детали и в точкед т.е. в точке, где должна начатьс  точечна  зачист на  реакци , непосредственно перед дефектным п тном. Кислородное распр делительное сопло 3 может быть соплом с гладким отверстием размером 1-5 см. Сопло 3 .направлено выпускны концом под углом к поверхности обра батьшаемого издели  таким образом, что кислородна  стру  4 встречаетс  с поверхностью обрабатываемого изде ли  в точке В. Зачищаюпц й узел 5 состоит из вер него 6 и нижнего 7 подогревающих блоков, которые могут быть оснащены р дами отверстий 8 и 9 дл  подогревающего газа с предварительным или последующим перемешиванием газа. Подогревающий газ загораетс  при воспламенении потоком кислорода, по ступающего с низкой скоростью из паза 10 зачищающего кислородного соп ла, который образов,ан нижней поверх ностью 11 верхнего подогревающего блока 6 и поверхностью нижнего подогревающего блока 7. Паз 10 кислородного сопла заканчиваетс  вьшускным отверстием 12. Дл  получени  отдельного точечного зачищенного разреза без заусенцев отверстие 12 имеет фор му, показанную на фиг. 2. Кислород и газообразное топливо подаютс  в зачищающий узел 5 по трубопроводам и 14 соответственно с помощью известных с р ед с т в. Способ осуществл етс  следующим образом. Подогревающее плам , поступающее из зачищающего узла 5, воспламен етс потоком кислорода, поступающего с низкой скоростью из отверсти  12, Это подогревающее плам , обозначенное лини ми 15, удар етс  о поверхность обрабатываемого издели  и отклон етс  вверх и назад. Когда дефектна  зона обрабатываемого издели  предназначенна  дл  зачистки, переме щаетс  в точку |3 , кислородна  стру  высокой интенсивности подаетс  из сопла 3 и падает на точку В на поверхности обрабатываемого издели  W Когда дефектна  зона достигает точки А, подаетс  импульс лазерного луча , в силу чего п тно сразу достигает температуры воспламенени , и начи наетс  мгновенна  зачищающа  реакци  Кислородна  стру  из сопла 3 обуслов ливает очень быстрое распространение 81 , 4 маленькой ванны расплавленного металла , образованной лазерным импульсом , по всей ширине. Стру  режущего кислорода из отверсти  12, направленна  на точку С на поверхности обрабатываемой детали, увеличиваетс  до скорости зачистки с целью продолжени  реакции. Струю режущего кислорода подают столько времени, сколько требуетс  дл  осуществлени  зачистки. Стадии, следующие за воспламенением подогревающего пламени, поступающего из зачищающего узла 5, могут быть автоматизированы, например, путем использовани  р да последовательных таймеров, реле и Соленоидных клапанов. Отверстие 12 кислородного сопла содержит треугольные вставки 16 на каждом конце отверсти  12 (фиг.2), в силу чего интенсивность кислородного потока, поступающего из отверсти  12, постепенно уменьшаетс  в направлении его краев, т.е. слабее удар ет по поверхности обрабатываемого издели . На фиг. 1 точка Д расположена позади точки 8, однако это рассто ние может измен тьс .Предпочтительньм  вл етс  расположение точки А примерно на 1 см впереди точки 6. Оптимальньгй диапазон рассто ни  между точками Д и В зависит от угла, под которым кислородна  стру  направлена на поверхность обрабатываемого издели , и от размера сопла. Угол . может измен тьс  в диапазоне 30-80 (предпочительно 50-60 ). Если угол сопла 30 и используетс  круглое сопла с внутренним диаметром 2 см, диапазон рассто ни  между точками А и Б 0-8 см. Если используетс  сопло . того же размера и угол составл ет 80 диапазон рассто ни  0-3 см. Последовательность стадий предла- гаемого способа Сфиг. 3-6) представл ет собой реакции, которые происход т в течение примерно t с. На фиг. 3 показан момент, когда лазерньй луч входит в контакт с точ- кой А , с которой начинаетс  зачистный проход. Стрелка показывает направление перемещени  обрабатьгоаемого издели  со скоростью примерно 15 м/ /мин. Одновременно кислород, поступающий из кислородного распределительного сопла 3, вызывает воспламенение поверхности обрабатываемого издели , вследствие чего расплавл етс  зона 17, окружак ца  точку А , и на чинаетс  мгновенно инициированна  реак;.ИЯ. Через примерно 1/4 с (фиг. 4) по мере перемещени  стального обрабатываемого издели  в направлении стрелки ванна расплавленного металла 18 начинает распростран тьс  под действием кислородной струи распределительного сопла в форме лопасти. Примерно через 1/2 с после первой стадии ванна расплавленного металла (зона 19) расшир етс  на движущемс  обрабатываемом изделии (фиг. 5) путем непрерывной подачи кислорода из распределительного сопла 3, когда он достигает максимальной ширины (примерно 25 см), подача кислорода из сопла 3 прекращаетс  и дл  продолжени  зачищающей реакции увеличиваетс  скорость зачищающего кислородного потока из зачищающего узла 5. Режуща  кислородна  стру  после сдувани  ванны расплавленного металла продолжает образование зачищенного разреза в зоне 20. Последн   содержит расплавленный металл и шлак на поверхности незачищенной стали и полностью отличаетс  от зоны 19 (от ванны полностью расплавленного металла). Примерно через 1 с после начала первой стадии зона 21 (фиг. 6) зачищена , зона 22 расплавлена, но металл еще не удален, а зона 23 содержит смесь шлака и расплавленного металла на поверхности незачищенной стали. По мере перемещени  поверхности металла она проходит три стадии: зона расплавленного металла и шлака на поверхности незачищенной стали, зона расплавленного металла и зачищенна  зона. В момент, показан ный на фиг. 6, высокоинтенсивна  стру  уже перекрыта.и зачищенный раз рез вьтолн етс  с помощью зачищающего узла 5. Ширина разреза,, образованного зачищающим соплом, соответст вует ширине распространени  ванны расплавленного металла с помощью высокоинтенсивной струи кислорода. Это имеет существенное значение дл  пре дотвращени  образовани  заусенцев. П р им е р. Ширина зачищающего узла 15 см, интенсивность кислородного потока, поступающего из отверсти  12, 570 , интенсивность пото ка подогревающего газа 40 , скорость перемещени  обрабатьгоаемого издели  относительно зачищающего узла 14 м/мин. Кислородное сопло 3 имеет кольцевое поперечное сечение и .внутренний диаметр 2 см. Угол наклона сопла относительно обрабатываемого издели  50 . Интенсивность кислородного потока из сопла 850 . Используют импульсный лазер на твердом теле типа о-УАС. Диаметр на выходе лазера 1 см, расходимость луча 5 мрад. ширина лазерного импульса 11,15 МКС, лазерна  энерги  50 Дж, размер лазерного п тна 2,0 мм по диаметру , размер лазерного п тна Д 1 см. Используют линзы с фокусным рассто нием 50 см дл  фокусировки луча на п тно. При работе плам  зачищающего узла воспламен етс  и начинаетс  относительное перемещение зачищающего узла и обрабатываемого издели . По сигналу начала точечной зачистки подаетс  поток из кислородного сопла н по достижении полной интенсивности потока даетс  импуЛЪс.лазера, который образует расплавленное п тно в стали и мгновенно начинает термохимическую реакцию. Примерно через 1/2 с после подачи лазерного импульса кислородный поток постепенно уменьшаетс  таким образом, что через 3/4 с после; подачи импульса интенсивность потока равна нулю. Стру  режущего кислорода включаетс  таким образом, что его интенсивность составл ет по меньшей мере 50% в момент подачи лазерного импульса. Затем режущий кислородный Поток поддерживает зону зачистки до тех пор, пока зачистка не завершаетс  по заданному сигналу. Ширина зачистки 15 см, -глубина 3 мм, температура стали 20 С. Используетс  малоуглеродиста  сталь, в качестве газообразного топлива - природный газ. Процесс может осуществл етьс  путем воспламенени  пламени зачищающего узла от ванны расплавленного металла, образованной лазером и кислород .ным соплом, при необходимости. Возможны варианты осуществлени  способа. Например, можно использовать непрерывный лазерньш луч, поскольку образованна  таким лучом лини  зачищаетс  по мере продолжени  зачищающей реакции. Кроме этого, дл  расшир.ени  расплавленного п тна, образованного лазером, до любой заданной ширины точечной зачистки можно использовать две или несколько струй

711

кислорода, поступающих из двух или нескольких сопл различной формы и размера. При необходимости могут быть использованы две или несколько лазерных головок. При этом возможна зачистка тел не только из черного металла но и любого металлического тела.

182818

Предложенный способ обеспечивает простое и надежное мгновенное инициирование термохимической реакции без использовани  присадочного материала, J порошка или электрической дуги. При зтом зачистка осуществл етс  без заг усенцев и без снижени  скорости относительного перемещени  издели  и головки.

фаг.1 / фиг. 2

fe .5 /

lr-+

4-o

.Фи1,6

Фиг.З

18

IV

23

W 7 W :k

Claims (2)

1. СПОСОБ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, по которому на поверхность изделия подают струю кислорода высокой интенсивности, осуществляют относительное перемещение обрабатываемого изделия и зачищающей головки и направляют на поверхность струю режущего кислорода, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости начала зачистки без снижения рабочей скорости относительного перемещения изделия и головки, в место подачи высокоинтенсивной струи кислорода направляют луч лазера и образуют на зачищаемом изделии ванну расплавленного металла заданного размера.

2. Способ поп. 1, отличающий с я тем, что луч лазера подают на поверхность изделия в точку, размещенную впереди по ходу обработки на расстоянии 1Q см от точки, в которую направляют высокоинтенсивную струю кислорода.

SU „„1118281

1 1 18281