オキシ燃料切断機のヒントで効率を最大化する

火炎切断の精度は、切断されたワークピースの形状とその設計仕様との間の寸法偏差として定義される。しかし、フレーム切断の品質は、切断部の表面粗さ、上カーフエッジの溶融と変形の程度、下エッジのスラグの有無と付着、ワーク全体の切断幅の均一性など、いくつかの要素を含む多面的な概念である。フレーム切断で高精度を維持するには、さまざまなプロセスパラメーターを正確に制御する必要がある。

火炎切断の品質には、いくつかの重要な要因が影響する：

1.可燃性ガスの選択

2.切断トーチの設計と仕様

3.酸素の特性：

• 純度レベル
• 圧力
• 流量
• フローパターン

4.切削速度と送り速度

5.トーチの傾斜角度

6.炎の調整と安定性

7.予熱炎のエネルギー強度

8.切断ノズルの位置決め：

• ワーク表面に対する角度
• ワークからのスタンドオフ距離

切断酸素の流れは、火炎切断プロセスにおいて重要な役割を果たす。それは、金属の点火を開始することと、燃焼によって発生した酸化物を切り口から排出することである。その結果、切断酸素の純度、流量、フローパターンは、切断品質とプロセス効率の両方に大きく影響する。これらのパラメー ターを最適化することは、生産性を最大化しなが ら、正確で高品質な切断を実現するために 不可欠である。

最近のフレーム切断技術の進歩により、これらのパラメーターをリアルタイムで自動調整できるコンピューター制御システムが導入され、切断精度と一貫性がさらに向上している。さらに、熱画像と機械学習アルゴリズムの統合により、より正確な温度制御と欠陥予測が可能になり、全体的な切断品質の向上と材料の無駄の削減につながりました。

可燃性ガスの種類

フレーム切断では、アセチレン、プロパン、天然ガス、MAPP（メチルアセチレン・プロパジエン・プロパン）など、さまざまな可燃性ガスが使用される。ガスの選択は、具体的な切断要件と材料の特性によって決まる。アセチレンのような発熱量が高く火炎伝播が速いガスは、集中した高温の火炎を生成できるため、薄板の切断に適している。逆に、プロパンや天然ガスのように燃焼量が低く火炎伝播速度が遅いガスは、より安定した持続的な入熱が得られるため、厚板の切断に適している。

厚さ200mmを超える鋼板では、天然ガスが特に有利である。安定した火炎特性とドロスの発生傾向が低いため、優れた切断品質が得られる。しかし、その代償として、アセチレンに比べて切断速度が若干低下する。また、天然ガスは炎のプロファイルが広いため、厚い材料でも切り口が滑らかになります。

アセチレンは、天然ガスよりもかなり高価ではあるが、多くの生産環境では依然として主流である。その主な理由は、汎用性、高い火炎温度（最高3,480℃）、急速加熱能力により、幅広い板厚に適しているためである。しかし、高い切断品質が要求される特別に大きく厚い板を切断する場合や、資源の入手が制約にならない場合には、天然ガスが経済的に実行可能で技術的にも優れた選択肢となる。

トーチタイプ

トーチの種類の選択は、酸素燃料切断において非常に重要であり、被加工物の厚さに直接関連する。被削材の厚みが増すにつれて、切断効率と品質を維持するためには、複数のノズルを備え、酸素圧力を高めた、より大容量のトーチが必要となる。これらのパラメーターの関係はいくつかの要因によって支配される：

1. ワークピースの厚さ：厚い材料は、効果的な切断のために、より多くの熱エネルギーと酸化力を必要とする。
2. トーチのタイプ：より高いグレードのトーチは、より大きなガス流量と圧力を扱えるように設計されており、より厚い材料の切断を可能にする。
3. ノズルの数：マルチノズル構成は、熱をより均一に分散し、厚いワークの切断速度を向上させます。
4. 酸素圧力：圧力が高いほど酸化力が強くなり、厚い素材への浸透に不可欠。

これらの相互に関連する要素は、通常、総合的な切断チャートまたは表で示され、オペレーターにとって重要な参考資料となります。この表は、様々な材料厚に対して推奨されるトーチタイプ、ノズル数、酸素圧力を概説しており、最適な切断性能と様々な用途における一貫性を保証します。

切削酸素純度、圧力、流量、酸素フロー形状

切断酸素純度

酸素の純度もまた、酸素消費量、切断品質、切断速度に大きな影響を与える。酸素の純度が低下すると、窒素などの不純物が切断中に熱を吸収し、切り口表面にガス膜を形成して金属の燃焼を妨げ、酸化プロセスを遅らせる。その結果、切削速度が大幅に低下し、切り口が広くなり、切削面が粗くなり、切り口の下端にスラグが付着し、酸素消費量が増加する。

以下のグラフは、酸素の純度が "S "に及ぼす影響を示している。 カット時間 と酸素消費量。縦軸は切断時間(1)と酸素消費量(2)。

酸素純度が97.5%から99.5%に低下すると、長さ1メートルの切断では、純度が1%低下するごとに、切断時間が10%から15%増加し、酸素消費量が25%から35%増加する。したがって、可能な限り高い酸素純度、一般的には99.5%以上を維持することが極めて重要である。純度が95%を下回ると、切断工程が非常に困難になる。

のスラグ・フリー・カーフを達成する。 ガス切断酸素純度は99.6%以上でなければなりません。液体酸素による切断は、初期投資こそ高いものの、長期的に見れば総合的な経済性ははるかに優れている。

酸素圧のカット

薄いものを切断する場合は、切断酸素圧を適切に下げることができる。しかし、圧力が低すぎたり高すぎたりしないようにすることが重要である。圧力が高すぎると、切断の継ぎ目が広くなり、切断速度が低下し、切断面が粗くなり、切断部分の冷却効果が強くなる。

一方、圧力が低すぎると、切断時の酸化反応が遅くなり、切り口の裏側にスラグが付着して除去しにくくなり、切断が完了しない可能性がある。

切断酸素圧力が高くなると、酸素流量も増加し、より厚い板を切断できるようになる。しかし、切断可能な板厚には上限があり、それ以上圧力を上げても切断可能な板厚は増えない。切断酸素圧力が切断速度に及ぼす影響も同様である。

切削酸素圧が切削速度に及ぼす影響

図に示すように、通常のガス切断用ノズルを使用した場合、低圧では圧力が高いほど切断速度が速くなる。しかし、圧力が0.3MPを超えると、切断速度が低下し、カーフが広がってカーフの断面が粗くなる。

一方、拡散形状のノズルをガス切断に使用する場合、切断酸素圧力がノズルの設計圧力に対応していれば、圧力が高くなるほど切断速度は速くなる。これは、通常のノズルを使用した場合に比べ、切削酸素の流量と勢いが増し、切削速度が速くなるためである。

切断酸素圧力の推奨値

実用的な切断作業では、最適な切断酸素圧力は「風切り線」試験法によって決定することができる。あるノズルの場合、適切な圧力は、風切り線が最も明瞭で長いときであり、その結果、最高の切断結果が得られる。

酸素流量のカット

図に示すのは、厚さ12mmを切断する際の酸素流量が切断速度に及ぼす影響である。 鋼板.図に示すように、切削速度は酸素流量の増加とともに徐々に上昇するが、ある限界値を超えると低下する。

つまり、特定の酸素濃度に対して最適な酸素流量があるということだ。 鋼板の厚さ その結果、最高の切断速度だけでなく、最高の切断品質が得られる。

切断速度に及ぼす酸素流量の影響（板厚12mm）

切削速度、傾斜切削速度、傾斜角度

切削速度

切断速度は被加工物の厚みと切断ノズルの形状に依存し、一般的に被加工物の厚みが増すにつれて遅くなる。切断速度は、切り口内の金属の酸化速度に合わせて調整する必要がある。

切断速度は、切断プロセスの安定性と切断部の品質に直接影響します。生産性を向上させるために切断速度を人為的に調整したり、切断部の品質を向上させるために切断速度を遅くしようとしてもうまくいかず、かえって切断部の品質を悪化させる結果となる。

切断速度が遅すぎると生産性が低下し、カーフの上端が潰れて溶融し、下端は角が丸くなり、切断部の下部には深い水洗い溝ができる。一方、切断速度が速すぎると、過度の抵抗が発生し、切断部に窪みや垂れ下がったスラグが発生し、深刻な場合には切断が完了しないことさえある。

手動切断に比べ、機械切断は切断速度が平均20%向上する。次の表は、機械切断の推奨切断速度です。

機械切断時の切断速度の推奨データ

適切な切断速度は、切り口から排出されるスラグの特性を観察することによって決定することができる。通常の火炎切断では、切断酸素の流れは垂直なトーチに対してわずかに斜めになり、このオフセットをバックドラグ量と呼ぶ（図に示す）。

切削速度は、カーフ内に落下するスラグ火花の方向に基づいて決定することができる。速度が低すぎてバックドラグ量がない場合、ワークの下の火花ビームは切断方向にオフセットする。トーチ走行速度を上げると、スパークビームは反対方向に移動します。スパークビームが切断酸素流と平行か、放電の少し手前にある場合、切断速度は正常と考えられます。しかし、速度が速すぎると、スパークビームは明らかに逆向きになります。

切削傾斜

カッティングノズルとワークの間の傾斜角度は、ガス切断速度とバックドラッグの量に直接影響します。切断傾斜角の大きさは、主にワークの厚さによって決まります。

厚さ4mm以下の鋼板の場合、カッティングノズルは25°から45°の角度で後ろに傾けてください。以下の場合 鋼の切断 板厚4～20mmの鋼板の場合、ノズルは20°～30°の角度で後傾させる。板厚20～30mmの鋼板の場合、カッティングノズルはワークに対して垂直にする。厚みが30mmを超えるワークの場合、カッティングノズルは切り始めに5°～10°、切り抜け後に5°～10°の角度で前傾させる。手動カーブカットの場合、カッティングノズルはワークに対して垂直にしてください。

ノズルの切断傾斜角と切断厚みの関係を図に示す。

• 1-厚さ < 6mm
• 2- 厚さは6-30mm
• 3- 厚さ > 30mm

切断ノズルとワークの間の傾斜角度は、ガス切断の速度とバックドラッグの量に直接影響する。角度を正しく選択しないと、ガス切断速度が向上しないだけでなく、酸素消費量が増加し、ガス切断が困難になることさえある。

炎の調整

酸素とアセチレンの比率を調整することで、中性炎（通常炎）、酸化炎、還元炎（下図）の3種類の切断炎を作り出すことができる。

通常の炎は、還元帯に遊離酸素と反応性炭素がないことが特徴で、鋭く定義された炎芯（円筒形に近い）を持つ3つの明確な領域がある。炎芯はアセチレンと酸素からなり、その先端に一様に丸みを帯びた光沢のある殻がある。外殻は赤熱した炭素質からなり、炎芯の温度は1000℃に達する。

還元帯は、炎芯の外側に位置し、炎芯に比べて暗い輝度を持つ。アセチレンの不完全燃焼生成物である二酸化炭素と水素からなり、その温度は約3000℃に達する。

外炎（完全燃焼帯）は還元帯の外側に位置し、二酸化炭素と水蒸気、窒素からなる。その温度は1200℃から2500℃の間で変化する。

酸化炎は過剰な酸素の存在下で発生し、その炎芯は円錐形で、長さが短く輪郭がはっきりせず、明るさは鈍い。還元帯と外炎も短くなり、炎は紫青色で、大きな音を立てて燃える。音の大きさは酸素の圧力に関係し、酸化炎の温度は通常の炎より高い。切断に使用すると、切断品質が著しく低下する。

還元炎はアセチレンが過剰な場合に発生し、その炎芯は明確な輪郭を持たない。炎芯の端には緑色の縁があり、アセチレン過剰の判断に用いられる。還元帯は異常に明るく、ほとんど炎芯に溶け込んでいる。外炎は黄色である。アセチレンが過剰になると、炎の中でアセチレンの燃焼に必要な酸素が不足するため、黒煙が出始める。

予熱炎のエネルギーの大きさは、切断速度と切り口の質に密接に関係している。

鋼板を切断する際、予熱炎の強さは被加工物の厚さと切断速度によって調整する必要がある。被加工物の厚みが増し、切断速度が速くなるにつれて、炎のエネルギーは強くする必要があるが、強すぎないようにする。強すぎる予熱炎は、切込み上縁の深刻な溶融崩壊を引き起こす可能性があります。

一方、予熱炎が弱すぎると、鋼板に十分なエネルギーが与えられず、切断速度の低下や切断工程の中断を余儀なくされる。

したがって、予熱炎の強さと切断速度の関係は相互に依存する。板厚200mm以下の鋼板の切断では、切断品質を向上させるために中性炎を推奨する。

大きな板厚の鋼板を切断する場合、予熱切断には還元炎を使用し、炎の長さは板厚の1.2倍以上とする。

予熱炎のエネルギー率

予熱の炎は金属の工作物を点火温度に熱し、その温度を維持することによってガス切断で重大な役割を担う。予熱の炎の目的は鋼鉄表面の酸化物の層を剥がし、溶かすことによって切断プロセスを促進し、切断の酸素の流れが金属と接触するようにすることである。

予熱炎の選択は、中性炎であれ、わずかに酸化する炎であれ、ガス切断の質に影響する重要なプロセスパラメーターである。炭化炎の使用は、切り口が炭化する恐れがあるため推奨されない。予熱炎の強さは中程度にし、加工物の厚さ、切断ノズルのタイプ、品質要求に基づいて選択する。

いつ 厚鋼切断 プレートの上端が溶けるのを防ぐため、炎のエネルギー率を下げる必要がある。

一方、薄い鋼板を切断する場合は、火炎エネルギー率を上げることができるが、切断ノズルを被加工物から一定の距離に保ち、一定の傾斜角度を維持する必要がある。

薄鋼板の切断時に予熱炎のエネルギー率が低すぎると、被加工物に十分な熱が伝わらず、ガス切断速度が低下したり、切断が中断したりする。

• 予熱炎の強さは、切断する被加工物の厚さが増すにつれて大きくする。ワークピースが厚くなればなるほど、予熱炎の強さは大きくなるはずです。

酸素アセチレン予熱炎出力と板厚の関係

• 厚い鋼板を切断する場合は、切り口の上端がつぶれないように、また外炎を長くするために、軽い超硬炎を使うべきである。
• 厚さ200mm以下の鋼板の切断に拡散型ノズルや酸素カーテンノズルを使用する場合は、火炎出力を大きくして切り口の先端から着火点までの加熱を促進し、切断速度を上げる必要がある。
• より高い鋼材を切断する場合 炭素含有量 または合金元素は発火点が高いため、予熱炎の出力は大きくなければならない。
• シングル・カッティング・ノズルで開先切断する場合、スラグがカーフの外側に吹き飛ばされるため、火炎出力が増し、さらなるエネルギーが得られる。

ガスフレーム切断の予熱時間は、切断するワークの厚さに基づいて決定する必要があります。以下は、ガスフレーム切断における予熱時間の選択に関する経験的データの一覧である。

ガスフレーム切断における予熱時間の選択に関する経験的データ

切断ノズルとワーク間の傾斜角度とワーク表面からの距離

切断ノズルと被加工物の表面との距離は、切断の質を決定する上で極めて重要です。理想的な距離は、ワークの厚みと予熱炎の長さによって異なります。

切削ノズルが被削材に近すぎると、切削上端での溶け崩れや、飛沫による切削ノズルの閉塞、さらには焼戻しの原因となる。一方、切断ノズルの高さが高すぎると、熱損失が大きくなり、切り口前縁の予熱炎の効果が低下するため、予熱が不十分になり、切断酸素の流動エネルギーが低下し、スラグの除去が困難になり、切り口の品質に影響する。カーフ内の酸素純度も低下し、その結果、バックドラッグの量が増加し カーフ幅また、薄板の切断速度も低下する。

通常、最適な加熱条件を達成し、浸炭のリスクを最小限に抑えるために、炎芯はワークの表面から3～5mm以内に保つ必要があります。炎芯がワークピースの表面に触れると、切り口の上端が溶けるだけでなく、切り口の浸炭の危険性が高まります。

切断ノズルとワーク表面との間の距離は、切断されるワークの厚さに応じて調整されるべきである。

薄い板を切断する場合、切断速度が速く、炎を長くできるため、切断ノズルと被加工物の表面との距離を大きくすることができる。

一方、厚板を切断する場合は、切断速度が遅くなるため、切り口の上端が溶けないようにするためには、予熱炎を短くし、切断ノズルとワーク表面との距離を小さくする必要がある。これにより 真直 切断酸素の流量と酸素の純度を維持し、切断の質を向上させる。

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