JPH0253157B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は、鋼材の切断法に関するものであ
り、さらに詳しくは、鋼材の加熱溶融領域に特定
の金属を供給することによつて生ずる劈開亀裂を
利用して鋼材を切断する方法に関するものであ
る。 従来の技術 従来から、鋼材の切断方法とし、数多くの方法
が適用されており、それ等の方法を大別すると、
機械的切断方法、溶融切断方法及びウオータジエ
ツト噴流切断方法に分けられる。 機械的切断方法には、鋸・シヤー・グラインダ
ー等による切断、旋盤・ボール盤等の工作機械に
よる切断が挙げられる。 溶接切断方法には、酸素ガス切断・パウダー切
断等のガス切断法、酸素アーク切断・プラズマア
ーク切断等のアーク切断法、レーザ切断法並びに
ワイヤー放電切断法が挙げられる。 ウオータジエツト噴流切断方法は、超高圧水又
は研磨材入りの超高圧水を噴流し、金属面に衝突
させて切断する方法である。 発明が解決しようとする問題点 機械的切断方法においては、比較的規則正しい
形状を有し且つ平滑な鋼材に限定されると共に、
切断対象物の裏側を含めて十分なるスペースを必
要とすることが多い。 溶融切断方法においては、溶融に伴なうドロス
や溶融金属の溶け落ちあるいはアークフレームに
対する養生等のために切断対象物の裏側に十分な
るスペースを要し、また負荷入熱が大きいため接
触あるいは近傍に位置する可燃物等を予め除去す
る必要がある。 さらにワイヤー放電切断においては、切断対象
鋼材の形状・寸法に制約があり、同時に多量に発
生する排水の処理が問題となる。 ウオータジエツト噴流切断方法においては、噴
流水が切断対象鋼材を突き抜けるに十分なる空間
を必要とし、且つ、多量に発生する排水の処理や
操作上の安全性が問題となる。 一方、施設・機器の解体等においては、任意の
形状の鋼材を、裏面あるいは近傍に位置する付属
品等に変形圧力や損傷あるいは不必要な熱を負荷
することなく切断する必要が生じることがある。 しかし、上述の方法によつて場合、切断部の裏
側または近傍に接触した金属板や非金属壁あるい
は配管等が設置されている施設等の解体において
は、上記の作業性、形状・寸法の制約、溶融に伴
なうドロスや溶融金属の溶け落ちあるいは排水
等、特に原子力の分野においては汚染廃棄物の処
理等に苦慮する場合がある。 問題点を解決するための手段 この発明は、上述のごとき種々の制約が加えら
れている条件下での切断に適した方法を提供する
ことと目的とし、該目的は、鋼材の片側からの操
作によつて、その厚みの限定された一部分を、切
断線にそつて移動加熱溶融し、その溶融領域の結
晶粒界に浸透、相析出可能で粒界結合を脆化させ
る金属又は合金であつて少なくとも該鋼材よりも
凝固温度若しくは抗張力が低く又は熱膨張係数が
大きいもの、即ち、銅又は銅合金を溶加材として
継続的に供給し、凝固過程において切断対象鋼材
の母材に浸透抗散した相析出部に劈開亀裂を生ぜ
しめ、局部的に生じた亀裂を伝播成長させること
により連続した破断に至らしめるために溶融領域
に引張応力・衝撃振動応力及び凝固収縮応力ある
いは熱衝撃応力等を負荷させ、それ等の応力と凝
固温度及び抗張力並びに熱膨張係数との差異によ
り、その劈開亀裂を伝播成長させて破断に至らし
める切断法によつて達成される。 本発明において鋼材を加熱溶融する方法として
は、手動、半自動あるいは自動の被覆アーク溶接
法、TIG溶接法、MIG溶接法及びプラズマアー
ク溶接法等が挙げられる。 該加熱によつて溶融する厚さは、切断対象鋼材
の厚さの1/2〜3/5であることが好ましい。 劈開亀裂を発生させるために上記の加熱溶融領
域に加える溶加材は、上述のように、その溶融領
域の結晶粒界に浸透、相析出可能で粒界結合を脆
化させる金属又は合金であつた少なくとも該鋼材
よりも凝固温度若しくは抗張力が低く又は熱膨張
係数が大きいものを含有することが必要であり、
本発明においては銅又は銅合金である。その他、
アルミ、スズ及びその合金等もそれぞれ単独で上
記要件を満足するが結晶粒界への浸透性の点で銅
の方が優れている。該溶加材は、銅又は銅合金に
加えて、さらに鋼材の結晶粒界の結合力をより効
果的に脆化させる炭素、硫黄、スズ等を含有する
ことができる。 該溶加材は、実際の施工の際には、銅又は銅合
金の棒状物、ワイヤー、並びに、銅あるいは銅合
金に炭素、硫黄、スズ等の粉末を充填したコンポ
ジツトチユーブ又はこれらを塗布したものとして
使用でき、これを上記加熱溶融領域に手動又は自
動で継続的に供給することができる。 本発明では、亀裂を伝播成長させる応力負荷と
して、溶加材を供給しない別の連続した加熱溶融
領域を鋼材の切断線と平行に設け、この溶融領域
の凝固収縮応力を引張応力として利用する。尚、
このようにして別の加熱溶融領域を設ける場合、
一方の加熱溶融領域と他方の加熱溶融領域との間
隔は、両溶融領域が融合してしまわないような間
隔であつて、切断する加熱溶融領域に対して効果
的に応力が負荷されるように適宜選択される。 本発明で切断可能な鋼材は、通常の溶接施工可
能な鋼種であれば特に限定されないが、炭素鋼、
ステンレス鋼、合金鋼及び耐熱鋼が代表的であ
る。 本発明によつて切断する切断線は、上記溶加材
を上記加熱溶融領域に供給可能であるかぎり、直
線、曲線あるいは円形等の任意の形状とすること
ができ、加熱溶融は、下向き、横向き、立向きあ
るいは上向きと任意の姿勢で可能である。 又、本発明による切断法は、各種の形状の鋼材
に適用することができ、例えば、切断対象鋼材
が、コーナー部あるいは溶接部を既存していて
も、上述のように曲げモーメント等の応力を適当
な方法で負荷することにより、該母材相析出部に
劈開亀裂を発生せしめて破断に至らしめることが
できる。 作 用 一般に、鋼材に溶接を施工しても亀裂が発生し
たり、次いで破断まで至ることは極めて稀であ
る。又、鋼材に単純に応力を負荷してもその延性
のために破断まで至るまでに多大の荷重を要す
る。しかるに、本発明によれば、従来の溶接法を
応用して、所望の切断線に沿つて亀裂を連続的に
発生させて鋼材を破断に至らしめることができ
る。 以下、図面を参照しながら、本発明の作用をそ
の例示的操作と共に説明すれば、第１図に示すよ
うに、鋼材１の一面２を、TIG溶接法等を適用
し、その加熱溶融手段トーチ３のアーク４にて切
断線５に沿つて移動加熱し、板圧の限定された範
囲を連続的に溶融させる。 次いで、加熱溶融領域６に、銅又は銅合金を棒
状あるいはワイヤー状にしたものを溶加材７とし
て加熱溶融領域６に連続的に供給する。 加熱溶融領域６に溶け込んだ溶加材７は、鋼材
の母材に浸透拡散して相析出部８を形成し母材部
を脆化させる。 凝固収縮過程において、凝固収縮応力が母材の
拘束により引張応力となり、その引張応力が作用
して、まず相析出部に劈開亀裂９が発生し、次い
で、半溶融状態の加熱溶融領域６に亀裂を伝播成
長させるために応力を負荷し、連続した亀裂を生
ぜしめ破断１０に至らしめる。 応力の負荷は、第２図に１３で示す線上に溶加
材を供給しない加熱溶融領域１４を切断線５と平
行に該切断線５の加熱溶融と同時に施工し、その
領域の凝固収縮過程で発生する応賄を引張応力と
して切断部加熱溶融領域に負荷するものであり、
劈開亀裂の発生ならびに亀裂伝播成長を促すこと
に極めて有用である。 以上のように、本発明では、鋼材の加熱溶融領
域に銅又は銅合金を供給し、凝固過程において劈
開亀裂を発生させると共に該加熱溶融領域と平行
に銅又は銅合金を供給しない別の加熱溶融領域を
設け張応力等を負荷することにより劈開亀裂を伝
播成長させ破断に至らしめるとを必須とする。 しかし、必要にじて、第１図の数字11で示すよ
うに溶融領域の裏面に冷却空気は液体窒素等を吹
付けて急冷して熱衝撃応力を負荷したり、バイブ
イレータ等で衝撃振動応力を負荷したり、機械的
方法で応力を負荷する等、他の応力を加えること
を妨げるものではなない。 実施例 以下、上述のようにして行なつた本発明の実施
例を説明するが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。 実施例 １ 切断対象鋼材を、長さ600mm、巾400mm、厚さ６
mmのステンレス鋼板（SUS304）とし、その限定
された深さ（３mm）まで、TIG溶接法にて、切断
線に沿つて移動加熱溶融（移動速度90mm／min）
し、その溶融領域にTIG溶接用銅合金棒
（YCuSiB1.3mmφ）を溶加材として連続的に供給
すると共に、その切断線と約50mm離れて平行する
隣接平行線上を溶加材を加えることなく同時に移
動加熱溶融し、その溶融領域の凝固収縮による引
張応力を切断溶融領域に負荷することにより、母
材部においける劈開亀裂の発生ならびに亀裂伝播
成長が極めて促進されて切断に至つた。 尚、切断対象鋼板及び溶加材の物性の概略は、
下記の通りである。

【表】 実施例 ２ 切断対象鋼材として長さ00mm、巾400mm、厚さ
６mmの素素鋼板（SS41）を使用した以外、実施
例１と同様にして行なつた結果、母材部における
劈開亀裂の発生ならびに亀裂伝播成長が極めて促
進された切断に枝つた。 発明の効果 本発明によれば、加熱溶融が厚みの限定された
領域であるため、入熱量が少なく、また、アーク
フレームが裏面に突抜けることがないため、裏面
に接触あるいは近傍する付属品等に何等の損傷や
変形を与えることなく切断することができ、切断
対象鋼材を、予め予熱あるいは冷却することな
く、少量の応力負荷にて容易に切断することがで
きる。 又、、接触あるいは近傍に位置する付属品等に
変形圧力や不必要な熱を負荷することなく、さら
には溶融に伴なうドロスや溶融金属の溶け落ち、
排水、特に原子力の分野においては汚染廃棄物を
発生することなく、安価で簡便な装置にて任意の
形状に切断することができる。 又、切断は、その初端部位および終端部位が限
定されることなく、任意に行なうことができる。 特に、溶加材を供給しない連続した溶融領域を
鋼材の切断線と平行に設けることにより応力を負
荷するので、完全に鋼材の一面からの操作で切断
することが可能であり、裏側あるいは近傍に大き
なスペースを必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の切断方法を示す概略断面図
であり、第２は、本発明の切断方法の一具体例に
よつてに切断した鋼材の切断状態を示す概略平面
図である。 尚、図面中、１……切断対象鋼材、２……切断
一面、３……加熱溶融手段トーチ、４……アー
ク、５……切断線、６……加熱溶融領域、７……
溶加材、８……相析出部、９……劈開亀裂、１０
……亀裂破断部、１１……急冷、１２……負荷引
張応力、１３……切断線と平行な溶加材を供給し
ない加熱溶融領域、１４……溶加材を供給しない
加熱溶融領域、Ｔ……母材厚み、ｔ……加熱溶融
深さである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼材の片側より、厚みの限定された一部分
   を、切断線に沿つて移動加熱溶融し、その溶融領
   域に銅又は銅合金を継続的に供給して、凝固収縮
   過程で劈開亀裂を発生させると共に、鋼材の上記
   切断線と平行に銅又は銅合金を供給しない別の加
   熱溶融領域を設けることによつて、劈開亀裂を連
   続的に伝播成長させ、破断に至らしめることを特
   徴とする鋼材の切断法。