酸素燃料切断とは何ですか？-プロセス、長所、および短所

酸素燃料切断とは何ですか？

オキシ燃料溶接とオキシ燃料切断は、燃料ガス（またはガソリンやガソリンなどの液体燃料）と酸素を使用して金属を溶接または切断するプロセスです。フランスのエンジニアであるエドモンドフーシュとシャルルピカールは、1903年に最初に酸素アセチレン溶接を開発しました。

空気の代わりに純粋な酸素を使用して火炎温度を上げ、室内環境でワークピースの材料（鋼など）を局所的に溶かします。

一般的なプロパン/空気炎は約2,250K（1,980°C; 3,590°F）で燃焼し、プロパン/酸素炎は約2,526 K（2,253°C; 4,087°F）で燃焼し、酸水素ガス炎は3,073 K（2,800°F）で燃焼します°C;5,072°F）およびアセチレン/酸素炎は約3,773 K（3,500°C; 6,332°F）で燃焼します。

切断する前に、切断トーチは開始点で鋼を発火温度に予熱する必要があります。この約960°Cの温度（合金の種類によって異なります）では、鋼は酸素に対する保護特性を失い、まだ固体です。

次に、純粋な酸素が加熱された領域のノズルを通って送られます。この微細で高圧の酸素の流れは、予熱され保護されていない鋼を発熱反応によって酸化された溶鋼に変えます。

このスラグは鋼よりも融点が低いため、酸素の流れによって、酸化されていない固体鋼に影響を与えることなく、液体スラグをキャビティから吹き飛ばすことができます。この発熱反応は継続的なプロセスであり、トーチが動くとカットが作成されます。発熱反応を機能させ続けるために、切断トーチは切断中に鋼を加熱し続けます。

このプロセスで切断できるのは、酸化物の融点が卑金属自体よりも低い金属だけです。そうでなければ、金属が酸化するとすぐに、保護クラストを形成することによって酸化を終了させます。軟鋼と一部の低合金のみが上記の条件を満たすため、酸素燃焼プロセスで効果的に切断できます。

酸素燃料切断プロセスはどのように機能しますか？

酸素燃料切断は、純粋な酸素と鋼の間の化学反応であり、酸化鉄を形成します。それは、急速で制御された錆として説明することができます。予熱炎を使用して、鋼の表面またはエッジを約1800°F（真っ赤な色）に上げます。

次に、純粋な酸素が、細かい高圧の流れで加熱された領域に向けられます。鋼が酸化されて吹き飛ばされてキャビティが形成されると、予熱と酸素の流れが一定の速度で移動して連続的な切削を形成します。

このプロセスで切断できるのは、酸化物の融点が卑金属自体よりも低い金属だけです。そうでなければ、金属が酸化するとすぐに、保護クラストを形成することによって酸化を終了させます。低炭素鋼と一部の低合金のみが上記の条件を満たすため、酸素燃焼プロセスで効果的に切断できます。

すべての仕組みの基本は次のとおりです。

ステップ1：予熱

鋼の切断を開始する前に、キンドリング温度である約1800°Fまで加熱する必要があります。この温度では、鋼は酸素と容易に反応します。熱は、オキシ燃料トーチからの予熱炎によって提供されます。トーチの内部では、燃料ガスが酸素と混合されて、可燃性の高い混合物が生成されます。

ノズルには、可燃性ガス混合物を複数の小さなジェットに集束させるために円形パターンで配置された複数の穴があります。燃料と酸素の混合気はノズルの外側で点火され、予熱炎はノズルの先端のすぐ外側で形成されます。

一般的に使用される燃料ガスには、アセチレン、プロパン、天然ガス、およびその他のいくつかの混合ガスが含まれます。燃料と酸素の比率を調整することにより、火炎は、可能な限り最小の火炎で可能な限り最高の温度を生成するように調整されます。これにより、鋼板の表面の小さな領域に熱が集中します。

ステップ2：ピアス

プレートの表面またはエッジがキンドリング温度に達すると、純粋な酸素のジェットがオンになり、プレートを貫通し始めます。これは「切断酸素」と呼ばれ、ジェットはノズルの中央にある単一のボアによって形成されます。

切断する酸素の流れが予熱された鋼に当たると、急速な酸化プロセスが始まります。これが本当の楽しみが始まる時です。酸化プロセスは発熱反応と呼ばれ、開始するのに必要な熱よりも多くの熱を放出します。

酸化鋼は溶融スラグの形をとり、酸素流がプレートを完全に「貫通」できるように、溶融スラグは邪魔にならないようにする必要があります。プレートの厚さにもよりますが、これには数分の1秒から数秒かかる場合があります。

この間、切削酸素の流れがプレートにどんどん深く押し込まれ、溶融スラグがピアシングホールから吹き出されます。これにより、溶鋼の間欠泉が大量に発生する可能性があります。適切に行われると、プレートの上部にスラグの小さな水たまりが発生する可能性があります。

ステップ3：カット

切断する酸素の流れがプレートを完全に通過すると、トーチは一定の速度で動き始め、連続的な切断を形成します。この段階で形成された溶融スラグは、プレートの底から吹き飛ばされます。

酸素と鋼の間の化学反応によって放出される熱は、カットの直前でプレートを予熱しますが、予熱炎なしでカットするのに十分な信頼性はありません。そのため、予熱炎はカット全体を通して持続し、トーチが動くときにプレートに熱を加えます。

以上が基本です。ただし、速度、カット酸素圧、予熱火炎調整、カット高さ、プレート温度など、カットエッジの品質に影響を与える他の多くの要因があります。

プラズマと比較したオキシ燃料の特性

• 資料。 軟鋼の切断には、酸素燃料切断が使用されます。このプロセスで切断できるのは、酸化物の融点が卑金属自体よりも低い金属だけです。そうでなければ、金属が酸化するとすぐに、保護クラストを形成することによって酸化を終了させます。上記の条件を満たすのは、軟鋼と一部の低合金のみです。
• 壁の厚さ。 オキシ燃料は、より厚い壁の材料を切断し、次にプラズマを切断することを可能にします。同様の厚さに到達するために大量のエネルギーが必要なため、プラズマはより厚い壁を切断できません。
• 切断角度。 酸素燃料は、酸素ビームの集中により、最大70°（プラズマの45°と比較して）の急角度の切断を可能にします。
• ストレートカット。 プラズマビームは、角度が急すぎると偏向する傾向があります。ただし、この偏向は自動化によって補正できます。
• コスト。 オキシ燃料はプラズマ切断よりも経済的な解決策です。初期投資コスト、消耗品、および運用コストはすべてプラズマ切断よりも低くなっています。ただし、処理速度は通常、肉厚が20 mmの範囲よりも低くなります（重鋼業界での3Dプロファイリングを考慮）

酸素燃焼切断の長所と短所

酸素燃焼切断アプリケーションでは、燃料ガスと酸素を使用して切断炎を生成します。 Messer Cutting Systemsは、アセチレン、MAPP、プロパン、天然ガスなどのガスと、要件に関連する情報を提供します。

利点：

• 直定規の品質と高精度。
• 斜角ストリップの切断。
• 厚さ4インチ（101ミリメートル）から5インチ（127ミリメートル）までのピアス軟鋼。
• エッジスタートおよび10インチ（254ミリメートル）から12インチ（304ミリメートル）の厚さの鋼を切断します。
• 複数のトーチを使用して、複数の部品を製造し、時間と労力を削減します。

短所：

• 通常の状況ではステンレス鋼を切断できません。
• プラズマ切断に比べて切断速度が遅い。
• 薄い素材の切断は歪む可能性があります。
• 鋼の厚さの2倍未満の穴を作成するのは困難です。