CN102869471A - 气割方法和气割装置及切割喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气割方法、气割装置和切割喷嘴，所述气割方法的特征在于，将氢气与烃类气体混合以获得燃料气体，从切割喷嘴的前端喷射将所述燃料气体和预热用氧气混合并点火所形成的预热火焰以加热工件，对所述被加热的工件喷射切割用氧气以切割工件，在所述燃料气体中烃类气体的含有量为超过0体积%且4体积%以下。

Description

气割方法和气割装置及切割喷嘴

技术领域

本发明涉及气割方法和气割装置及切割喷嘴的改良。

本申请基于2010年4月20日在日本申请的特愿2010-097258号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

切割钢板等工件时，通过预热火焰将工件的切割开始点加热至能够氧化反应的温度，向被加热的部分喷射高纯度的氧气使被加热的部分燃烧并熔化，由此切割工件的气割方法被广泛使用。

为了在该气割方法中形成预热火焰，通常在预热孔中使用烃类气体（LPG、LNG、城市煤气、乙炔、丙烷、甲烷、乙烯、丙烯、丁烷等，或它们的混合气体）作为燃料气体以及用于使该燃料气体有效燃烧的预热氧气。

近年来，为了形成预热火焰，使用以氢气为主要成分的燃料气体替代烃类气体。作为使用以氢气为主要成分的燃料气体的气割方法，已知有专利文献1和专利文献2。

在此，对比文件1中记载有以成为不到爆炸下限的浓度的方式将烃类气体混合到氧气和氢气的混合气体（氢氧气体）中的切割方法。具体地，公开了为了不到氢氧气体的爆炸下限，需要使燃料气体中的烃类气体的比率在30%以上。

此外，对比文件2记载有使用以氢氧气体对液化石油气的流量比为25：1~35：1的范围将液化石油气加入到氧气和氢气的混合气体（氢氧气体）中的热源的气割方法。

具体地，在图9所示的气割装置101中，将由氢氧气体发生器103产生的氢氧气体供给到供给路径101，从液化石油气瓶104将液化石油气供给到供给路径103，在供给路径101与供给路径103的汇合点A以成为上述范围的方式混合后，向切割吹管102供给。并且，从切割吹管102的前端设置的切割喷嘴106产生预热火焰。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2007-000902号公报

专利文献2：日本专利第3563660号公报

然而，在专利文献1和专利文献2所记载的气割方法中，确认了氢气中混合的烃类气体浓度越高，则切割速度等切割性能越低，为了充分发挥氢气的切割性能，需要降低混合的烃类气体或液化石油气的比率。

另一方面，当完全不混合烃类气体或液化石油气以氢气100%作为燃料气体时，具有因为无法看到喷嘴前端的白心，所以无法调整预热火焰的问题。

此外，使用为爆炸性气体的氧气与氢气的混合气体，具有当烃类气体的压力下降或因机器的关联而发生混合故障时等氢氧气体的供给路径全体（例如，图9所示的供给路径L101的全体）有爆炸的危险的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而产生，目的在于提供安全、切割性能优越且能够易于进行预热火焰的调整的气割方法和其所使用的气割装置及切割喷嘴。

为了解决上述技术问题，本发明如下。

（1）一种气割方法，其特征在于，

将氢气与烃类气体混合以获得燃料气体，

从切割喷嘴的前端喷射将所述燃料气体和预热用氧气混合并点火所形成的预热火焰以加热工件，

对所述被加热的工件喷射切割用氧气以切割工件，

在所述燃料气体中烃类气体的含有量为超过0体积%且4体积%以下。

（2）根据（1）所述的气割方法，其特征在于，

所述烃类气体为丙烷，

在所述燃料气体中丙烷的含有量为0.4体积%以上且4体积%以下。

（3）根据（1）~（2）中任一项所述的气割方法，其特征在于，

所述烃类气体为甲烷，

在所述燃料气体中甲烷的含有量为3体积%以上且4体积%以下。

（4）根据（1）~（3）中任一项所述的气割方法，其特征在于，

所述烃类气体为丁烷，

在所述燃料气体中丁烷的含有量为0.2体积%以上且4体积%以下。

（5）根据（1）~（4）中任一项所述的气割方法，其特征在于，

在切割吹管的内部、切割喷嘴的内部或切割喷嘴的前端进行所述燃料气体与所述预热用氧气的混合。

（6）根据（1）~（5）中任一项所述的气割方法，其特征在于，

从所述切割喷嘴的前端对工件喷射所述预热火焰时，

使所述预热火焰向所述切割喷嘴的轴向中心倾斜。

（7）根据（1）~（6）中任一项所述的气割方法，其特征在于，

由水分解装置供给所述氢气和所述预热用氧气中的至少任一种，

所述水分解装置能够分别取出氢气和氧气，并使氢气中的氧气成分或氧气中的氢气成分为不到爆炸下限。

另外，能够分别取出氢气和氧气的定义是所述氢气中的氧气浓度及氧气中的氢气浓度分别为不到爆炸下限。

（8）一种气割装置，其特征在于，设置有：

混合器，将氢气与烃类气体混合以获得燃料气体；

切割喷嘴，具有由所述燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔和喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔；

切割吹管，其前端设置有所述切割喷嘴；

燃料气体供给路径，将所述燃料气体供给到所述切割吹管或所述切割喷嘴；

预热用氧气供给路径，将所述预热用氧气供给到所述切割吹管或所述切割喷嘴；

氢气供给源，将所述氢气供给到所述混合器；

烃类气体供给源，将所述烃类气体供给到所述供给路径；和

氧气供给源，将所述预热用氧气供给到所述预热用氧气供给路径，

所述燃料气体中的烃类气体的含有量为超过0体积%且4体积%以下，

所述燃料气体供给路径与所述预热用氧气的供给路径在所述切割吹管的内部、所述切割喷嘴的内部或所述切割喷嘴的外部汇合。

（9）一种切割喷嘴，为气割装置的切割喷嘴，其特征在于，具备：

切割用氧气流动通路，贯通所述切割喷嘴的轴向中央；

预热气体流动通路，为燃料气体流动通路与预热用氧气流动通路汇合而形成的流动通路，设置在所述切割用氧气流动通路的外侧；

切割氧气孔，设置在所述切割用氧气流动通路的前端；和

预热孔，设置在所述预热气体流动通路的前端，

所述预热气体流动通路的前端侧向所述切割用氧气流动通路的延长线倾斜。

（10）根据（9）所述的切割喷嘴，其特征在于，从所述预热气体流动通路的前端侧的延长线与所述切割用氧气流动通路的延长线的交叉点到切割喷嘴前端的距离为10~20mm。

（11）一种切割喷嘴，为气割装置的切割喷嘴，其特征在于，具备：

切割用氧气流动通路，贯通所述切割喷嘴的轴向中央；

燃料气体流动通路，设置在所述切割用氧气流动通路的外侧；

预热用氧气流动通路，设置在所述切割用氧气流动通路的外侧；

切割氧气孔，设置在所述切割用氧气流动通路的前端；

预热孔，设置在所述燃料气体流动通路的前端；和

预热孔，设置在所述预热用氧气流动通路的前端，

所述燃料气体流动通路和所述预热用氧气流动通路在所述切割喷嘴的内部独立，

所述燃料气体流动通路的前端侧和所述预热用氧气流动通路的前端侧向所述切割用氧气流动通路的延长线倾斜。

发明效果

根据本发明的气割方法和气割装置，由于作为燃料气体的主要成分的氢气和氧气在到达切割吹管或切割喷嘴之前不发生混合，所以能够大幅降低燃料气体供给路径中发生爆炸的危险性从而提高安全性。

此外，将在作为燃料气体的主要成分的氢气中混合的烃类气体的比率以超过0体积%（能够看到白心的最低比率）且4体积%以下（能够维持切割速度的最高比率）的低比率进行设定，所以在确保氢气本来的优越的切割性能的同时能够辨认白心，且能够易于进行预热火焰的调整。

进一步，通过组合使预热气体路径的前端侧向喷嘴的中心方向倾斜的切断喷嘴，能够使预热更加集中。利用该效果，能够抑制主要由于在穿孔（开孔）加工时经常发生的熔化金属的上喷导致喷嘴的预热气体流动通路被阻塞而产生的回火，能够降低爆炸的危险性并能够降低穿孔预热时间。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的气割装置的系统图。

图2是表示本发明的一实施方式的气割装置所使用的切割喷嘴的放大剖视图。

图3是表示燃料气体中的在氧气中氢气的爆炸范围和在氧气中丙烷的爆炸范围的三角图。

图4是表示本发明的气割装置所使用的切割喷嘴的另一例的示意剖视图。

图5是表示本发明的验证试验1中燃料气体中的丙烷浓度与最高切割速度的关系的图。

图6的（a）是表示在本发明的验证试验2中，使用100%氢气作为燃料气体时，燃料气体与切割喷嘴的前端产生的白心的状态的关系的图。（b）是表示在本发明的验证试验2中，使用氢气和1%作丙烷的混合气体作为燃料气体时，燃料气体与切割喷嘴的前端产生的白心的状态的关系的图。（c）是表示在本发明的验证试验2中，使用氢气和3%作甲烷的混合气体作为燃料气体时，燃料气体与切割喷嘴的前端产生的白心的状态的关系的图。

图7的（a）是表示在本发明的验证试验3中，设置倾斜时，切割喷嘴内的流动通路与预热气体的状况的关系的图。（b）是表示在本发明的验证试验3中，未设置倾斜时，切割喷嘴内的流动通路与预热气体的状况的关系的图。

图8是表示本发明的验证试验3中穿孔预热时间的测量结果的图。

图9是表示现有的气割装置的结构的系统图。

具体实施方式

以下，使用附图对于应用本发明的一实施方式的气割方法与其所使用的气割装置和切割喷嘴一起进行说明。另外，以下说明所使用的附图为了使特征易于理解，有时为了方便将特征部分放大表示，各结构要素的尺寸比例等不限于与实际相同。

图1是表示本发明的一实施方式的气割方法所使用的气割装置的系统图。如图1所示，本实施方式的气割装置1具备：具有切割喷嘴6的切割吹管2，切割喷嘴6上设置有预热孔7和切割氧气孔8；供给氢气的氢气供给源3；供给烃类气体的烃类气体供给源4；供给预热用氧气的氧气供给源5；将氢气和烃类气体构成的燃料气体供给到切割喷嘴6的燃料气体供给路径L1；和将预热用氧气供给到切割喷嘴6的预热用氧气供给路径L2而大致构成。

切割吹管2未特别限定，能够应用普通的切割吹管。

气割喷嘴6设置在切割吹管2的前端。在该切割喷嘴6的前端，设置有用于由燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔7和用于喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔8。此外，在切割喷嘴6的基端，设置有燃料气体流动通路9和预热用氧气流动通路10及切割用氧气流动通路11。并且，燃料气体流动通路9与预热用氧气流动通路10在该切割喷嘴6的内部汇合。

燃料气体供给路径L1一端与氢气供给源3连接，另一端与切割喷嘴6的燃料气体流动通路9连接。此外，在燃料气体供给路径L1上设置有混合装置12，在该混合装置12上经由烃类气体供给路径L3连接有烃类气体供给源4。由此，氢气和烃类气体分别从氢气供给源3和烃类气体供给源4被供给到混合装置12，生成在氢气中混合超过0体积%且4体积%以下的烃类气体的混合气体。而且，该混合气体作为燃料气体被供给到混合装置12下游的燃料气体供给路径L1。

在此，如以下所示验证试验所说明的，本实施方式的燃料气体为在氢气中混合超过0体积%且4体积%以下的烃类气体的混合气体。白心由于燃料气体中的碳成分燃烧而发出白色的光辉能够辨认，对于氢气100%的燃料气体而言完全无法看到白心。

燃料气体中混合的烃类气体浓度尽可能设定得较低，但从白心的辨认性的观点考虑，优选为0.2~4体积%。

此外，使用碳成分较多的丙烷等时，优选为0.4体积%以上，更优选为1体积%以上。使用碳成分较少的甲烷等时，优选为3体积%以上，使用丁烷等时，优选为0.2体积%以上。

使用以丙烷为主要成分的液化石油气作为烃类气体时，优选混合气体中的丙烷的浓度为0.4体积%以上，更优选为1体积%以上。

使用以甲烷为主要成分的液化天然气时，优选混合气体中的甲烷的浓度为3体积%以上，使用以丁烷为主要成分的城市煤气时，优选混合气体中的丁烷的浓度为0.2体积%以上。

另一方面，当氢气中的烃类气体超过4体积%时，对于可切割速度来说，相对于使用氢气100%作为燃料气体时的可切割速度，可切割速度急速下降，在燃料气体中使用氢气的优点变得极小，所以是不优选的。相反，如果氢气中的烃类气体的混合比率为4体积%以下，则可切割速度不受影响，所以是优选的。

此外，作为安全对策，在燃料气体供给路径L1上设置有回火防止器13和开闭阀（优选使用止回阀。以下相同）15。进一步，在燃料气体供给路径L1和烃类气体供给路径L3上分别设置压力计14。

预热用氧气供给路径L2一端与氧气供给源5连接，另一端与切割喷嘴6的预热用氧气流动通路10连接。此外，在预热用氧气供给路径L2上设置有压力计14和开闭阀15。

切割用氧气供给路径L4一端与氧气供给源5连接，另一端与切割喷嘴6的切割用氧气流动通路11连接。此外，在切割用氧气供给路径L4上设置有压力计14和开闭阀15。

另外，在本实施方式的切割装置1中，例示了在预热用氧气供给路径L2和切割用氧气供给路径L4上连接同一氧气供给源5的结构，但不限于此。即，也可以为在预热用氧气供给路径L2和切割用氧气供给路径L4上分别连接不同的氧气供给源的结构。

氢气供给源3在与预热用氧气汇合之前不与氧气混合，能够将氢气单质供给到燃料气体供给路径L1至燃料气体流动通路9即可，未特别限定。

作为氢气供给源3可以使用一般广泛使用的充填有氢气的气瓶，也可以利用从电解水以产生氢气和氧气的水分解装置产生的气体。但是，使用水分解装置的气体时，为了消除氢气与氧气混合发生爆炸的危险，需要选择将氢气与氧气分别分离取出的类型的机器。

烃类气体供给源4，未特别限定，能够使用充填有烃类气体的气瓶。

作为本实施方式的烃类气体，未特别限定，能够使用液化石油气、液化天然气、城市煤气、乙烯、乙炔、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等普通的烃类气体或它们的混合气体。

氧气供给源5在与燃料气体汇合之前不与氢气混合，能够将氧气单质供给到预热用氧气供给路径L2和切割用氧气供给路径L4即可，未特别限定。

作为氧气供给源5可以使用一般广泛使用的充填有氧气的气瓶，也可以利用从电解水以产生氢气和氧气的水分解装置产生的气体。但是，使用水分解装置的气体时，为了消除氢气与氧气混合发生爆炸的危险，需要选择将氢气与氧气分别分离取出的类型的机器。对于从水分离装置产生的氢气和氧气，即使是分离取出的类型也可能在氢气中混入氧气或在氧气中混入氢气。混入量优选尽可能少量，只要是分别不到爆炸下限的浓度就没有问题。

另外，氧气供给源5可以在预热用氧气供给路径L2和切割用氧气供给路径L4上分别设置。

切割喷嘴6由燃料气体和预热用氧气形成预热火焰，喷射切割用氧气，设置在切割吹管2的前端。此外，切割喷嘴6具备：贯通轴向中央的切割用氧气流动通路11；预热气体流动通路16，为燃料气体和预热用氧气的混合气体的流动通路，设置在切割用氧气流动通路11的外侧；设置在切割用氧气流动通路11的前端的切割氧气孔8；和设置在预热气体流动通路16的前端的预热孔7而大致构成。

在此，如图1所示，本实施方式的切割喷嘴6为燃料气体流动通路9与预热用氧气流动通路10在该切割喷嘴6的内部汇合而构成预热气体流动通路16的前混合类型（チップミキシングタイプ）。此外，燃料气体供给路径L1、预热用氧气供给路径L2分别与燃料气体流动通路9和预热用氧气流动通路10连接。因此，本实施方式的气割装置1为燃料气体供给路径L1与预热用氧气供给路径L2在切割喷嘴6内汇合的结构。

此外，本实施方式的切割喷嘴6如图2所示，该切割喷嘴6内的预热气体流动通路16上设置有折曲部16a。并且，其特征在于，预热气体流动通路16的在该折曲部16a的基端侧的部分设置为，与沿着轴向中心设置的切割用氧气流动通路11平行，在上述折曲部16a的前端侧的部分16A设置为向上述切割用氧气流动通路11倾斜。由此，能够使从预热孔8喷射的预热气体向切割喷嘴6的轴向的中心部集中。

另外，在本实施方式中，例示了在预热气体流动通路16上设置折曲部16的结构，但不限于此。例如，也可以将与轴向平行设置的基端侧的流动通路部分与向切割用氧气流动通路11倾斜设置的前端侧的流动通路部分用缓和的曲线状的流动通路连接而构成预热气体流动通路16

在此，预热气体流动通路16的前端侧部分16A的倾斜角度（即，连接预热气体流动通路16的折曲部16a和预热孔8的直线M与切割喷嘴6的轴向中心线O上设置的切割用氧气流动通路11所成的角度）α优选为能够最大程度地提高预热气体的集中性的角度。具体地，倾斜角度α如图2所示，优选设定为使上述直线M与上述直线O交叉的点（交点）P成为切割材料（工件）表面S。另外，从切割材料（工件）表面S到切割喷嘴前端的距离L通常设定在10~20mm的范围内。

接下来，说明使用上述气割装置的本发明的一实施方式的气割方法。

具体地，如图1所示，对于进行本实施方式的气割的各种气体的供给形态进行说明。

首先，从氢气供给源3对燃料气体供给路径L1供给氢气。氢气在由压力调整器14调压后被供给到混合装置12。

同样地，从烃类气体供给源4对烃类气体供给路径L3供给烃类气体。烃类气体在由压力调整器14调压后被供给到混合装置12。

接下来，通过混合装置12，将氢气与烃类气体以成为设定的混合比率（即，氢气96体积%以上，烃类气体4体积%以下）的方式混合后，从该混合装置12作为燃料气体供给到燃料气体供给路径L1。并且，燃料气体经由用于氢气的回火防止器13和开闭阀15供给到切割喷嘴6的燃料气体用流动通路9。

从氧气供给源5将氧气供给到预热用氧气供给路径L2和切割用氧气供给路径L4。供给到预热用氧气供给路径L2的氧气作为预热用氧气经由压力调整器14和开闭阀15供给到切割喷嘴6的预热用氧气流动通路10。燃料气体和预热用氧气在切割喷嘴6的内部混合，由预热孔7喷出并被点火，形成预热火焰。

对另一条切割用氧气供给路径L4供给的氧气作为切割用氧气经由压力调整器14和开闭阀15供给到切割喷嘴6的预切割用氧气流动通路11，从切割氧气孔8喷射，与被预热火焰加热的钢铁反应以进行切割。

在以往的气割方法中，使用100%氢气作为燃料气体时，与使用100%烃类气体作为燃料气体时相比能够提高可切割速度。然而，由于完全无法辨认切割喷嘴前端产生的白心，所以具有难以调整预热火焰的火焰的问题。

此外，在以往的气割方法中，以成为爆炸下限值的方式在氧气和氢气的混合气体（氢氧气）中混合烃类气体作为燃料气体时，能够确保安全性但具有切割速度下降的问题。

在此，图3中表示在氧气中氢气的爆炸范围和在氧气中丙烷的爆炸范围。图3中所示的区域（A）是燃烧范围，区域（B）是非燃烧范围。另外，三角图中所示的直线（C）表示在由电解产生的氧气、氢气中混合丙烷时的组成。如图3所示，氧气中的不到爆炸下限的氢气浓度为4%以下，氢气中的不到爆炸下限的氧气浓度为6%以下。

对此，在本实施方式的气割方法中，由于使用在氢气中混合超过0体积%且4体积%以下的烃类气体的混合气体作为燃料气体，所以能够同时获得与使用氢气作为燃料气体时的可切割速度同等的速度以及由烃类气体的燃烧在切割喷嘴前端产生的白心的辨认性。

进一步，根据如图9所示的以往的气割装置101，将混合氧气和氢气的氢氧气体与为爆炸下限浓度的烃类气体的混合气体作为燃料气体供给到供给路径101。因此，当由于任何理由燃料气体的供给产生问题而发生爆炸时，供给氢氧气体的供给线L101的上游侧全体有可能破损。

相反，根据本实施方式的气割装置1，使用将作为燃料气体的主要成分的氢气作为氢气单质供给的氢气供给源3，与烃类气体混合的燃料气体和预热用氧气在切割喷嘴6的内部汇合。因此，万一燃料气体与预热用氧气之间发生爆炸时，切割喷嘴6的上游侧（一级侧）的路径不会破损。由此，能够使用混合如图2所示的爆炸下限值以下的烃类气体的燃料气体。

如以上说明的，根据本实施方式的气割方法和气割装置1，由于作为燃料气体的主要成分的氢气与氧气在进入切割吹管2或切割喷嘴6之前不混合，所以能够大幅降低燃料气体供给路径1中发生爆炸的危险性从而提高安全性。

此外，由于将在作为燃料气体的主要成分的氢气中混合的烃类气体的比率以超过0体积%（能够看到白心的最低比率）且4体积%以下（能够维持切割速度的最高比率）的低比率进行设定，所以在确保氢气本来的优越的切割性能的同时能够辨认白心，且能够易于进行预热火焰的调整。

进一步，通过组合使预热气体路径16的前端侧16A向喷嘴的中心方向倾斜的切断喷嘴6，能够使预热更加集中。利用该效果，能够抑制主要由于在穿孔（开孔）加工时经常发生的熔化金属的上喷导致喷嘴的预热气体通路16被阻塞而产生的回火，能够降低爆炸的危险性并能够降低穿孔预热时间。

另外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可施加各种变更。例如，在上述实施方式的气割装置1中，示出了使用燃料气体与预热用氧气在内部汇合的切割喷嘴6的结构，但不限于此。

例如，如图4所示，可以使用燃料气体流动通路9和预热用氧气流动通路10在该切割喷嘴的内部独立，由各自的预热孔27a、27b喷出后在切割喷嘴的外部（切割喷嘴的前端）混合的后混合类型（ポストミキシングタイプ）的切割喷嘴26。

利用这种形式的切割喷嘴26也能够获得与上述实施方式相同的效果，并能够进一步提高对应因回火导致的爆炸的安全性。

此外，虽然未图示，也可以为使用在内部设置有混合室（也叫做混合器）的切割吹管的气割装置的结构，为将燃料气体和预热用氧气在切割吹管内的混合室中混合后，供给到切割喷嘴的结构。

以下示出具体例子。

（验证试验1）

以使用丙烷作为构成燃料气体的烃类气体的情况为例，调查在氢燃料气体中以各种浓度混合丙烷时的对切割速度的影响。作为评价对切割速度的影响的方法，在同一条件下逐渐加快切割速度时发生被称作松散切割（ルーズカット）的切割中断的现象。记录不发生该松散切割的最高速度。切割条件示出在表1中。此外，图5中示出燃料气体中的丙烷浓度与最高切割速度的关系。

【表1】

母材	SS400板厚12mm（切割长度200mm）
		切割喷嘴	日酸TANAKA（株）制3011#1
燃烧热量（MJ/h）	25
		预热氧气混合比	中性混合

如表1所示，在燃料气体中混合的预热氧气的混合比，一般具有称为以反应化学式的比率混合的理论混合以及考虑空气中的氧气的中性混合，在本验证中为预热火焰稳定的中性混合。

如图5所示，确认了相对于燃料气体中的丙烷浓度为100%的情况下的最高切割速度为750（mm/min.），在氢气中混合1~4体积%的丙烷的燃料气体的情况下最高切割速度为950（mm/min.），速度能够提升约27%。

此外，确认了如果氢气中的丙烷的混合比率为4体积%以下，则切割速度不受影响，当超过4体积%时可切割速度急速下降，当丙烷浓度为20体积%的程度时与丙烷浓度为100%的可切割速度没有太大差别，使用氢气作为燃料气体的优点变得极小。

（验证试验2）

对各种燃料在切割喷嘴前端产生的白心的辨认性进行评价。图6（a）、（b）和（c）中示出各种燃料气体在切割喷嘴的前端产生的白心的照片。另外，白心由于燃料气体中的碳素成分燃烧而发出白色的光辉能够辨认。因此，如图6（a）所示，确认了在氢气100%的燃料气体的情况下完全无法看到白心。

相反，如图6（b）所示，在氢气中混合1体积%的丙烷的燃料气体的情况下，白心（图中所示区域H）能够充分辨认。此外将丙烷浓度减小至0.4体积%能够辨认。

此外，如图6（c）所示，确认了在混合碳成分最少的甲烷的情况下，以3体积%的混合比率能够辨认白心（图中所示区域H）。

进一步确认了在混合丁烷的情况下以0.2体积%的混合比率能够辨认白心。

从上述验证结果确认了，选择任意一种烃类气体的情况下，通过使燃料气体中对于氢气的混合比率为3体积%以下，切割喷嘴的前端产生的白心能够辨认。

（验证试验3）

对于使用使切割喷嘴内的预热气体流动通路相喷嘴中心方向倾斜的切割喷嘴与使用将切割喷嘴内的预热气体流动通路与切割氧气流动通路平行设置的切割喷嘴的情况，评价预热气体向喷嘴中心方向的集中性和对穿孔预热时间产生的影响。

图7（a）和（b）通过能够使气体的流动可视化的纹影仪拍摄的表示预热气体的流动状况的照片。另外，在表2中示出纹影仪的拍摄条件。

【表2】

能够确认在预热气体流动通路上设置倾斜的图7（a）中，与未设置倾斜的图7（b）相比，预热气体从喷嘴前端喷出后，向喷嘴中心方向收拢。

此外，在表3和图8中分别示出测量上述集中性不同的切割喷嘴的穿孔预热时间和测量结果。

【表3】

如图8所示，确认了在预热气体流动通路上设置倾斜的切割喷嘴与未设置倾斜的切割喷嘴相比，以更小的燃烧热量在短时间内结束预热。

工业上的可利用性

本发明的气割方法，可应用于利用具备由燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔和喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔的切割喷嘴切割工件。

符号说明

1     气割装置

2     切割吹管

3     氢气供给源

4     烃类气体供给源

5     氧气供给源

6     切割喷嘴

7     预热孔

8     切割氧气孔

9     燃料气体流动通路

10    预热用氧气流动通路

11    切割用氧气流动通路

12    混合装置

13    回火防止器

14    压力计

15    开闭阀（止回阀）

16    预热气体流动通路

16a   折曲部

16A   前端侧部分（前端侧）

α    倾斜角度

L1    燃料气体供给路径

L2    预热用氧气供给路径

L3    烃类气体供给路径

L4    切割用氧气供给路径

Claims (11)

1.一种气割方法，其特征在于，

将氢气与烃类气体混合以获得燃料气体，

从切割喷嘴的前端喷射将所述燃料气体和预热用氧气混合并点火所形成的预热火焰以加热工件，

对所述加热的工件喷射切割用氧气以切割工件，

在所述燃料气体中烃类气体的含有量为超过0体积%且4体积%以下。

2.根据权利要求1所述的气割方法，其特征在于，

所述烃类气体为丙烷，

在所述燃料气体中丙烷的含有量为0.4体积%以上且4体积%以下。

3.根据权利要求1所述的气割方法，其特征在于，

所述烃类气体为甲烷，

在所述燃料气体中甲烷的含有量为3体积%以上且4体积%以下。

4.根据权利要求1所述的气割方法，其特征在于，

所述烃类气体为丁烷，

在所述燃料气体中丁烷的含有量为0.2体积%以上且4体积%以下。

5.根据权利要求1所述的气割方法，其特征在于，

在切割吹管的内部、切割喷嘴的内部或切割喷嘴的前端进行所述燃料气体与所述预热用氧气的混合。

6.根据权利要求1所述的气割方法，其特征在于，

从所述切割喷嘴的前端对工件喷射所述预热火焰时，

使所述预热火焰向所述切割喷嘴的轴向中心倾斜。

7.根据权利要求1所述的气割方法，其特征在于，

所述氢气和所述预热用氧气由水分解装置供给，

由所述水分解装置供给的氢气中的氧气成分和由所述水分解装置供给的预热用氧气中的氢气成分为不到爆炸下限。

8.一种气割装置，其特征在于，设置有：

混合器，将氢气与烃类气体混合以获得燃料气体；

切割喷嘴，具有由所述燃料气体和预热用氧气形成预热火焰的预热孔和喷射切割用氧气以切割工件的切割氧气孔；

切割吹管，其前端设置有所述切割喷嘴；

燃料气体供给路径，将所述燃料气体供给到所述切割吹管或所述切割喷嘴；

预热用氧气供给路径，将所述预热用氧气供给到所述切割吹管或所述切割喷嘴；

氢气供给源，将所述氢气供给到所述混合器；

烃类气体供给源，将所述烃类气体供给到所述供给路径；和

氧气供给源，将所述预热用氧气供给到所述预热用氧气供给路径，

所述燃料气体中的烃类气体的含有量为超过0体积%且4体积%以下，

所述燃料气体供给路径与所述预热氧气的供给路径在所述切割吹管的内部、所述切割喷嘴的内部或所述切割喷嘴的外部汇合。

9.一种切割喷嘴，为气割装置的切割喷嘴，其特征在于，具备：

切割用氧气流动通路，贯通所述切割喷嘴的轴向中央；

预热气体流动通路，为燃料气体流动通路与预热用氧气流动通路汇合而形成的流动通路，设置在所述切割用氧气流动通路的外侧；

切割氧气孔，设置在所述切割用氧气流动通路的前端；和

预热孔，设置在所述预热气体流动通路的前端，

所述预热气体流动通路的前端侧向所述切割用氧气流动通路的延长线倾斜。

10.根据权利要求9所述的切割喷嘴，其特征在于，从所述预热气体流动通路的前端侧的延长线与所述切割用氧气流动通路的延长线的交叉点到切割喷嘴前端的距离为10~20mm。

11.一种切割喷嘴，为气割装置的切割喷嘴，其特征在于，具备：

切割用氧气流动通路，贯通所述切割喷嘴的轴向中央；

燃料气体流动通路，设置在所述切割用氧气流动通路的外侧；

预热用氧气流动通路，设置在所述切割用氧气流动通路的外侧；

切割氧气孔，设置在所述切割用氧气流动通路的前端；

预热孔，设置在所述燃料气体流动通路的前端；和

预热孔，设置在所述预热用氧气流动通路的前端，

所述燃料气体流动通路和所述预热用氧气流动通路在所述切割喷嘴的内部独立，

所述燃料气体流动通路的前端侧和所述预热用氧气流动通路的前端侧向所述切割用氧气流动通路的延长线倾斜。

Images