CN111373199A

CN111373199A - 气体切割喷嘴

Info

Publication number: CN111373199A
Application number: CN201880070820.4A
Authority: CN
Inventors: 佐野义美; 福岛伸明; 狩野智也
Original assignee: Nissan Tanaka Corp
Current assignee: Nissan Tanaka Corp
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-07-03
Also published as: JP2019100561A; TWI744567B; KR20200064155A; KR102231980B1; JP6315868B1; TW201925683A; WO2019107245A1

Abstract

一种气体切割喷嘴，包括：内部芯棒，其至少一部分由耐脱锌性高的黄铜形成；以及外部喷嘴，其在与所述内部芯棒的外表面之间形成有通道。在所述内部芯棒中，至少供切割氧气穿过的流通孔的表面或者顶端部分的表面由耐脱锌性高的黄铜形成。

Description

气体切割喷嘴

技术领域

本发明涉及一种气体切割喷嘴。本申请要求2017年11月28日在日本提出的特愿2017-228387号日本专利申请的优先权，并将其内容引用在本申请中。

背景技术

对于钢板的气体切割中使用的气体切割喷嘴，如果在气体切割时飞溅物(熔融铁)附着于端面、内部的气体路径，则气体的流通会变得不均匀，气体切割性能下降。

通常，采用如下方法，即通过去除附着于气体切割喷嘴的内部芯棒的气体路径的飞溅物来恢复气体切割性能。由于很多加工部位的内部芯棒通常使用切削性能良好的材料(例如，黄铜)，因而在去除附着的飞溅物时，内部芯棒的形状容易被损坏。作为内部芯棒的形状受损的结果，可能产生气体切割喷嘴的气体切割性能下降的情况。

还设计了一种气体切割喷嘴，在该气体切割喷嘴中难以产生因如下问题而引起的气体切割性能的下降，即因气体切割喷嘴向气体路径附着飞溅物、伴随着去除附着的飞溅物的清洁作业而引起的内部芯棒的形状的损坏而产生的气体切割性能的下降(参照专利文献1～3)。例如专利文献1所记载的气体切割喷嘴的内部芯棒由不锈钢、陶瓷形成，以防止喷嘴的形状的损坏。另外，还设计了一种通过对内部芯棒实施电镀的表面处理，从而防止内部芯棒的形状的损坏的气体切割喷嘴。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-249315号公报

专利文献2：日本特开2016-147291号公报

专利文献3：日本特开平6-74426号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在内部芯棒由不锈钢、陶瓷形成的情况下、或者在对内部芯棒实施电镀的表面处理的情况下，与由作为普通材料的黄铜形成内部芯棒的情况相比，存在制造成本变高的问题。

本发明正是考虑到这样的实际情况而完成的，其目的在于，提供一种不增加制造成本且不易产生气体切割性能的下降的气体切割喷嘴。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明提出了以下手段。

根据本发明的第一方面的气体切割喷嘴，包括：内部芯棒，其至少一部分由耐脱锌性高的黄铜形成；以及外部喷嘴，其在与所述内部芯棒的外表面之间形成有通道。

根据本发明的第二方面，也可以为，在根据第一方面的气体切割喷嘴的基础上，在所述内部芯棒中，至少供切割氧气穿过的流通孔的表面由耐脱锌性高的黄铜形成。

根据本发明的第三方面，也可以为，在根据第一方面的气体切割喷嘴的基础上，在所述内部芯棒中，至少顶端部分的表面由耐脱锌性高的黄铜形成。

根据本发明的第四方面，也可以为，在根据第一至第三的任一方面的气体切割喷嘴的基础上，所述内部芯棒由黄铜形成，所述黄铜至少含有Cu：59.0～67.0重量％、Pb：1.0～4.0重量％、Fe：0.8重量％以下、Sn：0.1～2.3重量％，并且所述黄铜的剩余部分为Zn。

发明的效果

根据本发明的气体切割喷嘴，能够提供一种不增加制造成本且不易产生气体切割性能的下降的气体切割喷嘴。

附图说明

图1为表示根据本实施方式的气体切割喷嘴的整体结构的图。

图2为同一气体切割喷嘴的仰视图。

图3为表示内部芯棒的耐久试验中的穿孔次数的测量结果的图表。

图4为表示直至被判定为需要维护为止的穿孔次数的测量结果的图表。

图5为表示基于气体切割的切割面品质的评价的耐久试验中的穿孔次数的测量结果的图表。

图6为表示内部芯棒的耐维护性评价中的喷嘴扫除针的往复次数的图表。

具体实施方式

参照图1至图2对本发明的一个实施方式进行说明。此外，为了使附图易于观察，对各构成要素的尺寸等进行了适当调整。

图1为表示根据本实施方式的气体切割喷嘴(Gas cutting burner)100的整体结构的图。图2为图1的气体切割喷嘴100的仰视图。

气体切割喷嘴100为利用丙烷、LNG等烃类气体或者氢气等的气体对钢板等进行切割时使用的喷嘴。

气体切割喷嘴100包括：内部芯棒1，其具有切割氧气的流通孔1a；外部喷嘴2；以及管接头5。

如图1所示，内部芯棒1为长条的圆筒状，并具有越靠近顶端侧的底面越窄的形状。另外，如图1和图2所示，内部芯棒1具有沿长边方向的中心轴延伸的流通孔1a，流通孔1a在底面处与外部空间连通。

另外，如图1和图2所示，在内部芯棒1的顶端侧、即顶端部外表面1gt上，形成有由山部1b和槽1c构成的齿轮(gear)状的狭缝部。

内部芯棒1在顶端侧的相反侧即基端侧旋拧于管接头5，内部芯棒1嵌合于管接头5而彼此成为一体。

内部芯棒1由耐脱锌性高的黄铜(以下，称作“耐脱锌黄铜”)形成。内部芯棒1由热传导性及耐热性高且制造成本等经济性也高的黄铜形成。另外，由于内部芯棒1中由山部1b和槽1c构成的齿轮(gear)状的狭缝部等的加工部位较多，因而从切削性的观点出发，黄铜也适于作为内部芯棒1的材料。

另外，发明人进行分析的结果，通常在水道等的流水部中使用的用于防止脱锌现象的耐脱锌黄铜适合用作内部芯棒1的材料。在此，脱锌现象是指，黄铜所含有的锌从黄铜中脱离的现象。耐脱锌黄铜用于水道等的流水部，例如在长期暴露于被氯化消毒的自来水的情况下，能够很好地防止离子化倾向较大的锌通过电解腐蚀而溶出的脱锌现象。

虽然认为在现有的气体切割喷嘴的内部芯棒中，没有暴露于自来水等的部分且与黄铜的脱锌现象不相关，然而，发明人进行分析的结果，现有的气体切割喷嘴的内部芯棒中，也存在因气体切割时的加热而产生的黄铜的脱锌现象。

产生脱锌现象的内部芯棒具有如下状态：表面残留有红色的海绵状的铜，组织变得多孔且变脆。因此，对于产生脱锌现象的黄铜，在进行去除附着的飞溅物(熔融铁)的清洁作业时，内部芯棒的顶端部分、内部芯棒的流通孔的形状容易受到损坏，其结果，气体切割喷嘴的气体切割性能容易下降。例如，流通孔的气体路径中仅带有3μm左右的凹凸形状的伤痕，气体切割性能就会大幅下降。并且，产生脱锌现象的黄铜由于粗糙程度增大，因而容易附着飞溅物，其结果，去除附着的飞溅物的清洁作业的次数增加。

另一方面，根据本实施方式的气体切割喷嘴100的内部芯棒1由耐脱锌黄铜形成，因而能够很好地减少如上所述的黄铜的脱锌现象的产生。其结果，能够很好地减少如下情况的发生，即伴随着去除飞溅物的清洁作业而引起内部芯棒1的形状的损坏、因内部芯棒1的形状的损坏而导致的气体切割性能的下降。

在此，耐脱锌黄铜例如是满足ISO6509的评价标准的黄铜。

用于形成内部芯棒1的耐脱锌黄铜为，在ISO6509脱锌试验中最大脱锌深度为200μm以下，更优选为50μm以下的黄铜。用于形成内部芯棒1的耐脱锌黄铜例如为，由表1所示的成分构成的黄铜。此外，表1所示的剩余部分除了Zn以外，还可能含有不可避免的杂质。

[表1]

成分

Cu

Pb

Fe

Sn

Fe+Sn

Zn

质量％

59.0～67.0

1.0～4.0

0.8以下

0.1～2.3

0.3以下

剩余部分

优选地，内部芯棒1由耐脱锌黄铜形成并通过实施热处理使得容易引起脱锌现象的β层消失，从而提高耐脱锌性。

如图1和图2所示，外部喷嘴2为长条的圆筒状，并且在沿着内部芯棒1的中心轴向观察时，外部喷嘴2呈同心圆状嵌合于内部芯棒1，在外部喷嘴2的内表面2n与内部芯棒1的外表面1g之间形成有预热氧气与燃烧气体混合而成的混合气体的通道3。

如图2所示，通道3在底面与外部空间连通。另外，如图2所示，外部喷嘴2的底面侧、即顶端部内表面2ns嵌合于内部芯棒1的山部1b的外周部。

在本实施方式中，由于外部喷嘴2独立于内部芯棒1，因而外部喷嘴也可以由与内部芯棒1不同的材料形成，例如由铜等形成。

此外，外部喷嘴2也可以与内部芯棒1一体地形成，在该情况下，外部喷嘴2也由耐脱锌黄铜形成。

如图1所示，管接头5设置有与流通孔1a连通的切割氧气口5a、与通道3连通的预热氧气口5b、以及燃烧气体口5c。

接下来，对使用气体切割喷嘴100进行气体切割的操作进行说明。

预热氧气与丙烷等燃烧气体从预热氧气口5b和燃烧气体口5c送入至通道3并被混合，该混合气体被喷出至外部并产生预热火焰。与此同时，切割氧气从切割氧气口5a经由流通孔1a喷出。

从通道3喷出的预热火焰将钢板的切割开始部加热至点火温度，并使切割氧气呈喷射状从流通孔1a喷向钢板的切割开始部。通过喷出的切割氧气使钢中的铁燃烧，并利用其热量使母材熔融。与此同时，利用切割氧气喷流的机械能量吹散燃烧生成物，并以槽状去除燃烧生成物，从而进行切割。被吹散的燃烧生成物(飞溅物)的一部分虽然会与流通孔1a等接触，但内部芯棒1不易产生表面变得粗糙的脱锌现象，因而飞溅物不易附着。

(一个实施方式的效果)

根据本实施方式的气体切割喷嘴100，由于不易产生表面变得粗糙的脱锌现象，因而飞溅物不易附着。另外，由于不易产生表面变脆的脱锌现象，因而不易产生伴随着去除附着的飞溅物的清洁作业的内部芯棒1的形状的损坏。根据上述效果，能够很好地减少气体切割喷嘴100的气体切割性能的下降的产生。

以上，参照附图对本发明的一个实施方式进行了详细叙述，但具体的构成并不限于该实施方式，还包含不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等。另外，还能够对上述的一个实施方式以及以下所示的变形例中示出的构成要素进行适当组合来构成本发明。

(变形例1)

在上述实施方式中，虽然喷出气体切割喷嘴100的混合气体的部分的形状为齿轮(gear)状的狭缝部，但喷出混合气体的部分的形状并不限定于此。喷出混合气体的部分的形状也可以为，配置于流通孔1a的周围的六个较小的孔(梅花碗形)等。喷出混合气体的部分的形状如果以包围喷出切割氧气的流通孔1a的周围的方式形成，则可以为任意的形状。

(变形例2)

在上述实施方式中，虽然内部芯棒1整体由耐脱锌黄铜形成，但内部芯棒的形态并不限定于此。对于内部芯棒1而言，只要飞溅物易于附着的部位、例如内部芯棒的齿轮(gear)状的狭缝部、内部芯棒的顶端部分、内部芯棒的流通孔由耐脱锌黄铜形成即可。

实施例

以下，通过实施例进一步对本发明进行具体地说明，但本发明并不限定于以下的实施例。

(实验1)

实施了气体切割喷嘴的内部芯棒的耐久试验。连续对钢板进行穿孔(开孔)，当通过目视发现预热火焰和切割氧气的流通变得不均匀(可视气流变短等)时，判断为一定量的飞溅物附着于内部芯棒等的气体路径，实施去除飞溅物的清洁作业。在实施清洁作业后预热火焰和切割氧气的流通仍不均匀的情况下，判断为气体切割喷嘴到达产品使用寿命，并测量到此为止的穿孔次数的总和。

在表2中，示出了耐久试验中使用的气体切割喷嘴的内部芯棒的种类。比较例1为由耐脱锌性不高的黄铜形成的现有的内部芯棒。比较例2为对比较例1的内部芯棒的流通孔实施了电镀的内部芯棒。实施例1为根据上述实施方式的内部芯棒1。此外，实施例1的内部芯棒1由在以ISO6509为标准的脱锌腐蚀试验中最大脱锌深度为50μm以下的黄铜形成。

[表2]

图3中示出了穿孔次数的测量结果。该结果为多个采样的测量结果的平均值。作为现有产品的比较例1，到达产品使用寿命为止的穿孔次数的平均次数约为50次。另一方面，在实施例1中，到达产品使用寿命为止的穿孔次数的平均次数约为500次。实施例1与比较例1相比，产品使用寿命大幅延长。考虑认为，实施例1的内部芯棒1由耐脱锌黄铜形成，飞溅物不易附着，并且在去除附着的飞溅物时，内部芯棒1的形状也不易受到损坏，因而产品使用寿命变长。

如图3所示，在对内部芯棒的流通孔实施了电镀的比较例2中，到达产品使用寿命为止的穿孔次数的平均次数约为400次，与比较例1相比，产品使用寿命大幅延长。考虑认为，通过电镀，内部芯棒的表面硬度变高，在去除附着的飞溅物时，内部芯棒的形状不易受到损坏，因而产品使用寿命变长。然而，实施了电镀的比较例2的内部芯棒与实施例1的内部芯棒1相比，制造成本较高。

(实验2)

接着，对直至需要进行气体切割喷嘴的维护(附着的飞溅物的去除、maintenance)为止的穿孔次数进行测量。连续对钢板进行穿孔(开孔)，当通过目视发现预热火焰和切割氧气的流通变得不均匀(可视气流变短等)时，判定为需要维护。实验2中使用的气体切割喷嘴的内部芯棒的种类与实验1相同，即比较例1、比较例2以及实施例1。

维护的实施必要性的判定分三个等级进行。

“维护等级1”：判定为需要对外部喷嘴和内部芯棒的齿轮(gear)状的狭缝部进行维护的情况。

“维护等级2”：判定为维护等级1的维护不充分且需要对内部芯棒的顶端部分进行维护的情况。

“维护等级3”：判定为维护等级2的维护不充分且需要对内部芯棒的流通孔进行维护的情况。

图4中按照维护等级示出了直至判定为需要维护为止的穿孔次数的测量结果。

如图4所示，与比较例1和比较例2相比，在实施例1中，直至判定为需要维护为止的穿孔次数较多。特别地，在实施例1中，直至判定为需要维护等级3的维护为止的穿孔次数较多。考虑认为，实施例1能够很好地防止飞溅物向内部芯棒1的流通孔1a的附着。

(实验3)

基于实际的气体切割的切割面品质的评价，对气体切割喷嘴的内部芯棒进行耐久试验。在表3所示的切割条件下进行了气体切割。实验3中使用的气体切割喷嘴的内部芯棒的种类与实验1相同，即比较例1、比较例2以及实施例1。

[表3]

被切割材料	SS400材料、T25mm
		切割氧气压力	0.4MPa
预热氧气流量	21.0L/min
		丙烷流量	5.6L/min
切割速度	350mm/min

切割面品质的评价按照如下情况进行：(a)每穿孔五次确认一次可视气流的长度，在可视气流的长度变得极短的情况下进行切割面品质的评价、或者(b)每穿孔25次必须进行一次切割面品质的评价。

在切割面品质变差的情况下，对外部喷嘴和内部芯棒的齿轮(gear)状的狭缝部(维护等级1)、内部芯棒的顶端部分(维护等级2)、内部芯棒的流通孔(维护等级3)进行维护，并再次对切割面品质进行评价。在进行维护后切割面品质仍未得到改善的时间点，判断为到达了气体切割喷嘴的产品使用寿命，并测量到此为止的穿孔次数的总和。

图5中示出了穿孔次数的测量结果。即使在基于切割面品质的评价中，与比较例1相比，实施例1的产品使用寿命也大幅延长。考虑认为，实施例1的内部芯棒1由耐脱锌黄铜形成，飞溅物不易附着，并且在去除附着的飞溅物时，内部芯棒1的形状也不易受到损坏，因而产品使用寿命变长。

在表4中，示出了在实验3中直至维护中产生无法去除的飞溅物为止所进行的穿孔次数。无论任何情况，在产生了无法去除的飞溅物之后，都判断为气体切割喷嘴到达产品使用寿命。考虑认为，无法去除的飞溅物的产生会对切割面品质造成较大的影响。考虑认为，对于延长气体切割喷嘴的产品使用寿命这一点而言，防止无法去除的飞溅物的附着很重要。

[表4]

比较例1	115次
		比较例2	275次
实施例1	250次

(实验4)

接着，对内部芯棒的耐维护性进行了评价。在实验4中，利用不锈钢制成的喷嘴扫除针来维护内部芯棒的流通孔，每当喷嘴扫除针在流通孔内部往复10次，则对可视气流的长度进行一次测量。与测量开始时相比，对可视气流长度变短为止的喷嘴扫除针的往复次数进行了测量。在维护中，按照仅流通孔的一个部位被磨损的方式施加力。

图6中示出了测量出的喷嘴扫除针的往复次数。与比较例1相比，比较例2和实施例1的往复次数较多，即相对于维护的耐久性较高。特别是，考虑认为比较例2中的表面通过电镀而变硬，因而耐久性变高。

另一方面，对于气体切割喷嘴的产品使用寿命，如实验1至实验3的结果所示，与比较例2相比，实施例1的产品使用寿命较长。即，考虑认为与作为比较例1的特征的表面的硬度相比，作为实施例1的特征的耐脱锌性的优良度对于作为气体切割喷嘴的产品使用寿命而言更重要。

(实验5)

作为参考，对现有的气体切割喷嘴中产生的脱锌现象的实验结果进行说明。

在加热前和加热后(10分钟后和20分钟后)进行了由耐脱锌性不高的黄铜形成的现有的内部芯棒的成分分析。通过与使用丙烷切割钢板时相同的结构和步骤对内部芯棒进行加热。

分析结果如表5所示。通过加热，锌(Zn)的成分减少而铜(Cu)的成分增加。认为通过加热，内部芯棒产生了由锌的蒸发氧化而引起的脱锌现象。考虑认为，与表5所示的成分分析的结果相比，内部芯棒的表面部分会产生更显著地脱锌现象。

[表5]

成分(质量％)	Cu	Zn	O	Pb	Ba	Sn	Fe	其它
									加热前	62.9	33.6	0	1.7	0.3	0.3	0.4	0.8
加热10分钟后	80.5	13.8	2.7	1.6	0.3	0	0.5	0.6
									加热20分钟后	80.7	12.9	3.2	1.1	0	0	0.9	1.2

产业上的可利用性

本发明能够应用于使用丙烷、LNG等烃类气体或者氢气等气体的气体切割喷嘴。

附图标记说明

100：气体切割喷嘴

1：内部芯棒

1a：流通孔

1b：山部

1c：槽

1g：外表面

1gt：顶端部外表面

2：外部喷嘴

2n：内表面

2ns：顶端部内表面

3：通道

5：管接头

5a：切割氧气口

5b：预热氧气口

5c：燃烧气体口

Claims

1.一种气体切割喷嘴，其特征在于，包括：

内部芯棒，其至少一部分由耐脱锌性高的黄铜形成；以及

外部喷嘴，其在与所述内部芯棒的外表面之间形成有通道。

2.根据权利要求1所述的气体切割喷嘴，其特征在于，

在所述内部芯棒中，至少供切割氧气穿过的流通孔的表面由耐脱锌性高的黄铜形成。

3.根据权利要求1所述的气体切割喷嘴，其特征在于，

在所述内部芯棒中，至少顶端部分的表面由耐脱锌性高的黄铜形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体切割喷嘴，其特征在于，

所述内部芯棒由黄铜形成，所述黄铜至少含有Cu：59.0～67.0重量％、Pb：1.0～4.0重量％、Fe：0.8重量％以下、Sn：0.1～2.3重量％，并且所述黄铜的剩余部分为Zn。