JP3753616B2

JP3753616B2 - ガスバーナ用の火口およびガスバーナ

Info

Publication number: JP3753616B2
Application number: JP2001031051A
Authority: JP
Inventors: 隆一山本; 康人深田
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: JP2002235910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスバーナ用の火口と、その火口を備えたガスバーナとに係り、特にガス圧接するのに好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス圧接は、例えば、鉄筋，レール等を接合する場合に広く適用されている。そして、ガス圧接の工程においては、互いに接合すべき双方の端面を研削した後、両端面を突き合わせて加圧すると共に、酸素・アセチレン炎にて突き合わせ部を所望温度に加熱することにより、互いに接合できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鉄筋，レール等のガス圧接作業は、大気中で実施されるため、加熱工程において、周囲の空気が突き合わせ部に巻き込まれてしまい、突き合わせ面が酸化するのを免れ得ないものとなっている。
そのため、酸化を極力防止する観点から、突き合わせ面の隙間をなくすよう、研削処理を慎重に行うことが実施されているが、そのようにすると、かなりの手間や時間を要するので、作業性の低下を引き起こしていた。
また、突き合わせ部への大気中内の酸素の巻き込みを低減するため、酸素流量に比べ、アセチレン流量を若干増大させたアセチレンフェザーが形成される燃焼条件を用いる加熱作業も実施されているが、突き合わせ面の酸化度合いを大幅に低減できることに至っていないのが現状であった。
【０００４】
さらに、端面の酸化を防止することから、例えば、特開平７−２１４３４３号公報，同７−２３２２８５号公報，同７−２７６０６７号公報、特許第２５１５７０１号，同第２８７７９８０号等に示されるような技術がそれぞれ提案されている。しかしながら、上記に示す公報は、何れも作業性を低下させるものであった。
また、ガス圧接においては、現在、酸素・アセチレン炎が適用されているが、アセチレンガスは危険度が高く、取扱いには特に慎重さが要求される。このような状況の中、燃焼ガスとして安全性の高いプロパンガスの適用可能性が過去において検討された経緯がある。しかしながら、接合面に酸化物が生成し易く、品質面の問題で酸素・プロパン炎を用いた圧接システムは現在実用化されていない。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑み、作業性の低下を招くことなく酸素の巻き込みを大幅に低減し、突き合わせ部の品質を確実に高めることができると共に、酸素・プロパン炎にてもガス圧接を良好に行うことができるガスバーナ用の火口およびその火口を有するガスバーナを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、以下の手段を採用した。
即ち、本発明では、内火口と、その内火口を中心とする円周上に配置された複数の孔からなる外火口とに混合ガスを噴出させる火口であって、前記外火口の孔は、内火口を中心として螺旋状に形成され、前記外火口の螺旋状の孔からの前記混合ガスの噴流によりその混合ガスの外炎に旋回流を付与して外炎形成領域を拡張させ、その内方にある中心軸周辺の雰囲気圧を減少させ、負圧状態にすることを特徴とするものである。
また、本発明では、前記外火口の螺旋状の孔は、内火口を有するコア体の外周部に形成されていることを特徴とするものである。
さらに、本発明では、前記外火口の螺旋状の孔は、混合ガスを噴射した時点で、その混合ガスに旋回成分を付与して外炎形成領域を拡張させると共に、内火口からの内炎を軸方向に延伸し得る角度をなしていることを特徴とするものである。
またさらに、本発明では、前記外火口の螺旋状の孔は、前記内火口の軸線に対し、略１０〜３５度の角度に形成されていることを特徴とするものである。
そして、本発明では、ガスバーナが前記螺旋状の孔を有する外火口を有する火口を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１〜図５は本発明による火口の一実施形態を示し、図１は本発明による火口の一実施形態を適用したガスバーナを示す全体図、図２はガスバーナのノズル側を示す拡大図、図３（ａ）および（ｂ）はノズルの火口を示す要部の側面図および底面図、図４は火口からの内炎と外炎との火炎状態を示す説明図、図５（ａ）は外火口に遠心力が作用している状態を示す説明用底面図および（ｂ）は外火口と内火口による火炎状態を示す説明用側面図である。
図１に示すガスバーナ１は、バーナ本体２と、このバーナ本体２に装着されたノズル３とを備えている。
【０００８】
バーナ本体２は、その基部が酸素入口管２１と燃料ガス入口管２２とに分岐して形成され、酸素入口管２１に接続ホース４のプラグ４ａを介し酸素ボンベ（図示せず）が接続されると共に、燃料ガス入口管２２に接続ホース５のプラグ５ａを介しプロパンガスボンベ（図示せず）が接続されるようになっている。つまり、このガスバーナ１は、酸素とプロパンガスとの混合ガスを噴射することにより、酸素・プロパン炎が得られるようになっている。
なお、燃料ガス入口管２２の途中位置には、その内部を通るガスの流量を調節するためのガスバルブ２３が設けられている。
【０００９】
また、バーナ本体２の先端には混合管２４が設けられ、その混合管２４の先端部に細管２５を介しノズル３が装着されている。混合管２４には酸素の流量を調節するための酸素バルブ２６が設けられている。
ノズル３は、図１および図２に示すように、前方に酸素とプロパンとの混合ガスを噴出させるためのものであって、その先端部に図３に示すように構成された火口６を有している。
【００１０】
即ち、この火口６は、図３（ｂ）に示すように、コア体６１に形成された内火口６２と、内火口６２を中心とする円周上に配置された外火口６３との二重構造をなしている。
内火口６２は、コア体６１の中心位置に軸方向に沿って真直に貫通して形成されている。外火口６３は、コア体６１と、このコア体６１を取り囲むようコア体６１の外周部に配置された外筒部６４とによって画成され、内火口６２を中心とする同一半径位置に互いに等間隔をもって配設された六個の孔ａ〜ｆからなっている。つまり、このガスバーナ１は、コア体６１の内火口６２と、内火口６２の外周位置に配設された孔ａ〜ｆとから混合ガスを噴出することにより、図４に示すように、内火口６２による内炎Ａと外火口６３の孔ａ〜ｆによる外炎Ｂとからなる二重の酸素・プロパン炎が噴射されるようになっている。
なお、図３（ａ）において、符号６１ａは、外火口６３の孔ａ〜ｆと連通しているガス流路であり、図示していない部分で内火口６２と連絡している。
【００１１】
また、外火口６３の各孔ａ〜ｆは、内火口６２の軸線を中心として螺旋状に形成されている。即ち、孔ａ〜ｆは、内火口６２を有するコア体６１の外周部に溝が螺旋状に形成されることによって画成されている。このような螺旋状の各孔ａ〜ｆは、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、コア体６１の外周部において適度の幅および深さをもって等間隔に形成されると共に、コア体６１の軸線に対し所望の角度θをもって形成されている。そして、各孔ａ〜ｆに沿って混合ガスを導くことにより、図５（ａ）に矢印ｘにて示すように混合ガスに時計方向の旋回流を付与すると共に、その旋回流の付与された混合ガスの外炎Ｂに遠心力を作用させ、これによって同図（ｂ）に示すように外炎Ｂ形成領域（還元作用域）を拡張できると共に、内炎Ａを軸方向に延伸できるようになっている。
【００１２】
上記のように構成されたガスバーナ１は、ノズル３の火口６の内火口６２と外火口６３とから酸素・プロパンの混合ガスが吐出されたとき、着火すると、内火口６２による内炎Ａと、外火口６３による外炎Ｂとの二重火炎が図４に示すように形成される。
【００１３】
上記二重火炎の形成時、外火口６３を形成する各孔ａ〜ｆが軸方向に沿う螺旋状に形成されているので、各孔ａ〜ｆに混合ガスが導かれて噴流すると、そのガス噴流に旋回成分が付与されることにより、外炎Ｂの長さＬ２と内炎Ａの長さＬ１とが延伸することとなる。
【００１４】
即ち、各孔ａ〜ｆから混合ガスが噴流すると、そのガス噴流に螺旋状の溝によって旋回成分が付与され、各孔ａ〜ｆからの混合ガスによる外炎Ｂに図５（ａ）に矢印ｘにて示すように遠心力が作用するので、これにより同図（ｂ）に示すように外炎形成領域（還元作用域）が軸方向ｙおよびこれと直交する方向ｚにそれぞれ拡張されることとなる。そして、外炎形成領域が拡張されるに伴い、その内方にある中心軸周辺の雰囲気圧が減少し、負圧状態となるので、図５（ｂ）に示すように、外炎Ｂ内にある内炎Ａを軸方向に延伸させることができる。つまり、外炎Ｂの形成領域が拡張されると共に、その拡張に伴い、内方の雰囲気圧が減少して内炎Ａが軸方向に延伸する。
【００１５】
そのため、上記外炎Ｂの形成領域が拡張されると、その外炎形成領域により、内炎Ａに対し大気中の酸素が巻き込まれるのを抑えるシールド機能を果たすことができ、ガス圧接の突き合わせ部の加熱部位に大気中の酸素が巻き込まれるのを抑えることができる結果、突き合わせ部の接合を極めて良好に行うことができる。
【００１６】
因みに、酸素４リットル／分、プロパン２．６リットル／分の条件にて火炎形態の比較を行ってみた結果を図６に示す。
図６は、外火口６３の孔ａ〜ｆの角度θとして、９．０度，１７．７度，３２．５度，５１．８度にそれぞれ形成した場合の火口６を有する本実施形態と、図７に示すように、外火口７１の孔を内火口７２の中心軸に沿い真直に形成した火口７を有する従来例との内炎長さ（Ｌ１）、および外炎長さ（Ｌ２）を計測したものである。なお、図６において、角度θ欄の括弧内の数値は、それぞれ形成された螺旋状の孔が、コア体６１の外周上でそれぞれ一周するまでの軸方向の寸法を表している。
【００１７】
この結果から、孔ａ〜ｆの角度が９．０度，１７．７度，３２．５度の角度からなる本実施形態においては、従来例の火口７と比較すると、内炎長さおよび外炎長さの何れも大きな数値となり、延伸していることが理解できる。
但し、５１．８度の角度の場合では、従来例の内炎長さ６７ｍｍより延伸しているものの、従来例の外炎長さ１７０ｍｍより短くなっていた。これは、孔ａ〜ｆによる混合ガスの旋回成分が大き過ぎ、過大な遠心力によって火口出口から急激に拡散する火炎が形成されることから、従来例の火口７に比べ、火炎形成領域が短くなることに起因したものである。
【００１８】
したがって、角度が大き過ぎると、外炎Ｂ長さが短くなるので、良好な角度としては、略１０度〜３５度の範囲が好ましく、かつ１７．７度で最も良好な結果を得ることが確認できた。
【００１９】
また、１７．７度の孔ａ〜ｆを有する外火口６３および内火口６２からなる火口６と、従来例の火口７とを用い、異形棒鋼（ＳＤ３４５、呼び名Ｄ２５）をガス圧接によりそれぞれ１０個の継手の試験を行った。試験に際し、ガスバーナは内火口径１．５ｍｍ、外火口径５ｍｍ、火口数８個のリングバーナを用いた。圧接条件は、酸素３０リットル／分、プロパン２０リットル／分、加圧力を上限値３５ＭＰａ，下限値１７ＭＰａ、圧縮量を３０ｍｍの一定とした。
【００２０】
そして、ガス圧接により得られた継手のふくらみ部を機械加工により、２８ｍｍ径に削り出した後、９０度の角度までの曲げ試験を行ったところ、従来の火口を用いた方は、１０個の継手のうち、７個の継手が９０度以下の角度で破断した。それら破断面を観察したところ、突き合わせ部周囲の空気が巻き込まれることによって生成された酸化物に起因して発生するフラット破面が観察された。つまり、従来例の火口７ではガス圧接時、大気中の酸素の影響を受けていたことが明らかである。
これに対し、本実施形態の火口６を用いた方は、全数が９０度に曲げても、割れ，破断等の異常が認められなかった。
【００２１】
その結果、外火口６３を構成する各孔ａ〜ｆを螺旋状に形成することによって、外炎Ｂおよび内炎Ａを延伸させることができ、これにより、大気中の酸素が突き合わせ部に巻き込まれるのを大幅に低減でき、突き合わせ面の研削作業に伴う作業性の低下を招くことなく良好なガス圧接部を得ることができ、突き合わせ部の品質を高め得ることが理解できよう。
【００２２】
また、本実施形態においては、酸素とプロパンガスとの混合ガスを用い、酸素・プロパン炎によってガス圧接を行うので、酸素・プロパン炎によるガス圧接を確実に実現することができる。このように酸素・プロパン炎によるガス圧接を実現できると、危険度が高くかつ取り扱いに慎重さが要求される酸素・アセチレン炎の代わりとして利用することができ、取り扱いが簡単でかつコスト的にも有利となる。
【００２３】
さらに、外火口６３の各孔ａ〜ｆは、内火口６２を有するコア体６１の外周部に軸方向に沿い螺旋状に設けられた溝によって形成されているので、例えば小径のコア体６１を有する火口６であっても、外筒部６４の内周面に溝を形成することによって孔を形成する場合と異なり、外火口６３を的確にかつ容易に形成することができ、製作上の簡便さを得ることもできる。
【００２４】
図８は本発明による他の実施形態を示している。
この場合は、レール９をガス圧接するためのレールガス接合用ガスバーナ１０に適用したものである。即ち、このレールガス接合用ガスバーナ１０は、レール９を両側部から挟み込むようにして組付けられると共に、レール９の外表面との間に略一定の隙間をもつよう、レール９の断面形状と略相似形に形成された一対のバーナヘッド（本例では片側のみ図示）１１を装着している。
そして、このバーナヘッド１１には、レール９の頭部９ａの上面および側面と、腹部９ｂの側面と、底部９ｃの上面，側面，および下面とへ向けて火炎を放射する多数の火口６が設けられている。
【００２５】
上記火口６は、前述した一実施形態の場合と同様、内火口６２と外火口６３とを有して構成され、外火口６３が螺旋状に形成された複数の孔から形成されているので（図３参照）、ここではその説明を省略する。図８において、矢印は火炎方向を示している。
【００２６】
このレールガス接合用ガスバーナ１０は、互いに接合すべき双方のレール９の端面を研削した後、両端面を突き合わせて加圧すると共に、その突き合わせ部を所望温度に加熱することにより、互いに接合してロングレールを製作できるようになっている。
このようなガス圧接時、螺旋状の孔に形成された外火口６３を有する火口６をバーナヘッド１１に適用すると、双方のレール９を、大気中の酸素を巻き込むことなく良好に接合することができ、基本的には前述した一実施形態と同様の作用効果を得ることができるので、特に高品質のロングレールの製作には極めて有益となるものである。
【００２７】
なお、本実施形態においては、酸素とプロパンとの混合ガスを用いた例を示したが、取り扱いやコストを考慮しないのであれば、酸素とアセチレンとの混合ガスに適用しても、同様の作用効果を得ることができるのは勿論であり、それ以外の混合ガスでも、例えば酸素とブタンとの混合ガスであっても同様である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、外火口を構成する孔を螺旋状に形成することにより、外火口からの外炎および内火口からの内炎を延伸させるように構成したので、大気中の酸素が突き合わせ部に巻き込まれるのを大幅に低減でき、突き合わせ面の研削作業に伴う作業性の低下を招くことなく良好なガス圧接部を得ることができ、突き合わせ部の品質を高め得る効果があり、また酸素・プロパン炎にもガス圧接を良好に適用することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による火口の一実施形態を適用したガスバーナを示す全体図である。
【図２】ガスバーナのノズル側を示す拡大図である。
【図３】ノズルの火口を示す図２のＣ部拡大の側面図（ａ）、およびその底面図（ｂ）である。
【図４】火口からの内炎と外炎との火炎状態を示す説明図である。
【図５】外火口に遠心力が作用している状態を示す説明用底面図（ａ）、および外火口と内火口による火炎状態を示す説明用側面図（ｂ）である。
【図６】本実施形態と従来例との比較を示す表である。
【図７】従来例の火口を示す図３に対応する側面図（ａ）、およびその底面図（ｂ）である。
【図８】本発明による火口をレールガス接合用ガスバーナに適用した他の実施形態を示す左半部の説明図である。
【符号の説明】
１ガスバーナ
２バーナ本体
２１酸素入口管
２２燃料ガス入口管
２３ガスバルブ
２４混合管
２５細管
２６酸素バルブ
３ノズル
４接続ホース
４ａプラグ
５接続ホース
５ａプラグ
６火口
６１コア体
６１ａガス流路
６２内火口
６３外火口
６４外筒部
ａ〜ｆ外火口の孔
Ａ内炎
Ｂ外炎
Ｌ１内炎長さ
Ｌ２外炎長さ
７従来例の火口
７１外火口
７２内火口
９レール
９ａ頭部
９ｂ腹部
９ｃ底部
１０レールガス接合用ガスバーナ
１１バーナヘッド

Claims

内火口と、その内火口を中心とする円周上に配置された複数の孔からなる外火口とに混合ガスを噴出させる火口であって、前記外火口の孔は、内火口を中心として螺旋状に形成され、前記外火口の螺旋状の孔からの前記混合ガスの噴流によりその混合ガスの外炎に旋回流を付与して外炎形成領域を拡張させ、その内方にある中心軸周辺の雰囲気圧を減少させ、負圧状態にすることを特徴とするガスバーナ用の火口。
請求項１において、前記外火口の螺旋状の孔は、内火口を有するコア体の外周部に軸方向に沿って形成されていることを特徴とするガスバーナ用の火口。
請求項１または２において、前記外火口の螺旋状の孔は、混合ガスを噴射した時点で、その混合ガスに旋回成分を付与して外炎形成領域を拡張させると共に、内火口からの内炎を軸方向に延伸し得る角度をなしていることを特徴とするガスバーナ用の火口。
請求項３において、前記外火口の螺旋状の孔は、前記内火口の軸線に対し、略１０〜３５度の角度に形成されていることを特徴とするガスバーナ用の火口。
請求項１〜４の何れか記載の、前記螺旋状の孔からなる外火口を有する火口を備えていることを特徴とするガスバーナ。