اکسیژن خالص یکی از مؤثرترین و پراستفادهترین گازها در فرآیندهای برش حرارتی فلزات است. از برشکاری اکسیسوخت (Oxy-fuel) در صنایع فولاد، ساختوساز، تعمیرات صنعتی، کشتیسازی، راهآهن، تولید تجهیزات سنگین، و صدها کاربرد دیگر استفاده میشود.
نقش حیاتی اکسیژن در این فرآیند تنها به احتراق محدود نمیشود؛ خلوص اکسیژن بیشترین تأثیر را بر سرعت برش، کیفیت لبه و مصرف گاز دارد.
در این مقاله، به صورت کاملاً علمی و کاربردی بررسی میکنیم که:
- چرا اکسیژن باید خلوص بالا داشته باشد؟
- چه میزان کاهش خلوص باعث افت سرعت برش میشود؟
- اصول عملکرد مشعل برش چگونه است؟
- چرا برای برخی فلزات مثل فولاد ضدزنگ نیاز به پودر کمکی یا گازهای دیگر داریم؟
- نکات حیاتی ایمنی در استفاده از اکسیژن چیست؟
اکسیژن؛ گازی حیاتی برای فرایند برشکاری صنعتی
اکسیژن، فراوانترین عنصر پوسته زمین است و حدود 20.99% جو را تشکیل میدهد.
در حالت مایع، اکسیژن دارای رنگ آبی بسیار کمرنگ و دمای نقطه جوش –183°C است.
تقریباً تمام عناصر به جز گازهای نجیب با اکسیژن واکنش میدهند و ترکیبات اکسیدی تشکیل میدهند. همین خاصیت است که آن را برای فرآیندهای حرارتی و برش فلزات فوقالعاده مؤثر میکند.
📌 بیشتر بخوانید: اکسیژن مایع (LOX) | تأمین، نصب مخزن و تبخیرکن
چرا اکسیژن خالص برای برشکاری ضروری است؟
در برش اکسیسوخت، دو مرحله کلیدی وجود دارد:
- پیشگرمایش فلز تا دمای اشتعال (۷۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد برای فولاد)
- جریان اکسیژن خالص که باعث ایجاد واکنش گرمازای شدید و سوزاندن فلز میشود
این واکنش گرمازا سرباره (اکسید آهن) را ذوب و خارج میکند و مسیر برش را ایجاد میکند.
اما نکته مهم اینجاست:
هر 1٪ کاهش در خلوص اکسیژن → 15 تا 25٪ کاهش سرعت برش
بهطور دقیقتر:
| خلوص اکسیژن | تأثیر بر برش |
|---|---|
| 99.5% | خلوص استاندارد و مناسب برای برشکاری |
| 98.5% | 15–25٪ کاهش سرعت برش + افزایش مصرف اکسیژن |
| 95% | برش فولاد غیرممکن میشود |
بنابراین استفاده از اکسیژن با خلوص پایین، عملاً عملکرد مشعل برش را مختل میکند.
📌 بیشتر بخوانید: مشخصات فنی اکسیژن (O₂)
گریدهای مختلف اکسیژن صنعتی
اکسیژن صنعتی عموماً با حداقل خلوص 99.5% عرضه میشود.
گریدهای رایج:
| گرید | خلوص | کاربرد |
|---|---|---|
| CGA Grade C | 99.5% | برشکاری و جوشکاری استاندارد |
| UHP | 99.999% | آزمایشگاهی / لیزری |
| VLSI / ULSI | 99.9999% | صنایع الکترونیک و نیمههادی |
در برشکاری صنعتی، معمولاً اکسیژن 99.5% عملکرد کاملاً مطلوب دارد.
📌 بیشتر بخوانید: چگونه گاز اکسیژن تولید میشود؟
فرآیند برش اکسیسوخت چگونه کار میکند؟
فرآیند Oxy-Fuel به شکل زیر عمل میکند:
1) پیشگرمایش
مخلوط اکسیژن + گاز سوخت (استیلن، پروپان، پروپیلن، گاز طبیعی یا MAPP)
فلز را تا دمای اشتعال گرم میکند.
2) تزریق اکسیژن خالص
پس از رسیدن به دمای اشتعال، اکسیژن خالص با فشار از نازل خارج میشود.
3) واکنش گرمازا
اکسیژن با فلز واکنش میدهد و مقدار زیادی حرارت + اکسید آهن مذاب تولید میشود.
4) خروج سرباره
جریان اکسیژن سرباره داغ را بیرون میدمد و برش ادامه پیدا میکند.
📌 بیشتر بخوانید: اکسیژن مایع چیست و چه کاربردی دارد؟
چه شرایطی برای امکانپذیر بودن برش فلز لازم است؟
این چهار شرط کاملاً علمی و ضروری هستند:
1. دمای اشتعال کمتر از نقطه ذوب باشد.
در غیر این صورت فلز قبل از اکسید شدن ذوب میشود.
2. نقطه ذوب اکسید کمتر از فلز پایه باشد.
تا اکسیژن بتواند سرباره را بیرون ببرد.
3. واکنش اکسید شدن باید گرمازا باشد.
تا حرارت واکنش خود فرآیند برش را ادامه دهد.
4. حجم گاز واکنش نباید زیاد باشد.
تا اکسیژن جت برش رقیق نشود.
چرا فولاد ضدزنگ و آلومینیوم بهخوبی با اکسیژن برش نمیخورند؟
زیرا:
- فولاد ضدزنگ → اکسید کروم نقطه ذوب بالا دارد.
- آلومینیوم → اکسید آلومینیوم جدا نمیشود.
بنابراین برای این فلزات از:
- نیتروژن
- لیزر CO₂
- یا افزودن پودر کمکی
استفاده میشود.
مصرف اکسیژن در برشکاری چقدر است؟
میزان مصرف دقیق به موارد زیر وابسته است:
- فشار کاری نازل
- قطر نازل
- ضخامت ورق
- ترکیب گاز سوخت
- نوع مشعل (دستی یا CNC)
اما بهطور میانگین،
برای ضخامتهای 10–20 میلیمتر، مصرف اکسیژن حدود 1.5 تا 2.5 مترمکعب بر دقیقه است.
چرا صنایع فولاد به اکسیژن خالص نیاز دارند؟
در فولادسازی، اکسیژن 99% برای:
- اکسیداسیون سریع کربن
- تولید CO و CO₂
- افزایش دما تا 1700°C
- حذف ناخالصیها (سیلیس، فسفر، سولفور)
- کاهش زمان ذوب
استفاده میشود.
این فرآیند مهمترین اصل در کوره اکسیژنی LD است.
📌 بیشتر بخوانید: تفاوت اکسیژن مایع و اکسیژن گازی چیست؟
ایمنی در استفاده از اکسیژن
چند نکته بسیار مهم:
اکسیژن با مواد روغنی فوقالعاده خطرناک است.
چون:
- اکسیژن با روغن واکنش انفجاری دارد.
- امکان اشتعال خودبهخود وجود دارد.
بنابراین:
✔ هرگز از گریس، روغن، دست چرب یا آچار روغنی برای اتصالات اکسیژن استفاده نکنید.
اکسیژن مایع بسیار سرد است
تماس با آن باعث:
- سوختگی کرایوژنیک
- آسیب ریه
- یخزدگی پوست
میشود.
استفاده از دستکش و شیلد محافظ ضروری است.
سایر نکات ایمنی
- سیگار و جرقه در محیط ممنوع
- فاصله مناسب سیلندرها
- استفاده از فشارشکن استاندارد
- تهویه مناسب
- عدم تماس اکسیژن با رنگها، حلالها و الکلها
- لباس آغشته به اکسیژن باید ۳۰ دقیقه در معرض هوا باقی بماند.
📌 بیشتر بخوانید: آیا استنشاق اکسیژن صنعتی خطرناک است؟ بررسی علمی، پزشکی و صنعتی برای انتخابی ایمن
جمعبندی
استفاده از اکسیژن با خلوص بالا برای برشکاری فلزات نهتنها کیفیت برش را تضمین میکند، بلکه:
- سرعت کار را افزایش میدهد.
- مصرف گاز را کاهش میدهد.
- لبههای تمیز و بدون سرباره اضافی ایجاد میکند.
- هزینههای تولید را کاهش میدهد.
برای دستیابی به بالاترین کیفیت و سرعت،
همواره باید از اکسیژن با خلوص حداقل 99.5% استفاده شود.
