JPS63252690A - 鋼材の切断法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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９Ｊ断法に関するものであり、ざら
に詳しくは、鋼材の加熱溶融領域に特定の金属を供給す
ることによって生ずる襞間／（Ｌ裂を利用して鋼材をν
）断する方法に関するものである。

従来の技術 従来から、鋼材のす］新方法として、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、機械的すＪ
新方法、溶融！、１１断方法及びウォータシェフ）噴流
９」新方法に分けられる。

機械的ジノ断方法には、鋸−シャｍ−グラインターＡ４
．による９ｊ断、旋盤・ボール盤等の［゛作機械による
！、ＩＩ断か挙げられる。

溶接νｊ断方法には、Ｍ素がスリＪ断・パラターリＪ断
′；９のガスリｊ断状、酸素アークリｊ断・プラズマア
ーク９Ｊ断等のアーク！、ｌＪ断状、レーザシＪ断法並
びにワイヤー放゛１１ｐＪＩｔＩｒ法が挙げられる。

ウォータジェット噴流切断方法は、超、１°、＞／ｌ：
水メは（ｔｌＦ　ｉＦ？材入りの超重川水を噴流し、金
属部に衝突させて９〕断する方法である。

発明が解決しようとする問題風 機械的！７Ｊ断方法においては、比較的規則１１−シい
形状を有しＩＬつ中−滑な鋼材に限定されるとＪ（に、
ν）断対象物の裏側を含めて１・分なるスペースを６費
とすることか多い。

溶融！、ＩＩｔ＄ｆｉ力ｌＪ：においては、溶融にイ′
ｒなうｌ；’　ｒｊズや溶Ｉ、→＜）属の溶は落ちある
いはアーケフレームに対する養生等のために９ノ断対象
物の表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４ｉ置する可燃物等を予め
除去する必要がある。

ざらにワイヤー放心切断においては、切断対象鋼材の形
状・・ｊ゛υ、に制約があり１回時に多１１１に発生す
る排水の処理が問題となる。

つす−タンエツト噴流！、ＩＩ断方法においては、噴流
水がすＪ断対象鋼材を突き株けるに（−分なる空間を必
要とし、１１つ、多１ｊに発生する排水の処理や操作に
の安全性が問題となる。

一力、施、没・機器の解体等においては、任、α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ν）
断する６来が生じることがある。

しかし、１−述の方法によった場合、！７Ｊ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、１−記の作
業性、形状・・ｊ法の制約、溶融に伴なうドロスや溶融
金属の溶は落ちあるいは排水等、特にｈａ　＋’−力の
分野においては汚ごβ廃棄物の処理等に、′Ｉ′Ｉ處す
る場合がある。

問題点を解決するためのト段 この光１５１は、１−述のごとき種々の１し１約が加え
られている条件下での切断に適した方／Ｊ：を提供する
ことを目的とし１．１Ａｌｌ的は、鋼材の片側からの操
杓によって、その厚みの限定された一部分を、　！、ｌ
Ｊ断線にそって移動加熱溶融し、その溶融χ１域の結晶
粒界に侵透、相析出ｉ＋ｒ能で粒界結合を脆化させる金
属又は合金であって少なくとも該鋼材よりも凝（♂１１
温度若しくは抗張力が低くメは熱膨張係数が大きいもの
、　１！Ｉｆち、銅又は銅合金を溶加材としてｍ統帥に
供給し、凝固過程において切断対象鋼材の１１材に浸透
拡散した相析出部に襞間亀裂を生ぜしめ１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９伽動応力及び凝
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、そのりヲ開７ａ裂を伝播成長させて破断に至らし
める！１１Ｊ断法によって達成される。

本発明において鋼材を加熱溶融する方法としては、「動
、゛ト自動あるいは１」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υ２等が
挙げられる。

＋ｊｋ加熱によって溶融する厚さは、切断対象鋼材のｊ
Ｉ／さのｌ／２〜３１５であることが好ましい。

襞間／１１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、Ｌ述のように、その溶融領域の結晶粒
界に浸透、相１１　ｆｌｊ　ｒｒｆ能で粒界結合を脆化
させる金属又は合金であっ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か大きいも
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１脆化させるｊ）本、硫み
１、スズ等を含有することかでさる。

、、亥溶加材は、実際の施［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、スズ簿の粉末を充填したコンボシフ）チューブ又
はこれらを塗布したものとして使用でき１　これをに記
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。

！ａ裂を伝播成長させる応力負荷として、中張応力を負
荷する場合は１例えば、水モに固定した鋼材の−・方の
端面にワイヤーをＪｌｉ続し滑車と錘とを利用して！、
ｌＪ断線に直角に引張力を負荷したり、又、溝型鋼材を
２つのＬ型部材にすＪ断する際に該溝型鋼材の相対する
側片間に伸縮自在の梁の両端を当接させた後、１核梁を
延ばすことにより切ｔｌｉ線に直角の中張力を負荷した
りする方法等が挙げられる。又、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ｐＪｌｆｉ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
用する方法もある。尚、この方法により別の加熱溶融領
域を設ける場合、一方の加熱溶融領域と他方の加熱Ｍ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
な間隔であって、νＪｌｌｉ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。その
他、衝撃振動応力を負荷する場合は、５・〜イブレータ
ー等を利用して行うことができ、又、冷却空気あるいは
液体窒素を加熱溶融領域の近傍や裏面に吹付けることに
よりその溶融領域に熱衝撃応力を負荷することができる
。尚、応力負荷の方法は）−述の力Ｕ：のみに限定され
るものではない。

木発す１でりＪ断＋Ｉｆ能な鋼材は、ｄ常の溶接施工呵
庵な鋼種であれば特に限定されないが、炭素鋼、ステン
し・ス鋼、合金鋼及び耐８ｎ４が代表的である。

、に発明によって！／Ｊ断するジノ断線は、且記溶加材
を−１：記加熱溶融領域に供給ｎ（能であるかぎり、直
線、曲線あるいは円形等の任αの形状とすることができ
、加熱溶融は、ド向き、横向き、立向きあるいはヒ向き
と任意の姿勢で可能である。

又１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、愕えば、すＪ断対象鋼材が、コーナ一部
あるいは溶接部をはイＬしていても、ト述のように曲げ
モーメント等の１５力と＾ｖ１な方法で負をｆすること
により１．ｉＡ　ｌｔｊ材相析出部に９５開、’（Ｌｄ
Ａを発生せしめて破断に全らしめることができる。

ｍｍ 一般に、鋼材に溶接を施にしてもｔ１裂が発生したり１
次いで破断まで金ることは極めて福である。又、鋼材に
中線に応力を負荷してもその延性のために破断まで至る
までに多大の前爪を要する。しかるに１本発明によれば
、従来の溶Ｉ春法を応用して２所望のジノ断線に沿って
亀裂をＩ！１！続（ｒＪに発生させて鋼材を破断に金ら
しめることができる。

以ド、図面を参照しながら、未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ｌの
一面２を、ＴＩＧ溶接υ４＃Ｉ；を適用し、その加熱溶
融ｒ段トーチ３のアーク４にて切断線５に沿って移動力
ＩＩ熱し、指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、＃４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として力１１熱酎
融領域６に連続的に供給する。

１ｍ熱溶融領域６に溶は込んだ溶加材７は、鋼材の１；
Ｉ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
り弓１張応力となり、その引張応力が作用して、まず相
析出部に襞間亀裂９が発生し、次いで、゛幹溶融状態の
加熱溶融領域６に亀裂を伝播成Ｒ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１図に１１で示すように溶融領域の裏
面に冷却空気又は液体゛や素等を吹付けて急冷し、熱栴
撃応力を負荷して行ってもよく、又、第２図に１２で示
す方向に１１う述の錘、梁等を用いた方法によって引張
応力を負荷することもできる。さらには、第３図に１３
で示す線１−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−Ｉ
Ｉ、その領域の凝固収縮過程で発生する応力を引・本応
力として！ＪＪ　ｍ１１部加熱溶融領域に負６；スする
こともり５開亀裂の発生ならびに７ａ裂す、帰成反を促
すことに極めてイｊ用である。

以１−のように、本発明では、鋼材の加／８ｔ８融′７
＋域に銅又は銅合金を供給し、凝固過程において襞間亀
裂を発生させると共に引張応力等を負荷することにより
襞間亀裂を伝播成長させ破断に至らしめることを必須と
する。

ｇ厘１ 以ド、ｌ二述のようにして行なった７（発Ｉ５１の実施
例を説１１するか、未発り１はこれに限定されるもので
はない。

実施例１ ｖ〕断対象鋼材として、長さ６００＋ｓｍ、山４００　
ａｍ、　Ｊ’１３４５ｖＢＱｉＫ、’＋ｊｊｌｌｊＮ（
ＳＳ４１）Ｉ　２　Ｊｋ’Ｆｅした。その１枚の！／ｊ
断しようとする線に対して平行する鋼鈑端面の一力を２
ケ所固定し１反対側端面にワイヤーの一端を接続し、鋼
鈑面とほぼ同じ高さに（ｑ置する滑１１（を介して東ド
されたワイヤーの他端に市さ１０Ｋｇｃ／）Ｍを載せる
ことにより引Ｉ張応力を銅銀に対し片側から負荷せしめ
た。他方の１枚は中−而１−装置Ｊ前記のような引張応
力を負荷しないものとした。

べ”＃ｆＮ、たそれぞれの銅銀の切断しようとする中央
部線１−を扱厚の１分の深さ２ＩまでＴＩＧ溶接法と同
方法にて溶融するが、その時、移動速１■ｌ　ｌ　Ｏｍ
＋＊／ｍｉｎで加熱溶融しながら溶融領域にＴＩＧ溶１
ζ川銅棒（ＹＣｕ　Ｌ、Ｓ■秦φ）を溶加材として律わ
“Ｇ的に供給した。

その結果、応力負４Ｉのない銅銀は、凝固収縮により溶
融領域に部分的なＨ（Ｌ裂か発生するか破断には金らす
切面することができない。それに対し。

１ｉ、カ負荷せしめた銅銀においては、溶融領域の凝固
収縮に伴い亀裂が伝播成長し！Ｊ３断することがでさた
。

尚、！／１断対象鋼材及び溶加材の物性の概略は、Ｆ記
のｄりである。

架間温度　ハ膨張係数　抗張力 （’Ｃ）（１Ｇ”／’Ｏ）（Ｋｇｆ／ｃｍ）））父１番
、銅銀　　　　１５００　　　　１１．０　　　　　　
４２（ＳＳ４　］　） 溶加材　　　　１１１００　　　１Ｂ、５　　　　２３
（ＹＣｕ　） 実施例２ しＪ断対象鋼材を、長ざ１０００ｇ＋＋ｉ、山６００　
ｌ１ｍ、１“ノさ２５ｍｍの尿素銅銀（ＳＳ４１）とし
、その板断面の限定された深さく　ｌ５ｍｍ）まで。

ＭＩＧ溶接法にて、ジノ断線に沿って移動加８溶融（移
動速１ｊｌニア　０　ａｍ／５ｉｎ）　Ｌ、その溶融領
域にＭＩＧ射接川銅用イヤー（ＹＣｕ　１．６ｍ膳φ）
を溶加材として１１動的に連続供給した、 亀裂の機構及び挙動は、実施例１と同様であるか、溶融
加熱にＭＩＧ溶接法を攻用する場合は。

゛心棒（銅ワイヤ−）の先端を溶融領域に付さ込ませる
ウモレ溶接法が効果的であり、さらには、溶融領域の裏
面を液体″０２ｋにて急冷することにより、銅が浸透し
て相析出したＬｊ材部に曲げモーノ／１・が負荷され、
１；を材部における襞間亀裂の発生ならびにｆｆ＋裂伝
播Ｉ＆長か極めて促進されてνＪ断に至った。

尚、νＪ断対象鋼材及び溶加材の物性の概略は、実施例
１に示す通りである。

実施例３ ９Ｊ　ｌｌｉ対象鋼材を、長さ６００ｍｍ、　ＩＩＩ　
４００ｍｍ、厚さ６−−のステンレス鋼ｉ　（ＳＵＳ３
０４）とし、その限定された深さく３ｍｍ）ｆで、ＴＩ
Ｇ溶接法にて、９ノ断線に沿って移動加熱溶融（移動速
度９０謹ｍ／５ｉｎ）　Ｌ、その溶融領域にＴＩＧ溶接
川銅用−、’９＋＋（ＹＣｕＳｉＢ　１．Ｂｍｍφ）を
溶加材としてｉ！ｌ！続的に供給するとＪ（に、その！
、ＩＪｌｆｉ線と約５０ｍ５離れて平行する隣接平行線
！二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１５力を！ｉｌＪ断
溶融領域に負荷することにより、１す材部においけるリ
ヲ開７１裂の発生ならびに／［Ｌ饗仏縞成長が極めて促
進されて！ｉｌＪ断に至った。

尚、すＪ断対象鋼叛及び溶加材の物性の概略は、ド記の
通りである。

架間温度　！Ｓ膨１朱係数　抗張力 （’Ｃ）　　（１０６／’Ｃ）　　（Ｋｇｆ／Ｃｍ’、
１）欠素銅銀　　　１４００　　　２０．０　　　　　
Ｇ。

（ＳＵＳ３０４） 溶加材　　　　１０００　　　１Ｅ１．０　　　　４１
（ＹＣｕＳｉ１３） Ｋ＆例４ ｙＪ断スス４象鋼材して長さ６００ｍ５＋、＋Ｉ＋４０
０ｍ園、ノ゛Ｉざ６自−の炭素鋼販（ＳＳ４１）を使用
した以外、実施例３と同様にして行なった結果、ＩｉＪ
材部における襞間亀裂の発生ならびにＩＩ　’Ａ伝播成
長が極めて促進されてりＪ断に至った。

套」１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１人８星が少なく、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り・えることなくｐＪ
断することができ、ｙノ断対象鋼材を、ｆめｔ熟あるい
は冷却することなく、少ｊｌ；の応力＜ｒ　４ｉｆにて
容塙に９１断することができる。

又１、接触あるいは近傍にイ装置する付属品等に変形圧
力や不必費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は落ち、排水、特に原子力の
分野においてはブリ東廃棄物を発生することなく、安価
で簡便な装置にて任低の形状にしＩ＊ｉすることかでき
る。

又、９ノ断は、その初端部位および終端部位が限定され
ることなく、任低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り
ｊ断線とｆ行に設けることにより応力を負荷する場合は
、完全に鋼材の一面からの操作で１．ｌＪ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。

４　、　ｌ′Ａ＋／＋ｉノｆＭｕｎｅ説ＩＰＩ第１図は
１本発明の９Ｊ断方法を示す概略断面図であり、第２及
び３図は、それぞれ、未発明の！、ＩＪ断力法の方法体
例によってにすｊ断した鋼材のｙノ断状態を示す概略ｖ
面図である。

尚、図面中、 ■・・・９１断対象鋼材、２・・・９Ｊ断−・面、３・
・・加８溶融ｒ段トーチ、４・・・アーク、５・・・切
１’ｌｉ線、６・・・加熱溶融領域、７・・・溶加材、
８・・・相析出部、９・・・す開亀裂、１０・・・亀裂
破断部、ｉｉ・・・急冷、１２・・・負６；ｆ引’、’
ｈ　１４Ｌ力、１３・・・ｙノ断線とｆ行な溶加材を供
給しない加熱Ｍ融領域、１４・・・溶加材を供給しない
加熱溶融領域、Ｔ・・・ＩＩ材厚み、し・・・加熱溶融
深さである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼材の片側より、厚みの限定された一部分を、切断線に
   沿って移動加熱溶融し、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、その溶融領域に外部より応力を負荷すること
   によって、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。