JP2020049522A - 酸素溶断用ランスパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】ランスパイプ内部の酸素流の安定性及び直進性を向上させ、ランスパイプの溶断性能を向上させる。【解決手段】長尺状で金属製の筒体１１と、この筒体の内部に挿入される長尺状で金属製の芯体１２とを有し、芯体１２の周囲に、筒体１１の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路が形成されている酸素溶断用ランスパイプ１０において、芯体１２の基端側の端部に、前記酸素流路に向けて酸素を案内する案内面１２ａを形成した。【選択図】図１

Description

本発明は、酸化反応熱を利用して対象材を切断あるいは穿孔する際に用いられる酸素溶断用ランスパイプに関する。なお、以下本明細書では、「酸素溶断用ランスパイプ」を単に「ランスパイプ」という。

従前より、ガス切断や機械的切断では困難を伴う対象材（板厚の厚い鋼材など）を切断あるいは穿孔する際には、酸素溶断装置を用いた溶断を行っている。

酸素溶断装置は、内部に酸素流路を有する金属製のランスパイプに対して、外部より一定以上の熱源を先端部に与えて、ランスパイプを溶融させ、酸素流路に送り込まれている酸素とランスパイプとで、連続的に酸化反応を起こさせて自己燃焼させ、その先端部の酸化反応熱によって対象材（被溶断物）を切断あるいは穿孔する溶断装置であり、対象材を溶断するランスパイプと、ランスパイプを保持するホルダと、ランスパイプに酸素を供給する酸素ボンベと、ランスパイプが保持されたホルダと酸素ボンベとを連結し、ランスパイプに酸素を案内する酸素ホースとを有している。

ランスパイプは、一般的に、長尺状で金属製の筒体の内部に、長尺状で金属製の芯体を挿入したものであり、その芯体としては、筒体の内径より小さい外径を有する金属製の線材（助燃材）を、複数本（数本から数十本）組み合わせて挿入したものが一般的である（例えば特許文献１参照）。また、芯体として、多孔管を有する異形管（特許文献２参照）、凹凸のある異形管（特許文献３参照）を使用する場合もある。

このようなランスパイプにおいて、筒体の基端側から供給される酸素は、筒体の内部（芯体の周囲）に形成されている空隙（酸素流路）を通って着火（溶融）した先端部に届き、その先端部において芯体（助燃材）及び筒体（主燃材）と酸化反応を連続的に起こし酸化反応熱を生じさせる。つまり、ランスパイプは、この酸化反応熱をもって対象材を溶断（切断あるいは穿孔）するものである。

特開２０１１−９２９４８号公報 特開２０００−７１０６９号公報 実公昭５７−２９１３８号公報

本発明者らは、ランスパイプの溶断性能に大きく関与する前述の酸化反応熱を安定して得るためには、酸素をランスパイプ内部の酸素流路にスムーズに供給し、その酸素流の安定性及び直進性を向上させることが重要であると考えた。この点から従来のランスパイプによる溶断試験の状況を詳しく分析したところ、従来のランスパイプにおいて芯体の基端側（酸素供給側）の端部は、酸素流に対して実質的に垂直な平面となっており、この平面に酸素流が真正面から衝突することにより、酸素流の安定性及び直進性が損なわれ、結果としてランスパイプの溶断性能が低下することがわかった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ランスパイプ内部の酸素流の安定性及び直進性を向上させ、ランスパイプの溶断性能を向上させることにある。

本発明の一観点によれば、次のランスパイプが提供される。
長尺状で金属製の筒体と、この筒体の内部に挿入される長尺状で金属製の芯体とを有し、前記芯体の周囲に、前記筒体の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路が形成されているランスパイプであって、
前記芯体の基端側の端部に、前記酸素流路に向けて酸素を案内する案内面が形成されている、ランスパイプ。

本発明のランスパイプによれば、筒体の内部に挿入される芯体の基端側の端部に、酸素流路に向けて酸素を案内する案内面が形成されているので、ランスパイプ内部の酸素流の安定性及び直進性を向上させ、ランスパイプの溶断性能を向上させることができる。
また、ランスパイプは、その基端部をホルダによって保持されるところ、本発明のランスパイプによれば、前記案内面により酸素が酸素流路へスムーズに案内（供給）されることから、ランスパイプの基端部における圧力損失（酸素流の流れ方向に対する反力）が小さくなる。その結果、ランスパイプがホルダから脱落することが抑制され、溶断作業の安全性が向上する。

複数本の線材により芯体を構成したランスパイプの基端部を示す写真であり、（ａ）に本発明の一実施形態であるランスパイプの基端部、（ｂ）に従来のランスパイプの基端部を、それぞれ筒体の基端側を一部切り欠いた状態として示す。 図１に示す各ランスパイプの断面図。 図１に示す各ランスパイプの基端部における酸素流を概念的に示す図であり、（ａ）に図１（ａ）のランスパイプの基端部における酸素流、（ｂ）に図１（ｂ）のランスパイプの基端部における酸素流を、それぞれ概念的に示す。 本発明の他の実施形態であるランスパイプの基端部における酸素流を概念的に示す図。 本発明の更に他の実施形態であるランスパイプの断面図。 異形管により芯体を構成したランスパイプの基端部を示す写真であり、（ａ）に本発明の一実施形態であるランスパイプの基端部、（ｂ）に従来のランスパイプの基端部を、それぞれ筒体の基端側を一部切り欠いた状態として示す。

図１は複数本の線材により芯体を構成したランスパイプの基端部を示す写真であり、（ａ）に本発明の一実施形態であるランスパイプの基端部、（ｂ）に従来のランスパイプの基端部を、それぞれ筒体の基端側を一部切り欠いた状態として示している。また、図２には、図１に示す各ランスパイプの断面を示している。なお、図１（ａ）のランスパイプ、図１（ｂ）のランスパイプ共に断面形状は同じである。

図１（ａ）に示す本発明の一実施形態であるランスパイプ１０は、長尺状で金属製の筒体１１と、この筒体１１の内部に挿入される長尺状で６本の金属製の線材からなる芯体１２とを有し、この芯体１２（各線材）の周囲に、筒体１１の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路１３（図２参照）が形成されている。この酸素流路１３の長手方向（酸素流の方向）に直交する断面視（図２）において、筒体１１の内径で規定される空間断面積に対する芯体１２の断面積の比率（以下「対空間断面積比率」という。）は６６．７（％）である。すなわち、この実施形態において筒体１１の内径は９．０ｍｍであるから筒体１１の空間断面積は、４．５×４．５×３．１４＝６３．６ｍｍ^２である。また、各線材の外径は３．０ｍｍであるから芯体１２の断面積は、１．５×１．５×３．１４×６＝４２．４ｍｍ^２である。したがって対空間断面積比率（％）は、（４２．４／６３．６）×１００＝６６．７（％）である。

一方、図１（ｂ）に示す従来のランスパイプ２０も、長尺状で金属製の筒体２１と、この筒体２１の内部に挿入される長尺状で６本の金属製の線材からなる芯体２２とを有し、この芯体２２（各線材）の周囲に、筒体２１の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路２３（図２参照）が形成されている。また、このランスパイプ２０の対空間断面積比率も６６．７（％）である。

ここで、この図１（ｂ）に示す従来のランスパイプ２０において、６本の線材からなる芯体２２の基端側（酸素供給側）の端部２２ａは、筒体２１の基端側から供給される酸素流に対して実質的に垂直な平面２２ａとなっている。そうすると図３（ｂ）に模式的に示しているように、この平面２２ａに酸素流が真正面から衝突することになり、これにより酸素流の安定性及び直進性が損なわれ、結果としてランスパイプの溶断性能が低下する。

これに対して、図１（ａ）に示す本発明の一実施形態であるランスパイプ１０において、６本の線材からなる芯体１２の基端側（酸素供給側）の端部１２ａは、筒体１１の基端側から供給される酸素流を酸素流路１３に向けて酸素を案内する案内面１２ａとなっている。そうすると図３（ａ）に模式的に示しているように、この案内面１２ａにより酸素流を酸素流路１３に向けてスムーズに案内することができ、結果としてランスパイプ内部の酸素流の安定性及び直進性が向上し、ランスパイプの溶断性能が向上する。

この実施形態において案内面１２ａは、芯体１２を構成する６本の線材の全数について、その基端側の端部１２ａを円錐状に加工することにより形成しているが、円錐台状に加工することにより形成することもできる。また、図４に模式的に示しているように、案内面１２ａは一方向にのみ傾斜する傾斜面とすることもできる。ただし、芯体１２（各線材）の周囲に形成されている全ての酸素流路２３に向けて酸素流をスムーズに案内するためには、案内面１２ａは円錐状又は円錐台状に形成することが好ましく、円錐状に形成することが最も好ましい。
また、案内面１２ａの傾斜角度（酸素流に対して実質的に垂直な平面に対する立上り角度）θは３０〜６０度であることが好ましく、４０〜５０度であることがより好ましい。

この実施形態において案内面１２ａは、芯体１２を構成する６本の線材の全数について形成したが、少なくとも１本の線材について形成しておけば、前述の酸素流の案内効果を得ることはできる。ただし、前述の酸素流の案内効果を顕著に得るには、案内面１２ａは、芯体１２を構成する複数本（６本）の線材のうち半数以上（３本以上）について形成することが好ましく、全数について形成することが最も好ましい。

この実施形態では、６本の線材により芯体１２を構成したが、線材の本数、配置等は、この実施形態に限定されるものではない。
図５に、複数本の線材により芯体１２を構成する場合の他の実施形態を例示している。
図５（ａ）の実施形態では、筒体１１の内部に内筒体１４を配置すると共に、筒体１１内周面と内筒体１４外周面との間に１２本の金属製の線材を挿入して芯体１２を構成している。この実施形態の対空間断面積比率は７２．２（％）である（なお、この実施形態において空間断面積は、筒体１１の内周と内筒体１４の外周とで規定される空間断面積とした。）。
図５（ｂ）の実施形態では、筒体１１の内部に１９本の金属製の線材を挿入して芯体１２を構成している。この実施形態の対空間断面積比率は７９．６（％）である。
図５（ｃ）の実施形態では、筒体１１の内部に６本の金属製の線材を挿入して芯体１２を構成すると共に、筒体１１の外側に外筒体１５を配置している。この実施形態では筒体１１の内部にのみ酸素を供給するようにしており、対空間断面積比率は６６．７（％）である。
このように、複数本の線材により芯体１２を構成する形態は種々あり、いずれの形態であっても、複数本の線材のうち少なくとも１本の線材の基端側の端部に案内面を形成すれば、本発明の範囲内となる。

以上の実施形態では、複数本の線材により芯体１２を構成するようにしたが、本発明において芯体１２は、複数本の線材以外のもの、例えば異形管により構成することもできる。
図６は異形管により芯体を構成したランスパイプの基端部を示す写真であり、（ａ）に本発明の一実施形態であるランスパイプの基端部、（ｂ）に従来のランスパイプの基端部を、それぞれ筒体の基端側を一部切り欠いた状態として示している。

図６（ａ）に示す本発明の一実施形態であるランスパイプ１０は、長尺状で金属製の筒体１１と、この筒体１１の内部に挿入される異形管からなる芯体１２とを有し、この芯体１２（異形管）の周囲に、筒体１１の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路１３が形成されている。芯体１２を構成する異形管は、その外周面に周方向に沿って凸条部１２ｂと凹条部１２ｃとが交互に形成されると共に、その内部に中空部１２ｄが形成されており、凹条部１２ｃと中空部１２ｄが酸素流路１３となっている。
そして、この実施形態では、凸条部１２ｂに案内面１２ａが形成されており、この案内面１２ａにより酸素流を酸素流路１３である凹条部１２ｃ側に向けてスムーズに案内することができ、結果としてランスパイプ内部の酸素流の安定性及び直進性が向上し、ランスパイプの溶断性能が向上する。

なお、この実施形態では、複数ある凸条部１２ｂの全部（全数）に案内面１２ａを形成したが、案内面１２ａは、凸条部１２ｂの少なくとも一部（一つ）について形成しておけば、前述の酸素流の案内効果を得ることはできる。ただし、前述の酸素流の案内効果を顕著に得るには、案内面１２ａは、複数ある凸条部１２ｂのうち半分（半数）以上について形成することが好ましく、全部（全数）について形成することが最も好ましい。
また、この実施形態では、酸素流路１３である中空部１２ｄ側に向けて酸素流を案内する案内面は形成していないが、このような案内面を形成することもできる。
要するに、本発明では、筒体１１の内部に挿入される芯体１２の基端側の端部（の少なくとも一部）に、酸素流路１３に向けて酸素を案内する案内面１２ａが形成されていればよく、芯体１２や案内面１２ａの形態は、図示した実施形態に限定されるものではない。

一方、図６（ｂ）に示す従来のランスパイプ２０も、長尺状で金属製の筒体２１と、この筒体２１の内部に挿入される異形管からなる芯体２２とを有し、この芯体２２（異形管）の周囲に、筒体２１の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路２３が形成されている。また、芯体２２を構成する異形管は、その外周面に周方向に沿って凸条部２２ｂと凹条部２２ｃとが交互に形成されると共に、その内部に中空部２２ｄが形成されており、凹条部２２ｃと中空部２２ｄが酸素流路２３となっている。しかし、この従来のランスパイプ２０において、異形管からなる芯体２２の基端側（酸素供給側）の端部２２ａは、筒体２１の基端側から供給される酸素流に対して実質的に垂直な平面２２ａとなっており、図６（ａ）に示すような案内面１２ａは形成されていない。したがって、この従来のランスパイプ２０によっては前述の酸素流の案内効果を得ることはできない。

以上のとおり、本発明のランスパイプによれば、筒体の内部に挿入される芯体の基端側の端部に、酸素流路に向けて酸素を案内する案内面が形成されているので、ランスパイプ内部の酸素流の安定性及び直進性を向上させ、ランスパイプの溶断性能を向上させることができる。
また、ランスパイプは、その基端部をホルダによって保持されるところ、本発明のランスパイプによれば、前記案内面により酸素が酸素流路へスムーズに案内（供給）されることから、ランスパイプの基端部における圧力損失（酸素流の流れ方向に対する反力）が小さくなる。その結果、ランスパイプがホルダから脱落することが抑制され、溶断作業の安全性が向上する。

以下の実施例１、２及び比較例１のランスパイプを用いてテストピース（材質：ＳＳ材、厚み：２５ｍｍ、幅：１５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）の酸素アーク溶断試験（酸素二次圧：０．８ＭＰａ、電流：２００Ａ）を実施し、各ランスパイプ各５本の平均値により溶断性能を比較した。その比較結果を表１に示している。
＜実施例１＞
図１（ａ）のランスパイプ。
＜実施例２＞
図１（ａ）において半数（３本）の線材についてのみ案内面１２ａを形成したランスパイプ。
＜比較例１＞
図１（ｂ）のランスパイプ。

表１に示しているとおり、溶断試験前の各ランスパイプの燃焼可能長は７８０ｍｍと同じであるが、溶断試験後の残長は、実施例１が１７０ｍｍ、実施例２が１５０ｍｍ、比較例１が６０ｍｍとなった。すなわち、各ランスパイプの燃焼（消耗）長は、実施例１が６１０ｍｍ、実施例２が６３０ｍｍ、比較例１が７２０ｍｍであり、比較例１の燃焼（消耗）長に基づく溶断効率を１としたとき、実施例１の溶断効率は１．１８、実施例２の溶断効率は１．１４となり、案内面１２ａによる溶断効率の向上効果が確認された。

１０，２０ ランスパイプ
１１，２１ 筒体
１２，２２ 芯体
１２ａ，２２ａ 芯体の基端側の端部（１２ａは案内面、２２ａは平面）
１２ｂ，２２ｂ 凸条部
１２ｃ，２２ｃ 凹条部
１２ｄ，２２ｄ 中空部
１３，２３ 酸素流路
１４ 内筒体
１５ 外筒体

本発明の一観点によれば、次のランスパイプが提供される。
長尺状で金属製の筒体と、この筒体の内部に挿入される長尺状で金属製の助燃材としての芯体とを有し、前記芯体の周囲に、前記筒体の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路が形成されている酸素溶断用ランスパイプであって、
前記芯体の基端側の端部に、前記酸素流路に向けて酸素を案内するように傾斜する案内面が形成されている、酸素溶断用ランスパイプ。

本発明のランスパイプによれば、筒体の内部に挿入される助燃材としての芯体の基端側の端部に、酸素流路に向けて酸素を案内するように傾斜する案内面が形成されているので、ランスパイプ内部の酸素流の安定性及び直進性を向上させ、ランスパイプの溶断性能を向上させることができる。
また、ランスパイプは、その基端部をホルダによって保持されるところ、本発明のランスパイプによれば、前記案内面により酸素が酸素流路へスムーズに案内（供給）されることから、ランスパイプの基端部における圧力損失（酸素流の流れ方向に対する反力）が小さくなる。その結果、ランスパイプがホルダから脱落することが抑制され、溶断作業の安全性が向上する。

Claims (4)

1. 長尺状で金属製の筒体と、この筒体の内部に挿入される長尺状で金属製の芯体とを有し、前記芯体の周囲に、前記筒体の基端側から供給される酸素が流通する酸素流路が形成されている酸素溶断用ランスパイプであって、
   前記芯体の基端側の端部に、前記酸素流路に向けて酸素を案内する案内面が形成されている、酸素溶断用ランスパイプ。
2. 前記芯体は、複数本の金属製の線材からなり、前記案内面は、前記複数本の線材のうち少なくとも１本の線材の基端側の端部に形成されている、請求項１に記載の酸素溶断用ランスパイプ。
3. 前記案内面は、前記線材の基端側の端部を円錐状又は円錐台状に加工することにより形成されている、請求項２に記載の酸素溶断用ランスパイプ。
4. 前記芯体は、その外周面に、周方向に沿って凸条部と凹条部とが交互に形成されている金属製の異形管からなり、前記案内面は、前記凸条部の少なくとも一部に形成されている、請求項１に記載の酸素溶断用ランスパイプ。