酸素燃焼切断とは - プロセス、長所、短所

酸素燃料切断とは?

酸素燃料溶接と酸素燃料切断は、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、エドモンド・フーシュとシャルル・ピカールは、1903 年に酸素アセチレン溶接を初めて開発しました。

空気の代わりに純酸素を使用して炎の温度を上げ、室内環境でワークピース材料 (鋼など) を局所的に溶融させます。

一般的なプロパン/空気の炎は約 2,250 K (1,980 °C; 3,590 °F) で燃焼し、プロパン/酸素の炎は約 2,526 K (2,253 °C; 4,087 °F) で燃焼し、酸水素の炎は 3,073 K (2,800 °C) で燃焼します。 °C; 5,072 °F)、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まで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、まだ固体のままです。

次に、純粋な酸素がノズルを通して加熱領域に向けられます。この微細で高圧の酸素流は、発熱反応によって、予熱され保護されていない鋼を酸化された溶鋼に変化させます。

このスラグは鋼よりも融点が低いため、酸素の流れは、酸化されていない固体鋼に影響を与えることなく、キャビティから液体スラグを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、トーチが移動すると切れ目が生じます。発熱反応を維持するために、切断トーチは切断中に鋼を加熱し続けます。

この方法で切断できるのは、酸化物の融点が母材よりも低い金属のみです。そうしないと、金属が酸化するとすぐに、保護クラストを形成して酸化を停止します。軟鋼と一部の低合金のみが上記の条件を満たし、酸素燃焼法で効果的に切断できます。

酸素燃料切断プロセスの仕組み

酸素燃焼切断は、純粋な酸素と鋼と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びとして説明できます。予熱炎を使用して、鋼の表面またはエッジを約 1800°F (明るい赤色) 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、連続的な切断が形成されます。

この方法で切断できるのは、酸化物の融点が母材よりも低い金属のみです。そうしないと、金属が酸化するとすぐに、保護クラストを形成して酸化を停止します。低炭素鋼と一部の低合金のみが上記の条件を満たし、酸素燃焼法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、約 1800°F のキンドリング温度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、酸素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中させるために、円形パターンに配置された複数の穴があります。燃料と酸素の混合物はノズルの外側で点火され、ノズル先端のすぐ外側で予熱炎が形成されます。

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、炎は可能な限り小さい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穴によって形成されます。

切削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の始まりです。酸化プロセスは発熱反応と呼ばれます。開始するよりも多くの熱を放出します。

酸化された鋼は溶融スラグの形をとり、溶融スラグは邪魔にならないようにして、酸素の流れがプレートを完全に「貫通」できる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、これにはほんの数秒から数秒かかる場合があります。

この間、切断酸素の流れがプレートの奥深くまで押し込まれ、溶融スラグが貫通孔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したり、適切に行われた場合、プレートの上にスラグの小さな水たまりができたりする可能性があります.

ステップ 3:カット

切断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発生する熱は、切断の直前でプレートを予熱しますが、予熱炎なしで切断するのに十分な信頼性はありません.そのため、予熱炎は切断中ずっと続き、トーチが移動するにつれてプレートに熱が加えられます.

それらが基本です。しかし、速度、切断酸素圧、予熱炎の調整、切断高さ、プレート温度など、切断エッジの品質に影響を与える要因は他にもたくさんあります。

プラズマと比較した酸素燃料の特性

• 素材。 軟鋼の切断には酸素燃焼切断が用いられます。この方法で切断できるのは、酸化物の融点が母材よりも低い金属のみです。そうしないと、金属が酸化するとすぐに、保護クラストを形成して酸化を停止します。軟鋼と一部の低合金のみが上記の条件を満たします。
• 肉厚。 酸素燃料は、プラズマよりも厚い壁の材料の切断を可能にします。プラズマは、同様の厚さに到達するために膨大な量のエネルギーが必要なため、より厚い壁を切断することはできません。
• 切断角度。 酸素ビームの集中により、酸素燃料は最大 70° の急角度の切断を可能にします (プラズマの 45° と比較して)。
• ストレートカット。 角度が急すぎると、プラズマビームは偏向する傾向があります。ただし、このたわみは自動化によって補うことができます。
• 費用。 酸素燃焼は、プラズマ切断よりも経済的なソリューションです。初期投資コスト、消耗品、運用コストは、すべてプラズマ切断よりも低くなります。ただし、処理速度は通常、肉厚範囲が 20 mm を下回ると遅くなります (重鋼産業での 3D プロファイリングを考慮)

酸素燃料切断の利点と欠点

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、お客様の要件に関する情報を提供します。

利点:

• 真っ直ぐな品質と高い精度
• ベベル 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) までの軟鋼に穴を開ける
• 厚さ 10 インチ (254 ミリ) から 12 インチ (304 ミリ) のスチールを縁取りして切断する
• 複数のトーチを使用して複数の部品を生産し、時間と労力を削減する

デメリット:

• 通常の状況ではステンレス鋼を切断することはできません。
• プラズマ切断に比べて切断速度が遅い
• 薄い素材を裁断すると反る場合があります。
• 鋼の厚さの 2 倍より小さい穴をあけるのは難しい