酸素燃料切断とは？そのプロセスとメリットを解説

Yonglihao Machineryでは、 プロトタイピングサービスプロバイダー. ほとんどの板金加工ではレーザー切断が主な工程ですが、一部の作業では酸素燃料切断も依然として使用しています。炎切断またはトーチ切断とも呼ばれるこの方法は、当社のワークフローにおいて依然として重要な役割を果たしています。.

厚手の炭素鋼には酸素燃料溶接を採用しています。部品の溶接準備が必要な場合、この方法は特に効果的です。持ち運びやすさも重要な利点であり、現場での作業には酸素燃料溶接を採用しています。このプロセスにより、厚板溶接のリードタイム管理が容易になります。一方、精度が極めて重要な薄板溶接には、, レーザー切断 依然として私たちの第一選択肢です。.

この記事では、酸素燃焼プロセスについてわかりやすく説明します。その実用的な用途、限界、そしてプロジェクトに最適な選択かどうかを判断する方法について学びます。.

酸素燃料切断とは何ですか?

酸素燃料切断は、燃料と酸素の混合炎を用いて鋼材を予熱する熱処理プロセスです。適切な温度に達した後、純酸素のジェット噴射によって金属が酸化され、スラグとして切断部から押し出されます。この加熱と酸化の組み合わせが、酸素燃料切断の原理です。.

このプロセスは、酸化物が形成されてもきれいに除去できるため、軟鋼や多くの低合金鋼に最適です。0.5mmから250mmまでの幅広い厚さの金属に使用できます。特殊なシステムを使用すれば、それよりもはるかに厚い金属の切断も可能です。.

レーザーでは効果的に処理できないほど厚い鋼材には、酸素燃料切断を推奨することがよくあります。溶接用のベベルエッジの作成も、この方法が優れた効果を発揮する場面の1つです。さらに、切断エッジを後で機械加工する場合も、酸素燃料切断は依然として賢明な選択です。.

酸素燃料切断はどのように機能しますか?

酸素燃料切断は、制御された急速酸化の一種です。まず、鋼材を発火温度まで加熱します。これは通常、融点より低い700～900℃の鮮やかな赤色です。.

次に、切削酸素の流れが化学反応を引き起こします。この反応によって熱が発生し、酸化鉄が形成され、それが切削部から押し出されます。酸素ジェットは単に溝を溶かすのではなく、酸化を促進し、溶融した酸化物を押し出します。.

きれいなカットは 4 つの重要な原則に基づいています。.

• まず、材料の発火温度は融点よりも低くなければなりません。そうでなければ、きれいに切断されずに、ただ溶けて流れ出てしまうでしょう。.
• 第二に、酸化物の融点は母材金属よりも低くなければなりません。これにより、酸化物は流動性のあるスラグとして吹き飛ばされるようになります。.
• 3 番目に、反応では、切断面を発火温度に保つために十分な熱を放出する必要があります。.
• 4つ目に、反応によって生成されるガスは少ないはずです。ガスは切断酸素を希釈してしまうからです。.

これが、酸素燃料が軟鋼および低合金鋼に効果的である理由です。頑固な酸化物を形成する金属には効果が低くなります。ステンレス鋼、鋳鉄、非鉄金属は、容易に吹き飛ばされない酸化物を形成します。粉末アシスト切断などの特殊な方法は効果的ですが、例外的な方法と考えています。.

主要コンポーネントとそれぞれの機能

酸素燃料システムは一見シンプルに見えますが、それぞれの部品はそれぞれが特定の重要な役割を担っています。これらの部品が連携して、切断速度、刃先品質、そして全体的な安定性を決定します。そのため、最良の結果を得るには、これらの重要な領域に焦点を当ててトラブルシューティングを始めることが不可欠です。.

• 酸素供給（酸素カット）：切断速度と刃先品質は主に酸素純度に依存します。最良の結果を得るには、切断用酸素の純度は少なくとも99.5%TP5Tである必要があります。純度がわずかに低下するだけで大きな影響が生じ、反応の強度が弱まり、スラグの除去が阻害されます。例えば、酸素純度がわずか1%TP5T低下するだけで、切断速度は約15%TP5T低下し、ガス使用量は約25%TP5T増加する可能性があります。.
• 燃料ガス供給（予熱）: 燃料ガスは鋼材を発火点まで加熱します。また、切断面を高温に保ちます。燃料ガスの種類によって、切断開始速度が変わります。また、熱の広がり方にも影響します。高温で集中した炎は、より速く貫通し、熱影響部（HAZ）が小さくなる傾向があります。.
• トーチとノズル/チップ:トーチは予熱炎用の燃料と酸素を混合し、チップを通して切断用酸素ジェットを形成します。ノズルの設計は特に重要です。酸素ジェットが空気と混ざり合うのを防ぎ、エッジ品質に影響を与えるからです。さらに、チップの状態はしばしば問題の原因となります。摩耗、スパッタ、または詰まりは、良好な加工プロセスをあっという間に困難なものにしてしまう可能性があります。.
• レギュレーター、ホース、安全ハードウェア: 安全かつ安定した操業には、レギュレーターが重要な役割を果たします。レギュレーターはトーチへの圧力と流量を制御し、スラグ、開先不良、炎の不安定化といった問題を防ぐのに役立ちますが、ホース、チェックバルブ、逆火防止装置も信頼性の高い性能に不可欠です。酸素燃料切断では可燃性ガスと高エネルギーの炎を使用するため、これらの部品を常に徹底的に点検する必要があります。切断に不安定さが生じた場合は、まず圧力を確認し、関連するハードウェアを慎重に検査します。.
• 燃料ガスの選択:燃焼中、燃料ガスは2つの熱領域、すなわち内側の円錐（一次燃焼）と外側の炎（空気を用いた二次燃焼）を形成します。そのため、燃料ガスを比較する際には、炎の温度だけでなく、燃料比と熱の分布も考慮する必要があります。.

アセチレンは最も速く穿孔する傾向があります。非常に高温で強力な一次炎を持ちます。プロパンと天然ガスは穿孔速度が遅いですが、安価になる場合があります。適切な先端部を使用すれば、きれいに燃焼します。MAPPとプロピレンは中間的な選択肢です。入手しやすさや熱需要に基づいて選択されます。.

酸素燃料切断の主な種類

手動トーチ切断

手動トーチ切断は、手持ち式のプロセスです。シリンダー、レギュレーター、そしてモーションコントロールのないトーチを使用します。持ち運びが求められる作業に最適です。これには、現場作業、修理、解体作業などが含まれます。安定した電力供給ができない場所でも効果を発揮します。ただし、厳密な精度、繰り返し部品、精密な穴あけには適していません。.

成功はオペレーターのスキルにかかっています。トーチの角度、スタンドオフ、そして移動速度は一定でなければなりません。これにより、酸素ジェットが切断部と一直線に揃います。試作品の場合、手作業による切断は精密作業ではなく、迅速な手段として行います。.

機械化された直線切断

機械切断では、キャリッジまたはCNC工作機械を使用します。トーチの高さ、経路、速度を制御します。これにより、板材の切断は安定して均一になります。繰り返し精度が重視される生産工程に適しています。特に厚い板材の場合に有効です。一方、薄板の場合は、レーザー切断の方が高速で精緻な切断が可能です。.

機械化されたシステムは、標準パラメータの設定を容易にします。酸素燃料は速度と酸素の品質に敏感であるため、これは重要です。機械化により、オペレーターの差異によるエラーが減少します。.

ベベル酸素燃料切断

ベベルカットは、溶接用の角度付きエッジを作成します。V、Y、X、Kのベベルが可能です。溶接準備が必要な厚手の部品に最適です。ただし、入熱を最小限に抑える必要がある作業には適していません。また、美観を重視したエッジや最終寸法の部品にも適していません。.

ベベルカットでは、制御すべき変数が増えます。これには、ベベル角度、切断形状、エッジの直角度などが含まれます。これらの理由から、機械化されたセットアップと適切なチップケアが役立ちます。試作においては、ベベルカットは下流の溶接準備にかかる時間を節約することがよくあります。.

マルチトーチ酸素燃料切断

マルチトーチ切断では、複数のトーチを同時に作動させます。これにより、単一のプレート上で繰り返し部品を切断する場合の出力が向上します。部品の形状が繰り返し発生し、プレートが厚い場合に有効です。ただし、異なる部品を多数組み合わせる作業では柔軟性が低く、セットアップ時間の増加によりコストが増加する可能性があります。.

これらのセットアップでは、非常に安定したガス供給も必要です。ガスの流れが不均一だと、トーチ間でエッジ品質にばらつきが生じる可能性があります。1つのトーチの性能が低い場合は、まずそのトーチの先端、位置合わせ、そして酸素の流れを確認してください。.

酸素燃料切断とレーザー切断のどちらを選択するかをどのように決定しますか?

酸素燃料切断とレーザー切断のどちらを選択するかは、厚さ、形状、エッジ品質、そして後工程という4つの要素に基づいて決定します。.

通常、レーザー切断が第一選択です。薄い材料の厳しい公差や複雑な形状に最適です。厚みが増すにつれて、酸素燃料切断の方が適した選択肢になります。また、溶接のためにベベルが必要な場合にも適しています。切断面を研磨または機械加工する場合にも、レーザー切断を使用します。.

試作作業で私たちが用いる簡単なロジックをご紹介します。部品が厚手の軟鋼または低合金鋼の場合、酸素燃焼切断は迅速かつ費用対効果に優れています。業界では、酸素燃焼切断は2インチ（50mm）以上の鋼板に最適であると一般的に考えられています。プラズマ切断の品質だけでは不十分な場合は、酸素燃焼切断は良い選択肢です。精緻な内部形状や、きれいで小さな穴が必要な場合は、レーザー切断の方が適しています。.

次の場合には酸素燃料を使用します。

• 材質は軟鋼または低合金鋼です。.
• 厚みも重く、経済的にも有利です。.
• エッジは溶接、面取り、または機械加工されます。.
• 携帯性やセットアップの手間が少ないことが重要です。.

次の場合にレーザーを使用します:

• ジオメトリには、急な曲線、細かいスロット、小さな穴などが含まれます。.
• 最小限の仕上げと厳密な寸法管理が必要です。.
• 素材は薄手から中厚程度です。.

ベストプラクティスとよくあるカットの問題

良好な酸素燃料切断は、いくつかの変数を制御することにかかっています。具体的には、酸素純度、ノズルの状態、予熱バランス、移動速度、トーチの高さです。これらの変数のいずれかが変化すると、切断品質が低下します。スラグ、目詰まり、開先誤差などが発生する可能性があります。.

一貫した結果を得るために使用するチェックポイントは次のとおりです。.

ベストプラクティスのチェックポイント

• 酸素の品質と酸素ジェットから始めましょう: 酸素の流れが弱かったり乱流になったりすると、切断は失敗します。これは、スラグが大量に発生したり、切断面が荒れたり、厚板の切断が失敗したりする形で現れます。.
• チップのサイズと設定を厚さに合わせてください。 チップチャートが存在するのには理由があります。予熱流量、切断酸素量、そして速度を調整するのに役立ちます。チップの選択を誤ると、仕上がりは美しくないものの、うまく機能しないことがよくあります。.
• 予熱は推測ではなく、制御されたステップとして扱います。 予熱は切断線を発火温度まで加熱する必要があります。上端が溶けすぎないように注意してください。予熱が少なすぎるとピアシングが遅くなります。一方、予熱が多すぎると上端が丸くなり、切断面が広くなります。.
• 移動速度を一定に保つ: このプロセスは速度に敏感です。酸化フロントは適切な位置に留まらなければなりません。速すぎると切断が遅れ、スラグが残ります。遅すぎると上端が過熱してしまいます。.
• プレートの表面状態を観察します。 ミルスケール、錆、コーティングは工程を阻害する可能性があります。試作品の場合は、表面処理を素早く行うことで時間を節約できます。.

品質基準

優れた酸素燃料切断機は、切断幅が安定しており、ドラグラインが均一です。また、スラグの付着もほとんどありません。刃先は、選択したチップに対して直角である必要があります。.

ドラッグラインとは、切断面にある小さな縞模様のことです。乱雑に見えず、均一に見える必要があります。上端が過度に溶融している場合は、熱が高すぎるか、移動速度が遅いことを意味します。下端に重く硬いスラグがある場合は、速度が速すぎるか、酸素ジェットが弱いことを示しています。.

また、冶金学的な側面も考慮してください。酸素燃料溶接は熱影響部（HAZ）を形成します。鋼種によっては、切断端面付近で硬化が起こる場合があります。部品を溶接する場合は、溶接準備と端面処理を計画してください。.

トラブルシューティング

結論

Yonglihao Machineryでは、 レーザーカットサービス 高精度プロファイルや薄板材の加工には、主に酸素燃焼法を採用しています。しかし、厚板炭素鋼、溶接準備後の開先加工、現場での切断などにおいては、酸素燃焼法が最も信頼性が高く、費用対効果の高いソリューションの一つです。どの方法がお客様の部品に適しているかご不明な場合は、お気軽にご相談ください。通常、まず材料、板厚、エッジ品質の要件、そしてその後の溶接や機械加工の計画について確認いたします。.

Yonglihao Machinery のワークフローでは、精密で薄い素材の場合、レーザー切断が第一選択肢となります。.

しかし、厚い炭素鋼、溶接準備のベベル、現場での切断の場合、酸素燃料は非常に信頼性が高く、低コストのプロセスです。.

どの方法がお客様の部品に適しているかご不明な場合は、お気軽にご相談ください。通常は、材質、厚さ、エッジ品質の要件、そして後工程の溶接や機械加工の計画を確認することから始めます。.

よくある質問

酸素燃料切断の一般的な厚さの範囲はどれくらいですか?

酸素燃料溶接は、0.5mmから250mmまでの鋼板に一般的に使用されています。厚板溶接システムでは、さらに厚い鋼板にも対応可能です。一部のシステムでは、最大35インチ（900mm）の鋼板を切断できます。実際の切断可能厚さは、トーチ、ガス供給、およびチップによって異なります。.

酸素燃料切断に最適な鋼は何ですか?

低炭素鋼（軟鋼）と多くの低合金鋼が最適です。これらの鋼は融点以下でも発火します。酸化物はスラグとして吹き飛ばされます。高炭素鋼は、硬化などの問題に敏感になる場合があります。.

酸素の純度はなぜそれほど重要なのでしょうか?

純度は反応の強度、速度、そしてエッジ品質を左右します。酸素純度が1%低下すると、速度は25%低下し、ガス使用量は25%増加します。ノズルとチップの状態も重要です。これらは、純酸素流が空気と混ざるのを防ぎます。.

燃料ガスはアセチレン、プロパン、MAPP、プロピレン、天然ガスのどれを選択すればよいですか?

ピアシング速度、熱、コスト、そして使用する機器に基づいてガス種を選択してください。アセチレンは最も高温（約3160℃）で、最も速くピアシングできます。プロパン（約2828℃）と天然ガス（約2770℃）はピアシング速度が遅いですが、安価になる場合があります。必ず適切なチップ設計と設定に合わせてガス種を選択してください。.

荒削りのエッジを改善する最も早い方法は何ですか?

まず、チップの状態と酸素純度を確認してください。次に、移動速度と予熱バランスを確認してください。チップの摩耗や詰まりは、エッジの荒れの原因となることがよくあります。その後、トーチのアライメントとプレートの表面状態を確認してください。.

酸素燃料切断はプロトタイピング環境で安全ですか?

はい、厳格な安全規則を守れば可能です。逆火防止装置を使用し、漏れがないか確認し、適切な個人用保護具（PPE）を着用してください。レギュレーターは常に正しく取り扱ってください。逆火を確認または疑われる場合は、作業を中止してください。作業を再開する前に、すべての機器を点検してください。.