مقایسه برشکاری پلاسما و برشکاری اکسی سوخت (oxyfuel cutting)

فرایند برش در حوزه صنعت جوشکاری به فرایندی اطلاق می‌شود که با استفاده از حرارت دادن فلز با یک قاب و هدایت جریانی از اکسیژن در امتداد یک خط فلز بریده می‌شود. از فرایندهایی که برای برش فلزات استفاده می‌شود می‌توان به برشکاری پلاسما و برشکاری اکسی سوخت اشاره کرد. در این مقاله به مقایسه برشکاری پلاسما و برشکاری اکسی سوخت (oxyfuel cutting) می‌پردازیم.

برشکاری پلاسما و علت محبوبیت این روش

برش پلاسما به فرآیند برش مواد رسانای الکتریکی با استفاده از جت شتاب‌دار پلاسمای داغ گفته می‌شود. این فرایند به طور گسترده در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود. برش پلاسما از جوشکاری پلاسما حاصل شده‌است که در دهه 1960 یک تکنیک محبوب بود. این روش به عنوان یک روش برش کامل در دهه 1980 معرفی شد. چرا اینقدر محبوب شد؟ دلیل آن این است که برش پلاسما هیچ تراشه فلزی ایجاد نمی کند و در حین برش بسیار دقیق است. اولین دستگاه‌های برش پلاسما بسیار بزرگ بودند و به دلیل تکرار الگوهای برش بیشتر برای تولید انبوه طراحی شدند.

برشکاری پلاسما چیست؟

برشکاری پلاسما فرآیند برش فلزات (آلومینیوم، فولاد، مس و غیره) با استفاده از قوس پلاسما است. برشکاری پلاسما به صورت مکانیکی یا دستی انجام می‌شود. فرآیندهای برش مکانیزه عمدتاً مربوط به برش با استفاده از دستگاه‌های برش CNC یا ربات‌های صنعتی است. منبع حرارتی که فلز را ذوب می‌کند، قوس پلاسمایی است که بین الکترود و قطعه کار ایجاد می‌شود.

هزینه برشکاری پلاسما

در دهه 1980 فناوری برش پلاسما گران بود، در حال حاضر می‌توانیم ماشین‌های برشکاری پلاسما را تقریباً در همه جا پیدا کنیم. آنها به طور گسترده ای در شرکت‌های تولیدی و کارگاه‌های خصوصی استفاده می‌شوند و آنقدر رایج شده‌اند که هر کس می‌تواند به راحتی یکی از این دستگاه‌ها تهیه کند و در پروژه‌های خود استفاده کند.

فرایند برشکاری اکسی سوخت و گازهای مورد استفاده

برش اکسی سوخت یک فرآیند برش حرارتی است که از اکسیژن و گازهای سوختی (مانند استیلن، پروپان، MAPP، پروپیلن و گاز طبیعی) برای برش مواد استفاده می‌کند. فرآیند oxyfuel پرکاربردترین فرآیند برش حرارتی صنعتی است زیرا می‌تواند ضخامت‌ها را از 0.5 میلی متر تا 250 میلی متر برش دهد، تجهیزات کم هزینه هستند و می‌توانند به صورت دستی یا مکانیزه استفاده شوند. گازهای سوخت متفاوت و نازل‌های متفاوت قابل استفاده در این فرایند می‌تواند عملکرد آن را از نظر کیفیت برش و سرعت برش به طور قابل توجهی افزایش دهد.

نکات پایه‌ای در فرایند برشکاری اکسی سوخت

فرآیند برش اکسی سوخت در شکل زیر نشان داده شده است. اساساً مخلوطی از اکسیژن و گاز سوخت برای پیش گرم کردن فلز تا دمای “اشتعال” آن که برای فولاد 700-900 درجه سانتیگراد است (حرارت قرمز روشن) استفاده می‌شود. اما این حرارت بسیار پایین تر از نقطه ذوب آن است. سپس یک جت اکسیژن خالص به ناحیه از پیش گرم شده هدایت می‌شود و یک واکنش شیمیایی گرمازا شدید بین اکسیژن و فلز را برای تشکیل اکسید آهن یا سرباره تحریک می‌کند. جت اکسیژن سرباره را از بین می‌برد و جت را قادر می‌سازد از مواد عبور کند و به بریدن مواد ادامه دهد.

پیشنیاز مورد نیاز برای برش اکسی سوخت به شرح زیر است:

• دمای اشتعال مواد باید کمتر از نقطه ذوب فلز باشد در غیر این صورت مواد قبل از برش ذوب می‌شوند و از بین می‌روند.
• نقطه ذوب اکسید باید کمتر از نقطه ذوب مواد اطراف باشد تا بتوان آن را به صورت مکانیکی توسط جت اکسیژن دور کرد.
• واکنش اکسیداسیون بین جت اکسیژن و فلز باید برای حفظ دمای احتراق کافی باشد
• حداقل محصولات واکنش گازی باید تولید شود تا اکسیژن برش رقیق نشود

از آنجایی که فولاد ضد زنگ، چدن و فلزات غیرآهنی اکسیدهای نسوز را تشکیل می‌دهند، یعنی نقطه ذوب اکسید بالاتر از ماده است، پودر باید به داخل شعله تزریق شود تا سرباره سیال با نقطه ذوب پایین، ایجاد شود.

بین فرایند برشکاری پلاسما و برشکاری سوخت اکسی (oxyfuel cutting) کدام را انتخاب کنیم؟

اگر زمان زیادی را با کسانی که با  فلز سروکار دارند، علاقمندان یا هرکسی که در صنعت جوشکاری دخیل است سپری کرده باشید، مطمئناً یک سوال را زیاد شنیده‌اید؟ که کدام فرایند بهتر است؟ برشکاری پلاسما یا برشکاری اکسی سوخت؟ برای اینکه بتوانید به این سوال به راحتی پاسخ دهید ابتدا باید به سه سوال زیر جواب دهید:

1. معمولا چه نوع فلزی را برش می‌دهید؟
2. ضخیم ترین فلزی که تا به حال بریده اید کدام است؟
3. آیا فقط به ابزاری برای برش نیاز دارید یا به قابلیت گرمایش، جوش یا لحیم کاری نیز نیاز دارید؟

در لیست زیر تفاوت‌هایی که برشکاری پلاسما با برشکاری اکسی سوخت دارد را بررسی می‌کنیم:

• فلزاتی که قرار است برش داده شوند و ضخامت آن‌ها
• اعوجاج ایجاد شده در فلزات بعد از برشکاری
• هزینه راه‌اندازی تجهیزات برشکاری پلاسما و اکسی سوخت
• کیفیت برش در برشکاری پلاسما و برشکاری اکسی سوخت
• پیش گرم کردن در برشکاری اکسی سوخت و برشکاری پلاسما

فلزهایی که می‌توانید با پلاسما یا اکسی سوخت برش دهید

برش پلاسما شروع سریع و سرعت برش سریع را روی فلزات نازک تا متوسط ​​از جمله آلومینیوم و فولاد ضد زنگ ارائه می‌دهد. معمولاً یک برش تمیز و با حداقل نیاز به تمیز کردن ارائه می‌دهد. بسته به قدرت ورودی و ضخامت مواد، سرعت برش پلاسما می‌تواند از 6 تا 50+ اینچ در دقیقه متغیر باشد. با افزایش ضخامت مواد، مزیت سرعت برش نسبت به سیستم‌های سوخت اکسی کاهش می‌یابد.

در مواد ضخیم تر، برش سوخت اکسی می‌تواند بسیار سریعتر از پلاسما باشد. به عنوان مثال، یک قطعه فولاد کربنی با ضخامت 2 اینچ، که نیاز به برش طولانی 4 اینچی دارد، یک برش پلاسما 120 آمپر تقریباً 1 دقیقه طول می‌کشد تا برش کامل شود، در حالی که یک مشعل سوخت اکسی می‌تواند همان برش را در 15 تا 20 ثانیه انجام دهد. . مشعل‌های ترکیبی را می‌توان با ضمائم برش، گرمایش یا جوشکاری پیکربندی کرد، که به طور خاص برای گازهای سوخت متعدد، ضخامت مواد و کاربردها طراحی شده است.

اعوجاج فلزات در برش پلاسما و برشکاری اکسی سوخت

یکی دیگر از مزایای قابل توجه برش پلاسما مربوط به تاب ایجاد شده در فلزات در حین برش است. هنگام برش فلزات نازک، گرمای تولید شده در فرآیند اکسی سوخت می‌تواند باعث اعوجاج مواد شود. یک برش پلاسما یک ناحیه تحت تأثیر حرارت بسیار باریک ایجاد می‌کند که تاب خوردگی را به حداقل می‌رساند. این می‌تواند یک مزیت بزرگ در هنگام کار با ورق‌های فلزی با ضخامت 3.16 اینچ یا کمتر باشد.

مقایسه هزینه راه‌اندازی تجهیزات برشکاری پلاسما و اکسی سوخت

برای راه اندازی کاتر پلاسما و کمپرسور هوا به یک کمپرسور هوا و منبع تغذیه اولیه نیاز دارید. هزینه راه اندازی اولیه فقط برای یک برش پلاسما بسته به حداکثر برش مورد نیاز از 850 تا 1700 دلار متغیر است.

سیستم‌های سوخت اکسی معمولاً ارزان‌تر و متنوع‌تر هستند. سیستم‌های سوخت اکسیژن قابل حمل‌تر هستند زیرا کاملاً مستقل هستند. آنها به منبع برق یا کمپرسور هوا نیاز ندارند. به عنوان یک قاعده کلی، برش با سوخت اکسی به فولاد کربن محدود می‌شود، اما ظرفیت برش می‌تواند از 1.8 اینچ تا 22 اینچ یا بیشتر باشد. شما به یک سیلندر سوخت و یک سیلندر اکسیژن برای راه اندازی سیستم سوخت اکسیژن در هر زمان و هر مکان نیاز دارید. هزینه راه اندازی اولیه برای یک سیستم معمولی اکسی سوخت متوسط ​​230 تا 500 دلار است.

تفاوت کیفیت برش در برشکاری پلاسما و برشکاری اکسی سوخت

کیفیت برش عالی، منحنی یادگیری آسان و توانایی برش تقریباً هر ماده رسانا را به لیست بالا اضافه کنید و به راحتی می‌توانید متوجه شوید که چرا دستگاه برش پلاسما ابزاری ضروری برای بسیاری از برنامه‌های برش است.

پیش گرم کردن در برشکاری اکسی سوخت و برشکاری پلاسما

برش با سیستم سوخت اکسی نیازمند پیش گرم کردن فولاد کربنی تا دمای کیندلینگ (حدود 1600 درجه فارنهایت) قبل از برخورد با اهرم اکسیژن برش است. (2) نوع اصلی از مشعل‌های اکسی سوخت دستی وجود دارد. یک تکه (مشعل برش) و دو تکه (مشعل ترکیبی). مشعل‌های برش یک تکه فقط برای برش طراحی شده اند. اگر فرآیندهای غیر از برش برای شما مهم است، باید مشعل ترکیبی را انتخاب کنید.

سخن آخر

در دست یک اپراتور ماهر، یک سیستم سوخت اکسی با کیفیت برش عالی، نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارد و هزینه‌های مصرفی نسبتاً پایین است. با راه اندازی، عملکرد و تنظیم شعله مناسب، یک نوک برش می‌تواند 50 تا 90 ساعت را تامین کند. از طرف دیگر، برش پلاسما ممکن است نیاز به سرمایه گذاری اولیه بیشتری داشته باشد، اما شروع سریع تری را ارائه می‌دهد و می‌تواند موادی غیر از فولاد کربنی مانند ضد زنگ، آلومینیوم و مس را برش دهد. هر دو ابزار مکمل یکدیگر هستند و هر دو ضروری هستند.