JP4015380B2 - Gas pressure welding method and gas pressure welding device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス圧接方法と、その方法を実施するためのガス圧接装置とに係り、特に炭酸ガスの発生量を低減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、それら両端面を互いに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】
ところが、酸素・アセチレン炎を形成するアセチレンガスは、危険度が高く、取扱いに慎重さが要求される。そこで、安全性の高いプロパンガスを用いることも考えられ、検討された経緯がある。しかしながら、プロパンガス炎では接合面に酸化物が生成し易いので、品質の面でプロパンガス炎を用いた圧接システムは実用化されていないのが現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガス圧接時、燃焼ガスとして、上述したようなアセチレンガスやプロパンガスを用いると、多量の炭酸ガスが発生するので、環境上好ましくない。特に近年では、地球温暖化現象が問題となっており、炭酸ガスの排出を低減することが要請されている。
一方、比較的取扱い易く、かつ燃焼反応における炭酸ガスの発生量が少ない燃焼ガスが探索されている今日、水を電気分解して得られる酸素水素混合ガスが注目されるに至っており、切断等の分野においては、既に適用されている。
【0005】
また、例えば特開2001−47255号公報に示されるように、ガス圧接時、開始当初は燃焼ガスとしてアセチレンガスを用い、その後、プロパンガス,LNG,エチレンガス,ブタンガス,メタンガス,水素ガス等の内の1つ、又はそれらの混合ガスとに切り換えて後期加熱を行う技術が開示されている。
しかしながら、例えば水素を単体とする火炎では、加熱効率のみならず還元性能の面において低下する問題があり、実用化することが困難である。
【0006】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、炭酸ガスの発生量を確実に低減することができ、また作業の安全性を向上することもでき、さらに火炎を安定して形成することにより、接合界面の品質を高めることができるガス圧接方法を提供することを課題とし、また上記方法を的確に実施し得るガス圧接装置を提供することを課題とする。
【0007】
【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、双方のワークの端面を互いに突き合わせて加圧したとき、両者の突き合わせ部分を燃焼ガスのガス炎により加熱して接合するガス圧接方法において、燃焼ガスとして、水を電気分解して得られ酸素水素混合ガスを生成し、炭素化合物の気体を生成するとともに、前記酸素水素混合ガスに前記炭素化合物を付加して、ガスバーナに供給することを特徴とする。本発明では、酸素水素混合ガスに付加する前記炭素化合物は、酸素水素混合ガスの水素量に対して、0.02〜0.27倍であることを特徴とする。本発明では、前記酸素水素混合ガスに、酸素を追加供給することを特徴とする。本発明では、酸素水素混合ガスに追加供給する前記酸素の量は、酸素水素混合ガスの水素量に対して、(x−0.02)〜(9.0x−0.18)倍であることを特徴とする(但し、x:付加する炭素化合物量を反応水素量で除した値)。
本発明では、双方のワークの端面を互いに突き合わせて加圧したとき、両者の突き合わせ部分を、燃焼ガス供給部より供給された燃焼ガスのガス炎により加熱して接合するガス圧接装置において、前記燃焼ガス供給部は、水を電気分解して得られる酸素水素混合ガスを生成する酸素・水素混合ガス発生装置と、炭素化合物の気体を生成する炭素化合物生成装置と、酸素水素混合ガスに炭素化合物を混合して、ガスバーナに供給する混合手段とを備えることを特徴とする。本発明では、前記燃焼ガス供給部は、酸素水素混合ガスと炭素化合物との混合ガスに酸素を追加供給する追加供給手段を備えることを特徴とする。
【0008】
【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は本発明方法を実施するためのガス圧接装置の一実施形態を示す燃料供給部の概略図、図2は図1の燃料供給部のガスバーナによる外炎を示す説明図、図3は同じくガスバーナによる火炎のコア部の温度計測状態を示す説明図である。
【0009】
図1に示すガス圧接装置の一実施形態は、燃焼ガス供給部1とガスバーナ2とが接続されており、燃焼ガス供給部1が酸素・水素混合ガス発生装置3と、炭素化合物気化装置4と、ガス混合室5とを備えて構成されている。
燃焼ガス供給部1の酸素・水素混合ガス発生装置3は、水を電気分解することによって酸素と水素(1:2の割合)との混合ガスを発生させ、その酸素水素混合ガスが得られるようになっている。
【0010】
炭素化合物気化装置4は、酸素・水素混合ガス発生装置3によって得られた酸素水素混合ガスの火炎だけでは、安定しにくいことから、火炎を安定させるために用いるものであって、気化された炭素化合物を生成する。本例では、炭素化合物として常温で液体となっているヘキサンを用い、炭素化合物気化装置4内に設けられた気化手段によってヘキサン溶液を気化させることにより、気化されたヘキサンを生成するようになっている。
ヘキサンを用いる理由としては、ヘキサンより炭素価の大きい他の炭素化合物を用いると、ガスバーナ2からの外炎形成領域を容易に拡張させることができるものの、炭素化合物を気化させるために大がかりな装置が必要となり、その点において、ヘキサンでは比較的簡単に気化できるためである。
【0011】
ガス混合室5は、流量調整弁6を有するガス供給管7を介して酸素・水素混合ガス発生装置3と接続されると共に、流量調整弁8を有する供給管9を介して炭素化合物気化装置4と接続されている。このガス混合室5は、酸素・水素混合ガス発生装置3から送り込まれた酸素水素混合ガスと、炭素化合物気化装置4から投入されたヘキサンとが所定の割合となるように混合して、ガスバーナ2に送り込む。
【0012】
したがって、この燃焼ガス供給部1は、酸素・水素混合ガス発生装置3からの酸素水素混合ガスに、炭素化合物気化装置4からの気化されたヘキサンが付加され、それらの混合ガスがガス混合室5からガスバーナ2に送り込まれることにより、ガスバーナ2からの火炎が図2に示すように、外炎長L1および外炎幅L2を有する所望の外炎Lを形成できるようになっている。なお、ガスバーナ2は、単孔バーナからなっている。
【0013】
また、ガス混合室5には、追加供給用の酸素ガスボンベ10が酸素の供給管11を介して接続され、酸素の供給管11に設けられた流量調整弁12により、所定量の酸素も酸素水素混合ガスとヘキサンとの混合ガスに追加供給されるようになっている。これは、酸素ガスボンベ10からの酸素量が追加供給されると、ガスバーナ2からの火炎において、図3に示すようにコア部(高温部)Cを形成させ、これによってワークのガス圧接すべき周辺部の昇温速度を高めるようにしている。
なお、図3は、ガスバーナ2による火炎のコア部Cの温度を計測するため、例えば銅板(150mmφ×10mmt)13に対し、表面から1.5mmの深さhの位置に熱電対14を埋設しておき、その状態の銅板13にコア部Cで加熱することにより、熱電対14を介して温度計測するようにしたものである。
【0014】
本実施形態は、上記のように構成されているので、ガス圧接に際し、ガス圧接を行うためのワーク(図示せず)の端面を互いに突き合わせて加圧したとき、その突き合わせた部分の周囲から、ガスバーナ2の火口を円周上に配列させたリングバーナ(図8参照)によって酸素水素混合ガスと気化されたヘキサンとの混合ガス炎で加熱することにより、両ワークを互いに突き合わせるガス圧接を行う。
【0015】
この場合、酸素水素混合ガスに気化されたヘキサンが付加されると、ガスバーナ2からの外炎Lを図2に示すように所望の形状にすることができ、火炎を安定して形成することができる。
しかも、ヘキサンの付加によって外炎Lの形成領域を拡張させることができ、還元作用域を形成できるので、ガス圧接時、ワークの突き合わせ部分に巻き込まれる酸素量が大幅に低減され、そのため、大気中でガス圧接作業を行うにも拘わらず、突き合わせ部分に酸化膜等が残存するような悪影響を受けるのを防止することができる。
その結果、ワークを互いに突き合わせ接合するためのガス圧接を良好に行うことができる。
【0016】
また、ガスバーナ2に対し、ガス混合室5を介し酸素ガスボンベ10から酸素が追加供給されるので、ガスバーナ2の火炎に図3に示すようにコア部Cを形成することができ、ガス圧接時の加熱効率を確実に高めることができる。そのため、ガス圧接をいっそう良好に行うことができる。
【0017】
因みに、図示実施形態の燃焼ガス供給部を用い、また酸素水素混合ガスの供給量が12l/min(酸素:水素=4l/min:8l/min)の条件において、付加するヘキサンの量を変化させることにより、外炎(還元作用域)Lの形成状態を調べたところ、図4に示す結果が得られた。図4は外炎形成領域とヘキサン量との関係を示している。
【0018】
図4によれば、酸素水素混合ガス中の水素量に対し、ヘキサンの付加量(体積量)が0.02以上であると、外炎を安定形成できることが理解できる。
但し、この場合、ヘキサンの付加量が0.16l/min未満、すなわち水素量の0.02倍未満では、ガスバーナ2からの火炎が安定形成されず、有効な還元作用域も形成されず、また、2.16l/minを越える付加量、すなわち水素量の0.27倍を大きく越えて供給した場合、ヘキサンが過剰に存在することになり、結果として外炎域が縮退するが、ヘキサンの付加量を調整することにより、ガスバーナ2からの火炎が安定して形成でき、外炎形成域を拡張することができる。
したがって、付加されるヘキサンの量としては、水素量の0.02〜0.27倍とすることが好ましい。
なお、上記の実験は、ガスバーナ2として図1に示すように火口径が1.3mmの単孔バーナを使用した。また炭素化合物として、ヘキサン以外にも、アセトン,ガソリンを適用した場合も図4の場合とほぼ同様の火炎形成現象が生じたことを確認している。
【0019】
また、酸素水素混合ガスの発生量が6l/min(酸素:水素=2l/min:4l/min)のとき、ヘキサンの付加量が0.7l/min、即ち、供給水素量の0.175倍の条件において、酸素の追加供給量が火災の昇温能力に与える影響を図3に示す銅板13の加熱試験により調べたところ、図5の結果が得られた。図5は追加供給酸素量と火炎の昇温能力との関係を示している。
【0020】
図5によれば、追加供給する酸素量が0.4l/min、即ち供給水素量の0.1倍では、火炎にコア部が形成されないため、加熱効率が著しく低いものとなったが、酸素の追加供給量が供給水素量の0.16倍以上の条件では、コア部が形成され、しかも酸素の追加供給量の増大に伴い、加熱効率が向上できることが確認された。
但し、酸素の追加供給量が6.4l/min、即ち、供給水素量の1.6倍の条件では、ガスバーナ2に逆火現象が生じ、消化に至ってしまった。
【0021】
さらに、実験では、ヘキサンの付加量が0.52l/min(供給水素量の0.13倍)、追加供給酸素量が1.0l/min(供給水素量の0.25倍)、およびヘキサンの付加量が1.0l/min(供給水素量の0.25倍)、追加供給酸素量が2.8l/min(供給水素量の0.7倍)の二条件で、同様の温度測定試験を実施したところ、図6に示す結果となった。図6はヘキサンの付加量と追加供給酸素量と火炎の昇温能力との関係を示している。これら両方の条件とも、コア部Cを有する安定した火炎を形成できることが確認された。
【0022】
したがって、図4〜図6の内容から図7に示す結果が得られる。つまり、図7に示すように、酸素水素混合ガス中の水素量に対しヘキサンの付加量が0.02〜0.27倍の範囲内にあって、また追加酸素量が(x−0.02)倍と(9.0x−0.18)倍との間である範囲(斜線部)zが、ガス圧接を行う上で好ましい適正範囲であることがわかる。この場合、xはヘキサン付加量の水素量に対する比、yは追加供給酸素量の水素量に対する比である。
このような結果は、ヘキサン以外として、アセトン,ガソリンを適用した場合も、ほぼ同様の現象が生じることを確認している。
【0023】
その結果、本発明方法によれば、水を電気分解することによって得られた酸素水素混合ガスを主成分としてガス圧接に用いるので、酸素・アセチレン炎や酸素・プロパン炎に比較し、炭酸ガスの発生量を大幅に低減することができる。しかも、慎重に取り扱う必要のある酸素・アセチレン炎に比較すると、取扱い性において有利となり、作業の安全性を向上できる。
【0024】
また、酸素水素混合ガスにヘキサンの気体を付加することにより、外炎Lを安定して形成することができるばかりでなく、外炎Lの形成域を拡張できるので、ワークの突き合わせ部分に巻き込まれる酸素量が大幅に低減され、良好なガス圧接を実現でき、接合界面の品質を高めることができる。
さらに、酸素を追加供給することにより、火炎のコア部Cを形成できるので、ガス圧接時の加熱効率を高めることができる。
【0025】
そして、本実施形態のガス圧接装置によれば、ガス供給部として、水を電気分解することによって酸素水素混合ガスを発生する酸素・水素混合ガス発生装置3と、ヘキサンなどのような気化された炭素化合物を生成する炭素化合物気化装置4と、それら酸素水素混合ガスと炭素化合物との混合ガスをガスバーナ2に供給するガス混合室5とを備えて構成したので、上記方法を的確に実施することができる。
また、ガス混合室5には酸素を追加供給する酸素ガスボンベ10を接続しているので、追加供給酸素量を適宜選定してコア部Cを形成することにより、加熱効率を高めることができ、ガス圧接をいっそう良好に行うことができる。
【0026】
図8は、本発明方法を実施するためのガス圧接装置の他の実施形態を示している。
この実施形態では、ガスバーナ2として、周囲に適宜の間隔をおいて設けられた8ケの火口を有するリングバーナーを採用している。火口径は1.5mmからなっている。そして、ガスバーナ2の中心部に、圧接すべきワーク(図示せず)を互いに突き合わせて加圧した状態にしておき、その状態で両方の突き合わせ部分を周囲から加熱することにより、両ワークを圧接できるようになっている。
なお、図8において、図1と同一符号のものには同一符号を付しているので、その説明を省略する。
【0027】
本実施形態では、圧接に際し、ワークとして異形棒鋼(SD345、呼び名D25)を用い、また圧接条件は、酸素水素混合ガス30l/min(酸素:水素=10l/min:20l/min)、付加ヘキサン量3.5l/min、追加供給酸素量10l/min、ワークに対する加圧力を上限値35MPaおよび下限値17MPa、加熱時間80秒の一定とした。そして、上記条件下によりワークの圧接を10継手実施し、その後、圧接によって得られたそれぞれワークの継手のふくらみ部を機械加工により、28mm径に削り出し、曲げ試験を行ったところ、以下の結果が得られた。
【0028】
即ち、全数のワークが90°の曲げ角で割れ・破断等の異常が認められなかった。このワークの継手性能は、従来の酸素・アセチレン炎(酸素:アセチレン=20l/min:20l/min)において、加圧力を上限値35MPaおよび下限値17MPaとし、60秒間加熱した場合に得られた継手と同等の結果となった。
これにより、それぞれの継手が、酸素アセチレン炎によるガス圧接の場合と同様の接合強度が得られた。また、これらの圧接条件において発生する炭酸ガス発生量を、加熱時間を考慮して算出したところ、従来の酸素アセチレン炎による圧接法のおよそ1/3となり、これにより、炭酸ガスの発生量を大幅に低減できる結果が得られた。
また、酸素・水素混合ガス発生装置3の代わりに、例えば、酸素ガスボンベ及び水素ガスボンベを用いても本発明と同様の効果が得られることを確認しているが、水素ガスは単体の場合、アセチレンと同様に危険なガスとして知られていることから、取扱いの容易さ及び安全性を考慮し、水を電気分解して酸素水素混合ガスを発生させる酸素・水素混合ガス発生装置3を用いることとしている。
よって、アセチレンガスのような慎重さが要求されるおそれがなく、取扱い性において極めて有利であり、作業の安全性を向上することができる。
【0029】
したがって、本発明方法によれば、酸素水素混合ガスにヘキサンを付加して得られた混合ガス炎により、ガス圧接を行うので、基本的には前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができ、また本ガス圧接装置によれば、上記方法を的確に実施することができる。
【0030】
なお、これまでの図示実施形態によれば、炭素化合物気化装置4が、比較的容易に炭素化合物を気化できることから、ヘキサンを用いた例を示したが、気化された炭素化合物であれば、他のものであってもよいのは勿論である。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水を電気分解することによって得られた酸素水素混合ガスをガス圧接に用いるので、酸素・アセチレン炎や酸素・プロパン炎に比較し、炭酸ガスの発生量を大幅に低減することができ、また取扱い性において有利となって作業の安全性を向上でき、さらにワークの突き合わせ部分に巻き込まれる酸素量が大幅に低減され、接合界面の品質を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施するためのガス圧接装置の一実施形態を示す燃焼ガス供給部の概略図である。
【図2】ガス圧接時において、図1の燃焼ガス供給部のガスバーナによる外炎を示す説明図である。
【図3】同じくガスバーナによる火炎のコア部の温度状態を計測するための説明図である。
【図4】外炎形成領域とヘキサン量との関係を示す説明図である。
【図5】追加供給酸素量と火炎の昇温能力との関係を示す説明図である。
【図6】同じくヘキサンの付加量と追加供給酸素量と火炎の昇温能力との関係を示す説明図である。
【図7】酸素水素混合ガス中の水素量に対するヘキサンの付加量と追加供給酸素量との関係を示す説明図である。
【図8】本発明方法を実施するためのガス圧接装置の他の実施形態を示す図1に対応する図である。
【符号の説明】
1 燃焼ガス供給部
2 ガスバーナ
3 酸素・水素混合ガス発生装置
4 炭素化合物気化装置
5 ガス混合室
6 流量調整弁
7 ガス供給管
8 流量調整弁
9 供給管
10 酸素ガスボンベ
11 酸素の供給管
12 流量調整弁
13 銅板
14 熱電対
L 外炎
L1 外炎長
L2 外炎幅
C コア部(高温部)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas pressure welding method and a gas pressure welding device for carrying out the method, and more particularly to a method suitable for reducing the amount of carbon dioxide gas generated.
[0002]
[Prior art]
Gas pressure welding is widely applied, for example, when joining reinforcing bars and rails. In the gas pressure welding process, after grinding both end surfaces to be joined together, both end surfaces are butted against each other and pressurized, and the butted portions are heated to a desired temperature with an oxygen / acetylene flame, so that It can be joined.
[0003]
However, the acetylene gas that forms an oxygen / acetylene flame is highly dangerous and requires careful handling. Therefore, it is conceivable to use propane gas having high safety, and has been studied. However, since an oxide is easily generated on the joint surface in the propane gas flame, a pressure welding system using the propane gas flame has not been put into practical use in terms of quality.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when acetylene gas or propane gas as described above is used as the combustion gas at the time of gas pressure welding, a large amount of carbon dioxide gas is generated, which is not preferable in terms of environment. Particularly in recent years, the global warming phenomenon has become a problem, and there is a demand for reducing carbon dioxide emissions.
On the other hand, a combustion gas that is relatively easy to handle and generates a small amount of carbon dioxide in a combustion reaction is being searched for today, and oxygen-hydrogen mixed gas obtained by electrolyzing water has attracted attention. It has already been applied in the field.
[0005]
Further, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-47255, acetylene gas is used as a combustion gas at the beginning of gas pressure welding, and thereafter, propane gas, LNG, ethylene gas, butane gas, methane gas, hydrogen gas, etc. A technique for performing the latter heating by switching to one of the above or a mixed gas thereof is disclosed.
However, for example, a flame containing hydrogen alone has a problem that it reduces not only the heating efficiency but also the reduction performance, and is difficult to put into practical use.
[0006]
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention can reliably reduce the amount of carbon dioxide generated, can also improve the safety of work, and further stably form a flame, It is an object of the present invention to provide a gas pressure welding method capable of improving the quality of the bonding interface, and to provide a gas pressure welding apparatus capable of accurately carrying out the above method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, when the end faces of both workpieces are butted against each other and pressurized, in the gas pressure welding method in which both butted portions are heated and joined by a gas flame of combustion gas, , water generates is that oxygen hydrogen mixed gas obtained by electrolysis, to generate a gas of carbon compound, by adding the carbon compound in the oxyhydrogen gas mixture, wherein the supply to the gas burner . In the present invention, the carbon compound added to the oxygen-hydrogen mixed gas is 0.02 to 0.27 times the amount of hydrogen in the oxygen-hydrogen mixed gas. The present invention is characterized in that oxygen is additionally supplied to the oxygen-hydrogen mixed gas. In the present invention, the amount of oxygen to be additionally supplied to the oxygen-hydrogen mixed gas is (x−0.02) to (9.0x−0.18) times the hydrogen amount of the oxygen-hydrogen mixed gas. (Where x is a value obtained by dividing the amount of carbon compound to be added by the amount of reaction hydrogen).
In the gas pressure welding apparatus according to the present invention, when the end faces of both workpieces are pressed against each other and pressurized, the butted portion is heated by the gas flame of the combustion gas supplied from the combustion gas supply unit and joined. The gas supply unit includes an oxygen / hydrogen mixed gas generating device that generates an oxygen-hydrogen mixed gas obtained by electrolyzing water, a carbon compound generating device that generates a carbon compound gas, and a carbon compound in the oxygen-hydrogen mixed gas. Mixing means for mixing and supplying to the gas burner. In the present invention, the combustion gas supply unit includes additional supply means for additionally supplying oxygen to a mixed gas of an oxygen-hydrogen mixed gas and a carbon compound.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic view of a fuel supply unit showing an embodiment of a gas pressure welding apparatus for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing an external flame by a gas burner of the fuel supply unit of FIG. 1, and FIG. It is explanatory drawing which shows the temperature measurement state of the core part of the flame by a gas burner.
[0009]
In an embodiment of the gas pressure welding apparatus shown in FIG. 1, a combustion gas supply unit 1 and a gas burner 2 are connected, and the combustion gas supply unit 1 includes an oxygen / hydrogen mixed gas generator 3, a carbon compound vaporizer 4, and the like. The gas mixing chamber 5 is provided.
The oxygen / hydrogen mixed gas generating device 3 of the combustion gas supply unit 1 generates a mixed gas of oxygen and hydrogen (ratio of 1: 2) by electrolyzing water, so that the oxygen-hydrogen mixed gas is obtained. It has become.
[0010]
The carbon compound vaporizer 4 is used to stabilize the flame because it is difficult to stabilize only with the flame of the oxygen-hydrogen mixed gas obtained by the oxygen / hydrogen mixed gas generating device 3. A compound is produced. In this example, hexane, which is liquid at room temperature, is used as the carbon compound, and the hexane solution is vaporized by the vaporization means provided in the carbon compound vaporizer 4, thereby generating vaporized hexane. Yes.
The reason for using hexane is that if another carbon compound having a carbon value larger than that of hexane is used, the outer flame formation region from the gas burner 2 can be easily expanded, but there is a large-scale apparatus for vaporizing the carbon compound. This is because hexane can be vaporized relatively easily.
[0011]
The gas mixing chamber 5 is connected to the oxygen / hydrogen mixed gas generator 3 through a gas supply pipe 7 having a flow rate adjusting valve 6, and the carbon compound vaporizer 4 through a supply pipe 9 having a flow rate adjusting valve 8. Connected with. The gas mixing chamber 5 mixes the oxygen-hydrogen mixed gas fed from the oxygen / hydrogen mixed gas generator 3 and the hexane charged from the carbon compound vaporizer 4 so as to have a predetermined ratio, and the gas burner 2 To send.
[0012]
Accordingly, the combustion gas supply unit 1 adds the hexane vaporized from the carbon compound vaporizer 4 to the oxygen-hydrogen mixed gas from the oxygen / hydrogen mixed gas generator 3, and these mixed gases are mixed into the gas mixing chamber 5. As shown in FIG. 2, the flame from the gas burner 2 can form a desired external flame L having an external flame length L1 and an external flame width L2. The gas burner 2 is a single hole burner.
[0013]
Further, an oxygen gas cylinder 10 for additional supply is connected to the gas mixing chamber 5 via an oxygen supply pipe 11, and a predetermined amount of oxygen is also oxygen hydrogen by a flow rate adjusting valve 12 provided in the oxygen supply pipe 11. It is additionally supplied to a mixed gas of mixed gas and hexane. This is because when an oxygen amount from the oxygen gas cylinder 10 is additionally supplied, a core portion (high temperature portion) C is formed in the flame from the gas burner 2 as shown in FIG. The heating rate of the part is increased.
In FIG. 3, in order to measure the temperature of the flame core C by the gas burner 2, for example, a thermocouple 14 is embedded at a depth h of 1.5 mm from the surface of a copper plate (150 mmφ × 10 mmt) 13. The temperature is measured via the thermocouple 14 by heating the copper plate 13 in that state at the core portion C.
[0014]
Since the present embodiment is configured as described above, when gas pressure welding is performed by pressing the end surfaces of a workpiece (not shown) for gas pressure welding against each other, from the periphery of the butted portion, Gas pressure welding is performed in which both works are brought into contact with each other by heating with a mixed gas flame of oxygen-hydrogen mixed gas and vaporized hexane by a ring burner (see FIG. 8) in which the craters of the gas burner 2 are arranged on the circumference. .
[0015]
In this case, when vaporized hexane is added to the oxygen-hydrogen mixed gas, the outer flame L from the gas burner 2 can be formed into a desired shape as shown in FIG. 2, and the flame can be stably formed. it can.
In addition, since the formation region of the outer flame L can be expanded by adding hexane, and a reduction action region can be formed, the amount of oxygen entrapped in the butt portion of the workpiece during gas pressure welding is greatly reduced. In this way, it is possible to prevent an adverse effect such that an oxide film or the like remains at the abutting portion despite the gas pressure welding operation.
As a result, it is possible to satisfactorily perform gas pressure welding for butt-joining workpieces.
[0016]
Further, since oxygen is additionally supplied from the oxygen gas cylinder 10 to the gas burner 2 through the gas mixing chamber 5, the core C can be formed in the flame of the gas burner 2 as shown in FIG. Heating efficiency can be reliably increased. Therefore, gas pressure welding can be performed more satisfactorily.
[0017]
Incidentally, the amount of hexane to be added is changed under the condition that the combustion gas supply unit of the illustrated embodiment is used and the supply amount of the oxygen-hydrogen mixed gas is 12 l / min (oxygen: hydrogen = 4 l / min: 8 l / min). Thus, when the formation state of the external flame (reduction action area) L was examined, the result shown in FIG. 4 was obtained. FIG. 4 shows the relationship between the outer flame formation region and the amount of hexane.
[0018]
According to FIG. 4, it can be understood that the outer flame can be stably formed when the addition amount (volume amount) of hexane is 0.02 or more with respect to the hydrogen amount in the oxygen-hydrogen mixed gas.
However, in this case, when the addition amount of hexane is less than 0.16 l / min, that is, less than 0.02 times the amount of hydrogen, the flame from the gas burner 2 is not stably formed, and an effective reduction action area is not formed. When the amount of addition exceeds 2.16 l / min, that is, when the amount of hydrogen supplied is much larger than 0.27 times the amount of hydrogen, hexane will be present in excess, resulting in degeneration of the external flame zone. By adjusting the amount, the flame from the gas burner 2 can be stably formed, and the outer flame forming area can be expanded.
Therefore, the amount of hexane added is preferably 0.02 to 0.27 times the amount of hydrogen.
In the above experiment, a single hole burner having a crater diameter of 1.3 mm was used as the gas burner 2 as shown in FIG. In addition to hexane as a carbon compound, it was confirmed that the same flame formation phenomenon as in FIG. 4 occurred when acetone or gasoline was applied.
[0019]
Further, when the generation amount of oxygen-hydrogen mixed gas is 6 l / min (oxygen: hydrogen = 2 l / min: 4 l / min), the addition amount of hexane is 0.7 l / min, that is, 0.175 times the supply hydrogen amount. Under the above conditions, the influence of the additional supply amount of oxygen on the temperature raising ability of the fire was examined by the heating test of the copper plate 13 shown in FIG. 3, and the result of FIG. 5 was obtained. FIG. 5 shows the relationship between the additional supply oxygen amount and the temperature raising capability of the flame.
[0020]
According to FIG. 5, when the amount of oxygen to be additionally supplied is 0.4 l / min, that is, 0.1 times the amount of hydrogen to be supplied, since the core portion is not formed in the flame, the heating efficiency is extremely low. It was confirmed that under the condition that the additional supply amount is 0.16 times or more of the supplied hydrogen amount, the core portion is formed and the heating efficiency can be improved as the additional supply amount of oxygen increases.
However, when the additional supply amount of oxygen was 6.4 l / min, that is, 1.6 times the supply hydrogen amount, a flashback phenomenon occurred in the gas burner 2, leading to digestion.
[0021]
Furthermore, in the experiment, the addition amount of hexane was 0.52 l / min (0.13 times the supply hydrogen amount), the additional supply oxygen amount was 1.0 l / min (0.25 times the supply hydrogen amount), and The same temperature measurement test was performed under two conditions of an additional amount of 1.0 l / min (0.25 times the amount of supplied hydrogen) and an additional amount of supplied oxygen of 2.8 l / min (0.7 times the amount of supplied hydrogen). When implemented, the results shown in FIG. 6 were obtained. FIG. 6 shows the relationship among the added amount of hexane, the amount of additional supplied oxygen, and the heating capability of the flame. It was confirmed that both of these conditions can form a stable flame having the core portion C.
[0022]
Therefore, the result shown in FIG. 7 is obtained from the contents of FIGS. That is, as shown in FIG. 7, the amount of hexane added is in the range of 0.02 to 0.27 times the amount of hydrogen in the oxygen-hydrogen mixed gas, and the amount of additional oxygen is (x−0.02). ) And (9.0x−0.18) times in the range (shaded portion) z is an appropriate range preferable for gas pressure welding. In this case, x is a ratio of the hexane addition amount to the hydrogen amount, and y is a ratio of the additional supply oxygen amount to the hydrogen amount.
These results confirm that almost the same phenomenon occurs when acetone or gasoline is used in addition to hexane.
[0023]
As a result, according to the method of the present invention, since the oxygen-hydrogen mixed gas obtained by electrolyzing water is used as a main component for gas pressure welding, compared with oxygen / acetylene flame or oxygen / propane flame, carbon dioxide gas The amount of generation can be greatly reduced. In addition, compared with an oxygen / acetylene flame that needs to be handled with care, it is advantageous in handling and can improve work safety.
[0024]
Further, by adding hexane gas to the oxygen-hydrogen mixed gas, not only can the outer flame L be stably formed, but also the formation area of the outer flame L can be expanded, so that the outer flame L is caught in the butt portion of the workpiece. The amount of oxygen is greatly reduced, good gas pressure welding can be realized, and the quality of the bonding interface can be improved.
Furthermore, since the core portion C of the flame can be formed by additionally supplying oxygen, the heating efficiency at the time of gas pressure welding can be increased.
[0025]
Then, according to the gas pressure welding apparatus of the present embodiment, as the gas supply unit, the oxygen / hydrogen mixed gas generator 3 that generates oxygen-hydrogen mixed gas by electrolyzing water, and vaporized like hexane Since the carbon compound vaporizing apparatus 4 for generating the carbon compound and the gas mixing chamber 5 for supplying the gas mixture of the oxygen-hydrogen mixed gas and the carbon compound to the gas burner 2 are configured, the above method is accurately performed. Can do.
Further, since the oxygen gas cylinder 10 for additionally supplying oxygen is connected to the gas mixing chamber 5, the heating efficiency can be improved by appropriately selecting the amount of additional supply oxygen and forming the core portion C. The pressure welding can be performed more satisfactorily.
[0026]
FIG. 8 shows another embodiment of the gas pressure welding apparatus for carrying out the method of the present invention.
In this embodiment, as the gas burner 2, a ring burner having eight craters provided at appropriate intervals around the periphery is adopted. The crater diameter is 1.5 mm. Then, the workpieces (not shown) to be pressed against each other are pressed against each other at the center of the gas burner 2, and both the workpieces can be pressed against each other by heating both butted portions from the surroundings. It is like that.
In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG.
[0027]
In this embodiment, a deformed steel bar (SD345, nominal name D25) is used as a workpiece for pressure welding, and the pressure welding conditions are an oxygen-hydrogen mixed gas of 30 l / min (oxygen: hydrogen = 10 l / min: 20 l / min), and the amount of added hexane. 3.5 l / min, additional supply oxygen amount 10 l / min, pressure applied to the workpiece was fixed at an upper limit of 35 MPa, a lower limit of 17 MPa, and a heating time of 80 seconds. Then, 10 joints of the workpiece were welded under the above conditions, and then the bulge portion of each joint of the workpiece obtained by the pressure welding was machined into a 28 mm diameter and subjected to a bending test. The following results were obtained: was gotten.
[0028]
That is, no abnormalities such as cracks and breaks were observed in all the workpieces at a bending angle of 90 °. The joint performance of this work is the joint obtained when heating is performed for 60 seconds with an applied pressure of 35 MPa and a lower limit of 17 MPa in a conventional oxygen / acetylene flame (oxygen: acetylene = 20 l / min: 20 l / min). The result was equivalent.
As a result, the joint strength of each joint was the same as in the case of gas pressure welding using an oxyacetylene flame. In addition, the amount of carbon dioxide gas generated under these pressure welding conditions was calculated in consideration of the heating time. As a result, it was about 1/3 that of the conventional pressure welding method using an oxygen acetylene flame. The result which can be reduced to the above was obtained.
Further, it has been confirmed that the same effect as that of the present invention can be obtained by using, for example, an oxygen gas cylinder and a hydrogen gas cylinder instead of the oxygen / hydrogen mixed gas generator 3. Since it is known as a dangerous gas, it is considered to use the oxygen / hydrogen mixed gas generator 3 that electrolyzes water and generates an oxygen-hydrogen mixed gas in consideration of ease of handling and safety. Yes.
Therefore, there is no fear of requiring the caution as in the case of acetylene gas, which is extremely advantageous in handling and can improve work safety.
[0029]
Therefore, according to the method of the present invention, since the gas pressure welding is performed by the mixed gas flame obtained by adding hexane to the oxygen-hydrogen mixed gas, it is possible to basically obtain the same functions and effects as those of the above-described embodiment. In addition, according to the present gas pressure welding apparatus, the above method can be accurately performed.
[0030]
In addition, according to the illustrated embodiment so far, since the carbon compound vaporizer 4 can vaporize the carbon compound relatively easily, an example using hexane has been shown. Of course, it may be.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the oxygen-hydrogen mixed gas obtained by electrolyzing water is used for gas pressure welding, compared with oxygen / acetylene flame or oxygen / propane flame, carbon dioxide gas is generated. The amount of oxygen can be greatly reduced, and it is advantageous in terms of handling and can improve the safety of work. Further, the amount of oxygen trapped in the butt part of the workpiece is greatly reduced, and the quality of the joining interface can be improved. There is an effect that can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a combustion gas supply unit showing an embodiment of a gas pressure welding apparatus for carrying out the method of the present invention.
2 is an explanatory view showing an external flame by a gas burner of the combustion gas supply unit of FIG. 1 during gas pressure welding.
FIG. 3 is an explanatory diagram for measuring the temperature state of the core part of the flame by the gas burner.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between an outer flame formation region and an amount of hexane.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of additional supplied oxygen and the temperature raising ability of the flame.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship among the added amount of hexane, the amount of additional supplied oxygen, and the temperature raising ability of the flame.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of hexane added and the amount of additional supply oxygen with respect to the amount of hydrogen in the oxygen-hydrogen mixed gas.
FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 1 showing another embodiment of the gas pressure welding apparatus for carrying out the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion gas supply part 2 Gas burner 3 Oxygen / hydrogen mixed gas generator 4 Carbon compound vaporizer 5 Gas mixing chamber 6 Flow rate adjustment valve 7 Gas supply pipe 8 Flow rate adjustment valve 9 Supply pipe 10 Oxygen gas cylinder 11 Oxygen supply pipe 12 Flow rate adjustment Valve 13 Copper plate 14 Thermocouple L Outer flame L1 Outer flame length L2 Outer flame width C Core part (high temperature part)

Claims (6)

双方のワークの端面を互いに突き合わせて加圧したとき、両者の突き合わせ部分を燃焼ガスのガス炎により加熱して接合するガス圧接方法において、
燃焼ガスとして、水を電気分解して得られ酸素水素混合ガスを生成し、
炭素化合物の気体を生成し、
前記酸素水素混合ガスに前記炭素化合物を付加して、ガスバーナに供給することを特徴とするガス圧接方法。
In the gas pressure welding method in which when the end faces of both workpieces are pressed against each other and pressurized, the butted portions of both workpieces are heated and bonded by a gas flame of combustion gas,
As the combustion gases, it produces a is that oxygen hydrogen mixed gas obtained electrolyzing water,
Produces a carbon compound gas,
A gas pressure welding method , wherein the carbon compound is added to the oxygen-hydrogen mixed gas and supplied to a gas burner.
酸素水素混合ガスに付加する前記炭素化合物は、酸素水素混合ガスの水素量に対して、0.02〜0.27倍であることを特徴とする請求項記載のガス圧接方法。The carbon compound to be added to the oxyhydrogen gas mixture, relative to the amount of hydrogen oxygen hydrogen mixed gas, a gas welding method according to claim 1, characterized in that a 0.02 to 0.27 times. 前記酸素水素混合ガスに、酸素を追加供給することを特徴とする請求項または記載のガス圧接方法。The gas pressure welding method according to claim 1 or 2 , wherein oxygen is additionally supplied to the oxygen-hydrogen mixed gas. 酸素水素混合ガスに追加供給する前記酸素の量は、酸素水素混合ガスの水素量に対して、(x−0.02)〜(9.0x−0.18)倍であることを特徴とする請求項記載のガス圧接方法。(但し、x:付加する炭素化合物量を反応水素量で除した値)The amount of oxygen additionally supplied to the oxygen-hydrogen mixed gas is (x−0.02) to (9.0x−0.18) times the amount of hydrogen in the oxygen-hydrogen mixed gas. The gas pressure welding method according to claim 3 . (Where x is the value obtained by dividing the amount of carbon compound to be added by the amount of reaction hydrogen) 双方のワークの端面を互いに突き合わせて加圧したとき、両者の突き合わせ部分を、燃焼ガス供給部より供給された燃焼ガスのガス炎により加熱して接合するガス圧接装置において、
前記燃焼ガス供給部は、
水を電気分解して得られる酸素水素混合ガスを生成する酸素・水素混合ガス発生装置と、
炭素化合物の気体を生成する炭素化合物生成装置と、
酸素水素混合ガスに炭素化合物を混合して、ガスバーナに供給する混合手段とを備えることを特徴とするガス圧接装置。
In the gas pressure welding apparatus that heats and joins the butted portions of both workpieces with the gas flame of the combustion gas supplied from the combustion gas supply unit when the end surfaces of both workpieces are pressed against each other and pressurized,
The combustion gas supply unit
An oxygen-hydrogen mixed gas generator that generates an oxygen-hydrogen mixed gas obtained by electrolyzing water;
A carbon compound generator for generating a carbon compound gas;
A gas pressure welding apparatus comprising: mixing means for mixing a carbon compound with an oxygen-hydrogen mixed gas and supplying the mixture to a gas burner.
前記燃焼ガス供給部は、
酸素水素混合ガスと炭素化合物との混合ガスに酸素を追加供給する追加供給手段を備えることを特徴とする請求項記載のガス圧接装置。
The combustion gas supply unit
6. The gas pressure welding apparatus according to claim 5 , further comprising additional supply means for additionally supplying oxygen to a mixed gas of oxygen-hydrogen mixed gas and carbon compound.
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