溶接プロセスに適した炎の選択は、新米加工者にとって頭の痛い問題で、しばしば作業に支障をきたすことがあります。 その背後には多くの科学があり、それぞれの結果に対して異なる要件が存在するのです。 今回は、各工程に最適な溶接炎を選択するための重要なポイントをすべて紹介します。 まず基本的なことを説明しましょう。
ガス溶接では、燃料の燃焼により高エネルギーの炎が発生し、温度は数千度まで上昇します。 これにより、接合部の両金属が液体となり、溶接が可能となります。 溶接炎の種類によって溶接の性質が大きく左右され、それぞれ異なるので知っておくことが必要です。 つまり、溶接が行われる条件は、燃焼ガスの組成に大きく関係しているのです。 必要な炎を正確に出せるかどうかは、溶接士次第なのです。
溶接の炎の基本的な種類は、平衡炎、浸炭炎、酸化炎の3つです。
- ニュートラルフレーム。 その名の通り、操作中の金属に化学反応は起こらない。
- 浸炭炎。 炭化鉄を生成する炎（炭素を吸収する材料には推奨できない）
- 酸化炎：中性炎よりも温度が高い（銅や亜鉛に推奨）
Neutral Flame
自然炎とも呼ばれ、最も一般的で広く使われている炎である。 この炎は完全に燃やされるので、金属の化学的性質に大きな影響を与えません。 炎の色は黄色で、少し煙のようなものが見えますが、これは完全に燃焼している証拠です。 また、化学反応性が低いため、金属表面への反応もありません。 そのため、軽金属用として実用的で使い勝手の良い炎です。
炎にはそれぞれ異なるゾーンがある。 中性炎も同じです。 その中には2つのゾーンがあります。 最初のもの（内側）は青白い色をしていて、温度は約3100℃です。 もう一方のゾーン（外側）は青色をしており、これはもう一方のゾーンよりも温度が低いことを示している。 とはいえ、1275℃はかなり高い温度である。 このように温度にはかなりのばらつきがあるため、溶接士は接合部からのトーチの距離を調整することによって、溶接の継ぎ目で温度をコントロールすることができます。
中性炎の作り方
では、中性炎はどのように作られるのでしょう。 まあ、炎がどのように見えるかに注意を払えばよいだけなので、厳密な科学はありません。 溶接士がやるべきことは、アセチレンと酸素の比率のバランスを見つけることです。 例えば、アセチレンが酸素に比べて過剰な状態にあるとしよう。 炎の中には、内側の白色のものの外側と、青色のものの内側に、楕円形の層（アセチレンの羽）があることがわかると思います。 炎を調整するためには、アセチレンが完全に燃え尽きるまで、アセチレンの量を減らさなければなりません。 アセチレンの量を減らしていくと、楕円形の層が減っていくのが分かります。 この層がなくなると、両方のガスの組成が1対1の割合で存在するため、炎はニュートラルなものになります。 良いレギュレーターを使えば、スイートスポットを見つけることができ、同時にコストも削減することができます。
しかし、炎が中性なのか酸化性なのか、どうすれば確認できるのでしょうか。 それにも解決策があります。 最も一般的な方法は、1/16から1/8インチまでの非常に小さなゾーンを残すことです。
中性炎の応用
このタイプの溶接炎を使って溶接できる材料は次のとおりである。
- 軟鋼
- ステンレス鋼
- 鋳鉄
- アルミニウム
- 銅
炎の調整は金属溶接だけでなく切断作業での予熱にも重要であります。 この炎を使用する大きな利点は、発泡や火花を生じることなく、流れて素早く取り除かれる、かなり明確な金属水たまりを得ることができることです。
浸炭炎
浸炭炎は、溶接炎の種類の中で2番目に重要なものである。 中性炎との違いは、アセチレンと酸素の割合が等しくなく、アセチレン（炭素ともいう）を多く供給して浸炭炎とする点である。
この炎の特徴ですが、一般に中性炎より温度が低いです。 この炎は一般に中性炎より温度が低く、内炎の中心に余分な帯があり、その帯が内側を包んでいるのが見える。 内核は淡青色を帯びており、その縁は白色でアセチレンフェザーと呼ばれる羽毛状のもので伸びています。 浸炭火炎の中心核とも呼ばれる。 外側の芯は薄い青みがかった色で、識別しにくいことが多い。 内核の先端の温度は3150℃前後です。
浸炭炎の生成
中性炎ではアセチレンと酸素は等量なので完全に反応しますが、吹管から過剰のアセチレンが供給されるので燃焼反応が不完全になり浸炭炎が生成されることになるのです。 このような炎を得るには、炎を中性状態に調整し、アセチレンの注入口を徐々に開いて、内核と外核の間に楕円形の層が見えるようになるまでアセチレンを多く供給します。
内核がアセチレンの羽の半分であれば2X炎と呼ばれます。 これは炎の中の炭素含有量を表現したものに過ぎず、炎の浸炭の度合いを示すものである。
浸炭炎の応用
低炭素鋼の溶接を行うには、浸炭炎を使って製作することができる。 浸炭炎で溶接すると、加工中の金属が煮えてしまい、よく見えません。 実際は、鋼材自体が炎から炭素分を吸収して発熱しているのです。 そのため、沸騰した金属が冷えると、炭素を多く含む脆い組織となり、簡単に割れてしまうのです。
バックハンド溶接は、浸炭炎を利用した注目すべき技術である。 炭素の多い金属や、ニッケル、亜鉛、モネルなどの硬い金属に使うことをお勧めします。 この炎を使用する際の注意点としては、柔らかいハンダの作業には向いておらず、ハンダの加工には低温が必要なため、外芯のみを使用することである。
Oxidizing Flame
酸化炎に存在する酸素の過剰があり、酸化炎と中性炎を区別するために重要な識別を必要とします。 酸素とアセチレンの比率は一般に1.5:1である。
酸化炎の作り方
酸化炎は中性炎や浸炭炎と同じように得ることができる。 酸素供給量をアセチレンフレームより少し多めに調整することで得られます。 浸炭炎と同じように、酸素とアセチレンの量のバランスをとりながら、内芯の長さが10分の1になったことに気づくまで酸素の流量を増やします。 その後、内核に紫色の点が見えるようになる。 内核の温度は約3500℃です。
酸化炎の応用
金属を簡単に酸化させることができることで有名である。 そのため、さまざまな溶接作業において、過剰な溶接析出物や化学的性質の望ましくない変化などの問題が発生する。 そのため、溶接継手用途の工業用途ではあまり一般的ではありません。 しかし、鉄を含まない金属の切断や溶接には有効な火炎である。
酸化炎の特徴の1つは、顕著なヒスノイズを発生させることである。 酸化炎が使用される多くの典型的な用途がある。
- 鋼鉄（トーチろう付け）
- 鋳鉄（トーチろう付け）
- 真鍮
- 青銅
溶接者が鋼鉄に酸化炎を使用すると金属（溶湯）は焼け、泡立ち始め火花となり、酸素と鋼が結合して化学反応（燃焼）することを示すものであります。
したがって、酸化炎を使用する前に、いくつかの事前考慮が必要である。 マグネシウムやアルミニウムなど、酸化しやすい金属には使わないほうがよいでしょう。 したがって、ほとんどの溶接用途に推奨される炎ではありません。 鋼や鋳鉄のトーチろう付けの実施には、軽酸化性火炎のみが適しています。
まとめ
溶接火炎の種類とその用途について、多くの情報を得ることができたと思います。 一度では消化しきれないほどの情報量ではありませんでしたか？ さて、それでも、皆様のご意見、ご感想をお聞かせいただければ幸いです。 コメント欄でご意見をお聞かせください。また、このサイトの溶接に関する他の記事のチェックもお忘れなく
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