JP3181406U - ガスガウジング用火口 - Google Patents

Abstract

【課題】３８〜４５％のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなるガスを燃焼ガスとして用いる場合に適したガスガウジング用火口を提供する。
【解決手段】３８〜４５％のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを用いたガスガウジング用火口である火口１は、内筒部材１２と、外筒部材１１とを備える。内筒部材１２の径方向中央部には、酸素が通るための酸素流路１４が形成されており、外筒部材１１の内周面と内筒部材１２の外周面との間の領域は、上記可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスが通るための混合ガス流路１３となっている。そして、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端側から見て、混合ガス流路１３は、酸素流路１４を取り囲む環状の形状を有している。
【選択図】図３

Description

本考案はガスガウジング用火口に関し、より特定的には、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる燃焼ガスを用いたガスガウジングに適したガスガウジング用火口に関するものである。

アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）は、ガス溶断、ガスガウジング、ガス溶接などにおいて燃焼ガスとして広く用いられている。アセチレンは、燃焼速度や燃焼強度において優れており、燃焼ガスとして好適である。

しかし、アセチレンは圧縮ガスの状態で貯蔵、運搬等を行なうと分解爆発のおそれがある。そのため、アセチレンはアセトン、ジメチルホルムアミドなどの溶媒に溶解された溶解ガスの状態で貯蔵、運搬される。その結果、アセチレンは集合容器や大型容器による大量輸送に不向きであるなどの問題点を有している。

これに対し、アセチレンに代えて、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなるガス（以下、「水素−エチレンガス」という）を燃焼ガスとして用いることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許第４８４８０６０号公報

上記水素−エチレンガスは、ガス溶断での使用に適したガスである。一方、ガスガウジングは、ガス溶断と同様の現象を利用した加工方法であるため、ガスガウジングにも上記水素エチレンガスを用いることができると考えられる。そして、上記水素−エチレンガスをガスガウジングの燃焼ガスとして用いる場合、上記水素−エチレンガスは燃焼特性において従来のアセチレンガスとは異なっているため、上記水素−エチレンガスに適した火口が用いられることが好ましいと考えられる。

本考案はこのような課題に対応するためになされたものであって、その目的は、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなるガスを燃焼ガスとして用いる場合に適したガスガウジング用火口を提供することである。

本考案に従ったガスガウジング用火口は、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼させて形成した火炎によって鋼材の加工部を加熱しつつ当該加工部に酸素を吹き付けることにより加工部を加工するガスガウジング用火口である。このガスガウジング用火口は、内筒部材と、内筒部材を取り囲むように配置された外筒部材とを備えている。内筒部材の径方向中央部には、長手方向に延在し、酸素が通るための酸素流路が形成されている。外筒部材の内周面と内筒部材の外周面との間の領域は、長手方向に延在し、上記可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスが通るための混合ガス流路となっている。そして、上記混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端側から見て、混合ガス流路は、酸素流路を取り囲む環状の形状を有している。

本考案者は、上記水素−エチレンガスを用いたガスガウジングに適した火口の構造について検討した。その結果、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端側から見て、混合ガス流路が酸素流路を取り囲む環状の形状を有するようにすることにより、ガウジングの所要時間を短縮できることを見出した。つまり、本考案の火口を用いることにより、上記水素−エチレンガスを用いたガウジングを効率よく実施することができる。このように、本考案のガスガウジング用火口によれば、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなるガスを燃焼ガスとして用いる場合に適したガスガウジング用火口を提供することができる。

上記ガスガウジング用火口においては、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端において、混合ガス流路と酸素流路とは同一平面に位置する構造を採用してもよい。これにより、上記水素−エチレンガスを用いる場合に一層適したガスガウジング用火口を提供することができる。

上記ガスガウジング用火口においては、混合ガス流路の、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端部には、先端側に向けて径方向の幅が徐々に小さくなるテーパー部が形成されていてもよい。これにより、上記水素−エチレンガスを用いる場合に一層適したガスガウジング用火口を提供することができる。

上記ガスガウジング用火口においては、上記テーパー部の、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端を含む領域には、径方向の幅が一定である先端ストレート部が形成されていてもよい。これにより、上記水素−エチレンガスを用いる場合に一層適したガスガウジング用火口を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、本考案のガスガウジング用火口によれば、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなるガスを燃焼ガスとして用いる場合に適したガスガウジング用火口を提供することができる。

火口の構造を示す概略側面図である。 火口の構造を示す概略正面図である。 火口の構造を示す概略断面図である。 図３の領域α付近を拡大して示す概略断面図である。 実験方法を説明するための概略断面図である。

以下、本考案の一実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

図１〜図４を参照して、本実施の形態におけるガスガウジング用火口である火口１は、後端２０側から供給されたガスを先端１０側から吐出し、吐出されるガスに点火することにより火炎を形成することができる。図２および図３に示すように、火口１は、内筒部材１２と、内筒部材１２を取り囲む外筒部材１１とを備えている。

図３に示すように、内筒部材１２の径方向中央部には、長手方向（先端１０と後端２０とを結ぶ方向）に延在し、酸素が通るための酸素流路１４が形成されている。そして、酸素流路１４の先端部が、酸素を吐出する酸素吐出口１４Ｄとなっている（図４参照）。

一方、外筒部材１１の内周面と内筒部材１２の外周面との間の領域は、長手方向（先端１０と後端２０とを結ぶ方向）に延在し、可燃性ガスと酸素との混合ガスが通るための混合ガス流路１３となっている。この可燃性ガスには、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなるガスが採用される。混合ガス流路１３の先端部は、混合ガスを吐出する混合ガス吐出口１３Ｄとなっている（図４参照）。そして、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端側から見て、言い換えれば図２に示す平面視において、混合ガス流路１３は、酸素流路１４を取り囲む環状の形状を有している。

本実施の形態における火口１は、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端側から見て、混合ガス流路１３が酸素流路１４を取り囲む環状の形状を有する構造を採用することにより、ガウジングに要する時間を短縮することができる。なお、従来のアセチレン用の火口は、混合ガス流路が、酸素流路を取り囲むように、複数に分離して形成されている。このように、本実施の形態における火口１は、混合ガス流路１３の構造において、従来のアセチレン用火口とは明確な構造上の相違点を有している。

また、ガウジング用火口は、一般に鋳鉄などからなる鋳造製品である。そのため、比較的質量が大きくなりやすい。一方、ガウジングの作業は、手作業で行われる場合が多く、作業者が長時間にわたって先端に火口が設置されたトーチを、腕に負担が掛かる体勢で自らの腕で保持する必要がある場合も多い。そのため、ガウジング用火口は軽量化されることが好ましい。これに対し、本実施の形態における火口１は、混合ガス流路に関して、従来のアセチレン用火口のように酸素流路を取り囲みつつ複数に分離して形成される構造を採用するのではなく、酸素流路１４を取り囲む環状の形状とすることにより、その構造が単純化されている。その結果、本実施の形態における火口１は、部品点数の低減や軽量化を達成可能な火口となっている。

さらに、本実施の形態の火口１においては、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端において、混合ガス流路１３と酸素流路１４とが同一平面に位置している。すなわち、図４を参照して、火口１の混合ガス吐出口１３Ｄと酸素吐出口１４Ｄとは、同一平面Ａに位置している。この構造は、本考案のガスガウジング用火口において必須の構造ではないが、この構造を採用することにより、火口１を、上記水素−エチレンガスを用いる場合に一層適したガスガウジング用火口とすることができる。

また、本実施の形態の火口１においては、混合ガス流路１３の、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端部には、根元部１３Ａから先端１０側に向けて径方向の幅が徐々に小さくなるテーパー部１３Ｂが形成されている。より具体的には、内筒部材１２の先端部には、本体部１２Ａに比べて外径の小さい内筒部材小径部１２Ｃが形成されている。内筒部材小径部１２Ｃは、外径が先端１０側に向けて小さくなる減径部１２Ｂを介して後端２０側の本体部１２Ａに接続されている。そして、内筒部材小径部１２Ｃの外周面は円筒面形状を有している。すなわち、内筒部材小径部１２Ｃの外径は一定である。

一方、外筒部材１１は、本体部１１Ａと、本体部１１Ａの先端１０側に位置する外筒部材テーパー部１１Ｂとを含んでいる。内筒部材小径部１２Ｃは、外筒部材テーパー部１１Ｂに対向するように配置されている。外筒部材テーパー部１１Ｂの外周面は、先端１０側に向けて徐々に直径が小さくなる円錐面形状を有している。外筒部材テーパー部１１Ｂの内周面は、先端１０側に向けて徐々に直径が小さくなり、かつ外周面よりも頂角の大きい円錐面形状を有している。つまり、外筒部材テーパー部１１Ｂは、先端１０側に向けて徐々に厚みが大きくなっている。以上のような構造を有することにより、混合ガス流路１３の先端１０側には、先端１０側に向けて径方向の幅が徐々に小さくなるテーパー部１３Ｂが形成されている。混合ガス流路１３の先端１０側にテーパー部１３Ｂを形成する本実施の形態の構造は、本考案のガスガウジング用火口において必須の構造ではないが、この構造を採用することにより、火口１を、上記水素−エチレンガスを用いる場合に一層適したガスガウジング用火口とすることができる。

さらに、図４を参照して、本実施の形態の火口１においては、テーパー部１３Ｂの、混合ガスおよび酸素ガスの吐出方向先端を含む領域には、径方向の幅が一定である先端ストレート部１３Ｃが形成されている。より具体的には、外筒部材テーパー部１１Ｂの先端を含む領域には、内周面が円筒面形状を有する、すなわち内径が一定のストレート部１１Ｃが形成されている。その結果、テーパー部１３Ｂの先端を含む領域には、内筒部材１２の外周面と外筒部材１１の内周面との距離が一定である先端ストレート部１３Ｃが形成されている。テーパー部１３Ｂの先端に先端ストレート部１３Ｃを形成する本実施の形態の構造は、本考案のガスガウジング用火口において必須の構造ではないが、この構造を採用することにより、火口１を、上記水素−エチレンガスを用いる場合に一層適したガスガウジング用火口とすることができる。

次に、上記火口１を用いたガウジングの手順について、概略的に説明する。まず、ガウジング加工の対象となる被処理物としての鋼材が準備され、ガウジング加工可能な状態とされる。

一方、先端部に上記火口１を取り付けたトーチが準備される。そして、火口１の後端２０側から供給された混合ガスを先端１０側から吐出し、吐出される混合ガスに点火することにより火炎を形成する。より具体的には、混合ガス流路１３の後端２０側から３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスが供給される。そして、当該混合ガスが混合ガス吐出口１３Ｄから吐出され、吐出される混合ガスに点火することにより火炎を形成する。

次に、形成された火炎により、上記鋼材のうちガウジング加工されるべき部分を加熱する。さらに、酸素ガスが酸素流路１４を通して後端２０側から先端１０側へと送られる。そして、酸素吐出口１４Ｄから吐出される酸素ガスが、上記火炎によって加熱された鋼材の部分（ガウジング加工されるべき部分）に吹き付けられる。これにより、当該部分の鋼材が燃焼し、溶融する。さらに、溶融した鋼材は、火口から吐出されるガスの吹き付けにより除去される。そして、トーチを鋼材のガウジング加工すべき部分に沿って移動させることにより、上記鋼材の溶融と除去とが順次進行する。これにより、鋼材のガウジング加工が達成される。以上の手順により、鋼材のガウジング加工を実施することができる。このとき、上記構造を有する火口１を使用することにより、ガウジング加工を短時間で実施することができる。

本考案のガスガウジング用火口を用いたガウジング加工を行って従来の火口を用いた場合と比較することにより、本考案のガスガウジング用火口の有用性を確認する実験を行った。実験の手順は以下のとおりである。

図５を参照して、日本海事協会規格（ＮＫ規格）ＫＡ３２からなる厚さ１５ｍｍの鋼板２１の一方の主表面２１Ａに、ＫＡ３２からなる厚さ６ｍｍのフラットバー２２の側面２２Ａが接触するように溶接されたサンプルを準備した。溶接はフラットバー２２の両方の主表面側から実施されている。その結果、フラットバー２２の両方の主表面側に溶接部２３が形成されている。このサンプルの鋼板２１の他方の主表面２１Ｂ側から（矢印βの方向から）ガウジングを実施し、鋼板２１とフラットバー２２との接合部を除去した。溶接部の全長（図５において紙面に垂直な方向における溶絶部の長さ）は１２００ｍｍであり、そのうち１０００ｍｍの接合部を除去するガウジングを実施し、当該作業に要する時間を調査した。燃焼ガスとしては、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる可燃性ガス（水素エチレンガス）と、アセチレンガスとを採用した。一方、火口としては、本考案の火口（開発火口）と、従来のアセチレン用火口（従来火口）とを採用した。実験の結果を表１に示す。

表１を参照して、開発火口を使用することにより、ガウジングの所要時間が低減されている。そして、燃焼ガスとしてアセチレンを用い、アセチレン用火口（従来火口）を採用した従来の方法での所要時間が４５０秒であるのに対し、燃焼ガスとして水素−エチレンガスを用い、本考案の火口（開発火口）を採用した場合の所要時間は２６９秒にまで短縮されている。このことから、本考案のガスガウジング用火口は、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなるガスを燃焼ガスとして用いる場合に適したガスガウジング用火口であり、これを用いることによりガウジングの所要時間を短縮可能であることが確認された。

また、火口の質量を測定したところ、従来火口の質量は２２５ｇであったのに対し、開発火口の質量は１２５ｇであった。このことから、本考案の火口によれば、従来の火口に比べて軽量化を達成することも可能であることが確認された。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと理解されるべきである。本考案の範囲は上記した説明ではなく、実用新案登録請求の範囲によって示された範囲、そして実用新案登録請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更、改良が含まれることが意図される。

本考案のガスガウジング用火口は、３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼ガスとして用いたガスガウジングに、特に有利に適用され得る。

１ 火口、１０ 先端、１１ 外筒部材、１１Ａ 本体部、１１Ｂ 外筒部材テーパー部、１１Ｃ ストレート部、１２ 内筒部材、１２Ａ 本体部、１２Ｂ 減径部、１２Ｃ 内筒部材小径部、１３ 混合ガス流路、１３Ａ 根元部、１３Ｂ テーパー部、１３Ｃ 先端ストレート部、１３Ｄ 混合ガス吐出口、１４ 酸素流路、１４Ｄ 酸素吐出口、２０ 後端、２１ 鋼板、２１Ａ，２１Ｂ 主表面、２２ フラットバー、２２Ａ 側面、２３ 溶接部。

Claims (4)

1. ３８体積％以上４５体積％以下のエチレンを含有し、残部水素および不可避的不純物からなる可燃性ガスを燃焼させて形成した火炎によって鋼材の加工部を加熱しつつ前記加工部に酸素を吹き付けることにより前記加工部を加工するガスガウジング用火口であって、
   内筒部材と、
   前記内筒部材を取り囲むように配置された外筒部材とを備え、
   前記内筒部材の径方向中央部には、長手方向に延在し、酸素が通るための酸素流路が形成されており、
   前記外筒部材の内周面と前記内筒部材の外周面との間の領域は、長手方向に延在し、前記可燃性ガスと酸素ガスとの混合ガスが通るための混合ガス流路となっており、
   前記混合ガスおよび前記酸素ガスの吐出方向先端側から見て、前記混合ガス流路は、前記酸素流路を取り囲む環状の形状を有している、ガスガウジング用火口。
2. 前記混合ガスおよび前記酸素ガスの吐出方向先端において、前記混合ガス流路と前記酸素流路とは同一平面に位置する、請求項１に記載のガスガウジング用火口。
3. 前記混合ガス流路の、前記混合ガスおよび前記酸素ガスの吐出方向先端部には、先端側に向けて径方向の幅が徐々に小さくなるテーパー部が形成されている、請求項１または２に記載のガスガウジング用火口。
4. 前記テーパー部の、前記混合ガスおよび前記酸素ガスの吐出方向先端を含む領域には、径方向の幅が一定である先端ストレート部が形成されている、請求項３に記載のガスガウジング用火口。

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