多くのメーカーは、厚い金属をきれいに、手頃な価格で、管理しやすい方法で切断することに苦労している。プラズマ切断はうまくいくが、高価になる。ウォータージェットは精密だが時間がかかる。炭素鋼を扱うなら、オキシ燃料切断が最もシンプルな解決策かもしれない。昔ながらの方法ですが、低コストでセットアップも少なくて済みます。
その仕組み、必要なもの、プラズマやレーザーの代わりに使用する場合について知りたいですか？続きを読む
オキシ燃料切断とは？
酸素燃料切断は、トーチを使って鋼を切り裂く方法である。トーチは燃料ガスと酸素を混合して金属表面を加熱する。鋼鉄が発火温度に達すると、純酸素のジェットが加熱された部分に吹きつけられる。これにより金属が燃焼し、溶けた酸化物が押し出され、狭くきれいな切り口ができる。
この方法は主に軟鋼や低合金鋼の切断に使われる。ステンレス鋼や非鉄金属は同じように酸化しないため、うまくいかない。
酸素燃焼切断の基本原理
酸素燃料切断は、熱と酸素を組み合わせて鋼を切断する。そのプロセスは単純に聞こえるかもしれないが、それぞれの部品が特定の役割を果たしている。ここでは、その仕組みを一から説明しよう。
燃焼プロセスの説明
カッティング・トーチは2つのガスを使用する。1つは加熱用、もう1つは切断用だ。まずトーチは、酸素とアセチレン、プロパン、天然ガスなどの燃料ガスを混合して金属を予熱する。この予熱により、鋼材は発火温度である約1800°F（980℃）に近づきます。
金属が十分に熱くなると、バルブが開いて純粋な酸素の流れが放出される。この流れは高温の鋼鉄と反応し、急速な酸化プロセスを開始する。金属は燃えて酸化鉄となり、酸素の流れによって吹き飛ばされる。
酸素と燃料ガスの役割
プロセス内の各ガスには仕事がある。燃料ガスは最初の熱を供給する。アセチレンが最も高温で一般的だが、用途に応じてプロパンやその他のガスも使用される。酸素は2つの役割を果たす。酸素は燃料と混合して炎を発生させ、その後単独で作用して金属を燃焼・除去する。
純粋な酸素が鍵となる。酸素は高圧でなければならず、汚染物質が含まれていてはならない。わずかな不純物でも、炎を弱めたり、切断プロセスを遅らせたりする可能性がある。
発熱反応と切断作用
切断そのものは発熱反応によるものだ。純粋な酸素が高温の鋼鉄に当たると、急速な酸化が引き起こされる。この反応はさらに熱を発生させ、切断を継続させるのに役立つ。酸素が流れ、金属が高温を保つ限り、反応は続く。
酸素は金属の燃焼を助けるだけでなく、切断部から溶融した酸化物を除去する。そのため、切れ込みは狭く、鋭く、安定している。機械的な力は使わない。すべての工程は化学エネルギーに頼っている。
オキシ燃料カッティングの仕組み
オキシ燃料切断は単純に見えるかもしれないが、明確なステップ・バイ・ステップのプロセスに従う。各ステップは、きれいで正確な切断を行うための役割を果たします。ここでは、最初から最後までどのように機能するかを説明する：
ステップ1：機材のセットアップ
適切なホースとレギュレーターを使用して、酸素タンクと燃料ガスタンクをトーチに接続します。すべての接続が締まっていることを確認してください。漏れがないかチェックし、フラッシュバックアレスターが所定の位置にあることを確認します。
ステップ2：ガス流量の調整
バルブをゆっくり開ける。レギュレーターを使用して、酸素ガスと燃料ガスの両方に適正な圧力を設定する。燃料の種類と鋼材の厚さに応じた推奨設定に従ってください。
ステップ3：トーチに火をつける
スパークライターで燃料ガスに点火する。酸素バルブを少し開いて炎を調整する。トーチを中立炎に設定します。これにより、クリーンで安定した熱源が得られます。
ステップ4：スチールを予熱する
トーチを金属の端に近づける。予熱の炎は、鋼が真っ赤になるまで温度を上げる。この段階で金属を切断する準備をする。
ステップ5：カットの開始
カッティングレバーを押すと、純粋な酸素の流れが出る。これが化学反応の引き金となる。高温の鋼が酸素と反応し、燃え尽きる。
ステップ6：トーチを導く
希望する切断経路に沿ってトーチを安定させる。チップの距離と速度を一定に保つ。速すぎると、切断がうまくいかないことがある。遅すぎるとスラグが溜まる。
ステップ7：仕上げと検査
切断が終わったら、酸素ジェットを解放する。最初に酸素、次に燃料ガスの逆の順序でトーチを止める。パーツを冷ましてから、エッジの真直度とスラグを検査する。必要であれば補修する。
設備概要
オキシ燃料切断は正しいセットアップにかかっている。安全できれいな切断のためには、システム内の各コンポーネントが適切に機能しなければならない。どのような機器が必要で、どのように機能するのかを見てみよう。
カッティングトーチ部品
トーチはシステムの心臓部である。燃料ガスと酸素を混ぜて炎を作る。トーチには2つのバルブがあり、1つは酸素用、もう1つは燃料用である。トーチヘッドには、炎が出るノズルまたは先端がある。このノズルが炎の形と強さをコントロールする。
トーチ内部では、ガスが早く混ざらないように別々の流路が設けられている。トリガーまたはレバーで酸素ジェットをコントロールし、切断を行う。優れたトーチのデザインは、炎を安定させ、切断中に素早くコントロールできる。
燃料ガスオプション：アセチレン、プロパン、その他
アセチレンは最も一般的な燃料ガス。他のガスよりも高温で燃焼するため、素早い予熱に適している。しかし、価格も高く、取り扱い規則も厳しい。
プロパンの方が安く、保管も簡単だ。燃焼温度がそれほど高くないので予熱に時間がかかるが、長時間のカットや一般的な使用には適している。天然ガスやプロピレンを使用するセットアップもある。カットの厚さ、コスト、利用可能な保管場所によって選択する。
酸素供給および調整システム
酸素は純度が高く、加圧されていなければならない。酸素は通常、大きなボンベに入っているか、現場の発電機から供給される。きれいなカットを行うには、安定した流量が鍵となる。圧力が低下すると酸素の噴出が弱まり、カットの質が低下します。
レギュレーターは酸素の圧力を安定させます。ボンベに接続し、トーチに流れる酸素の量を制御する。切断作業では予熱炎よりも多くの酸素を必要とするため、適切な圧力設定が重要になる。
安全バルブ、ホース、レギュレータ
このシステムでは、フレキシブル・ホースを使ってタンクからトーチまでガスを運ぶ。これらのホースは色分けされており、赤が燃料、緑が酸素である。漏れや逆火を防ぐため、ホースの状態は良好でなければならない。
フラッシュバックアレスターとチェックバルブは使用者を保護します。これらは、炎がホースやタンクに逆流するのを防ぎます。レギュレーターも重要な役割を果たします。ガス圧を制御し、サージを防止します。
オキシ燃料切断トーチの種類
切断トーチのデザインは、切断の速度と精度に影響する。手持ち式のトーチもあれば、大がかりな作業用に機械に取り付けるタイプもある。それぞれのタイプは、異なるニーズに適合します。
手動切断トーチ
手動または手持ち式のトーチは、小規模な作業、修理、現場作業に使用される。作業者は、切断の動きを完全にコントロールすることができます。これらのトーチはセットアップが簡単で、使い方も簡単です。
精度が最優先されない状況で、厚い鋼材を切断するのに適している。特に長い切断や曲線的な切断には、安定した手が重要である。建設、スクラップヤード、一般加工で広く使われている。
カッティングトーチ
機械に取り付けたトーチは、トラックやカッティングテーブルに取り付ける。これらのセットアップは、大きなシートや繰り返しのパターンを切断するために使用されます。手動トーチに比べ、制御性と安定性に優れています。
CNC酸素燃焼マシンは、あらかじめプログラムされた経路をたどることができる。これらの機械は プラズマ または レーザーカッターしかし、厚い鋼材の場合は、より手頃な価格となる。これらのシステムは、加工工場や造船所では一般的だ。
産業用マルチトーチセットアップ
マルチトーチシステムは、一度に複数のカッティングヘッドを使用する。これらはガントリースタイルの機械に取り付けられる。これにより、複数の部品を同時に切断することができ、生産速度が向上する。
このセットアップは大量の作業に最適です。橋梁建設や重機械製造など、厚い鋼板を毎日切断する業界で使用されています。これらのシステムは熟練したセットアップを必要としますが、1カットあたりの時間とコストを節約します。
燃料ガス特性と選択
燃料ガスの選択は、切断速度、予熱時間、コスト、安全性に影響する。それぞれのガスには独特の特徴があります。適切なものを選ぶには、切断のニーズ、予算、作業環境によります。
アセチレン：高熱、高リスク
アセチレンは、燃料ガスの中で最も高温の炎を出す。酸素と混合すると、ピーク温度は約6,000°Fに達する。このため、素早く予熱し、素早く切断を開始するのに適している。
しかし、アセチレンは不安定である。高圧下で爆発したり、不注意な取り扱いをすると爆発する可能性がある。特別な保管場所と厳格な取り扱い規則が必要です。また、他のガスよりもコストがかかる。多くのショップにとって、アセチレンのスピードは、追加された注意事項に見合うものです。
プロパン経済的で多用途
プロパンはアセチレンよりも低温で燃焼するが、それでも仕事はできる。保管も安全で、取り扱いも簡単です。コストも安く、タンクサイズも豊富です。
プロパンは炎の温度が低いため、金属を予熱するのに少し時間がかかる。しかし、より広い炎を持つため、厚い板や長い線の切断に役立つ。一般的なカッティング、特に大量のカッティングを行う場合によく使われる。
その他のガスMAPP、天然ガス、水素
MAPPガスは複数の炭化水素のブレンドである。プロパンよりも高温で燃焼するが、アセチレンよりも安定している。スピードと安全性のバランスを求めるユーザーに適している。
天然ガスは安価でクリーンな燃焼。固定ガス供給システムのある店舗で使用される。熱出力が低いため予熱に時間がかかるが、長時間の生産に適している。
水素はクリーンで高温に燃焼するが、安全上のリスクから使用されることはほとんどない。ほとんどの場合、他のガスがうまく機能しない特殊な用途に限られている。
酸素燃焼切断に適した材料
オキシ燃料切断は、特定の金属に最もよく効く。このプロセスは特定の化学反応に依存しているため、切断する金属の種類は非常に重要です。ここでは、この方法を選択する前に知っておくべきことを説明する。
炭素鋼理想的な材料選択
炭素鋼はオキシ燃料切断に最も適している。酸化しやすく、着火温度も適切だからだ。酸素は高温の鋼と反応し、きれいに燃焼する。
低炭素鋼から中炭素鋼が最良の結果をもたらす。切り口は滑らかで、加工も速い。そのため、この方法は建設、重機、造船でよく使われている。
ステンレスやアルミニウムに適さない理由
ステンレス鋼とアルミニウムの酸化の仕方は同じではありません。除去しやすいスラグを形成する代わりに、切断に抵抗する強靭な酸化層を形成します。酸素ジェットがこれを効果的に突き破ることはできない。
その結果、切断品質が悪くなったり、失敗したりする。このような金属には、プラズマや ウオータージェット の方が良い選択だ。
錆びた表面や塗装された表面に対する特別な配慮
表面に付着した錆や塗料は、予熱の段階に影響を及ぼすことがある。これらの塗膜は、熱を遮ったり、予期せぬ燃焼を起こしたりして、着火を遅らせます。また、塗料は有毒ガスを放出することもある。
最良の結果を得るには、切断前に表面をきれいにしておくこと。ワイヤーブラシやグラインダーで、ほとんどの錆やコーティングを取り除く。こうすることで、トーチが金属を均一に加熱し、切断が安定する。
カッティング・テクニックとヒント
カットによって必要なテクニックは異なる。直線でも、円でも、面取りでも、トーチ・コントロールが鍵です。これらのヒントは、よりきれいで正確なカットを行うのに役立ちます。
直線切断
まっすぐ切るには、金属定規やカッティングトラックのようなガイドを使う。こうすることで、手が安定し、エッジの質が向上します。トーチの角度と高さを一定に保つ。火花をよく見てください。火花は、カッ トの底から均一に流れるはずです。火花が散らばったり、止まったりする場合は、スピードを調整してください。
ソープストーンまたはスクライバーでラインをはっきりとマークする。粗いリードインを避けるために、スタートエッジをフルに予熱する。
サークルとシェイプ・カッティング
カーブや穴のカットは、よりコントロールが必要です。小さな円の場合は、トーチのコンパスアタッチメントを使うとよい。フリーハンドで形を作る場合は、ゆっくりと着実に。手首を柔軟に保ち、滑らかな弧を描くように動かす。
内側のカットは中心から始める。まず穴を開け、それから外側に向かって作業する。外側をカットする場合は、端から始め、外形に忠実に従います。
溶接準備のための開先切断
開先切断は、溶接のために部品を準備するのに役立つ。トーチを一定の角度（通常は30～45 度）にセットする。開先を一定に保つため、切断中はトーチを 安定させる。
ガイドか治具を使ってトーチの軌跡をコントロールする。ベベルカットはトーチの動きに敏感なので、練習が重要です。
スピードと炎の高さをコントロールする
スピードはカットの質に影響する。速すぎると、切断がうまくいかないことがある。遅すぎると、底にスラグが溜まる。火花の跡を見て、速度が適切かどうかをチェックする。
トーチの先端は適切な高さに保つこと-通常、表面から1/8～1/4インチ上。近すぎるとノズルを傷つけてしまう。遠すぎると切り口がきれいにならない。熱を維持するため、炎は切断線のすぐ前に集中させておく。
初心者が避けるべき間違い
新しいユーザーは、カットの品質や安全性に影響する問題にしばしば遭遇します。こうしたミスはよくあることだが、正しい習慣を身につければ簡単に解決できる。気をつけるべきことは以下の通り。
誤った炎の調整
炎は、酸素が多すぎず、燃料が多すぎないニュートラルな状態に設定しなければならない。リッチ」（燃料過多）すぎる炎は汚く燃え、スラグが残る。リーン」（酸素過多）すぎる炎は、金属を過熱し、チップを摩耗させることがある。
正しく調整するには、まず燃料を入れ、炎が鋭く静かになるまでゆっくりと酸素を加える。正しく調整された炎は、安定した火力ときれいな切れ味をもたらします。
速すぎるカット、遅すぎるカット
スピードが重要だ。スピードが速すぎると、炎が鋼を完全に切り裂くことができません。切り口が不完全になったり、ギザギザになったりする。遅すぎると切り口が広がり、スラグや熱の歪みが多くなる。
火花を見てください。火花は切り口からまっすぐ流れ落ちるはずです。もし火花が飛び散ったり戻ってきたりしたら、スピードを調節してください。
プリヒートスキップまたはトーチのミスアライメント
予熱を省略するのは大きな間違いだ。金属は切断前に適切な温度に達していなければならない。冷たすぎると酸素が鋼とうまく反応せず、切断がきれいに始まらない。
トーチのアライメントも同様に重要である。ストレートカットの場合は、先端を垂直に保つ。開先加工では、角度を安定させる。トーチがぐらついたり傾いたりすると、切り口が粗くなったり、不揃いになったりします。始める前に、時間をかけて整列させてください。
結論
酸素燃料切断は、厚い炭素鋼を切断するための信頼できる方法である。燃料ガスと酸素の混合ガスを使用し、金属を加熱して燃焼させる。このプロセスは軟鋼に最適で、多くの工業環境で効果を発揮する。費用対効果が高く、セットアップも簡単で、手作業でも機械切断でも理想的です。適切なトーチ、ガス、技術を使用することで、無駄を最小限に抑え、きれいな切断が可能です。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
