میزان خلوص اکسیژن در برشکاری فلزات

اکسیژن فراوان‌ترین عنصر در سطح زمین است. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه است که حیات را پشتیبانی می‌کند و احتراق را ممکن می‌سازد.

اکسیژن حدود یک پنجم جو زمین را تشکیل می‌دهد (99/20 درصد حجمی). این مایع شفاف و آبی کم‌رنگ‌تر از آب در دماهای زیر 300- درجه فارنهایت است.

همه عناصر به جز گازهای بی‌اثر با اکسیژن ترکیب می‌شوند و معمولاً اکسید می‌شوند. خلوص اکسیژن برای تولید کارآمد حیاتی است. به عنوان مثال، 99.5 درصد اکسیژن خالص می‌تواند لبه‌های با کیفیت بالا و شعله بریده تولید کند.

کاهش یک درصدی در خلوص اکسیژن سرعت برش را 25 درصد کاهش می‌دهد. با خلوص 95 درصد اکسیژن، یک مشعل برش با سوخت اکسیژن به هیچ وجه فولاد را برش نمی‌دهد.

اکسیژن سیلندر از اکسیژن مایع تبخیر شده تولید می‌شود. حداقل خلوص تضمین شده آن 99.5 درصد است. اکسیژن مایع توسط انجمن گاز فشرده CGA به عنوان نوع II طبقه‌بندی می‌شود.

انواع دیگر گریدهای اکسیژن CGA با سفارش ویژه در دسترس هستند. این محدوده از CGA Grade C، همچنین 99.5 درصد محتوای اکسیژن تا 99.995 درصد اکسیژن را شامل می‌شود. همچنین اکسیژن مایع با درجه خلوص ULSI و درجه خلوص فوق العاده بالا VLSI یعنی 99.9999 درصد خالص، برای مشتریانی که به استانداردهای خلوص دقیق نیاز دارند، موجود است.

چه مقدار اکسیژن در برش استفاده می‌شود؟

سرعت برش و کیفیت لبه برش در درجه اول با خلوص جریان اکسیژن تعیین می‌شود. بنابراین، طراحی نازل نقش مهمی در محافظت از جریان اکسیژن از حباب هوا دارد. اکسیژن مورد استفاده برای برش باید خلوص 99.5% یا بالاتر داشته باشد. خلوص کمتر باعث کاهش راندمان عملیات برش می‌شود. به عنوان مثال، کاهش 1% در خلوص اکسیژن به 98.5% منجر به کاهش سرعت برش تقریباً 15% می‌شود و افزایش حدود 25 درصدی در مصرف اکسیژن برش را در پی دارد. برش اکسی‌ سوخت، یک فرآیند برشکاری حرارتی است که از اکسیژن و گازهای سوختی (همچون 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 میلی‌متر تا 250 میلی‌متر برش دهد. تجهیزات کم‌هزینه هستند و می‌توانند به صورت دستی یا مکانیزه استفاده شوند. چندین گزینه طراحی گاز سوخت و نازل وجود دارد که می‌تواند عملکرد را از نظر کیفیت برش و سرعت برش به طور قابل توجهی افزایش دهد.

اصول فرآیند اکسیژن در برشکاری فلزات

اساساً مخلوطی از اکسیژن و گاز سوخت برای پیش گرم‌کردن فلز تا دمای “اشتعال” آن که برای فولاد 700-900 درجه سانتیگراد است (حرارت قرمز روشن) استفاده می‌شود. اما بسیار پایین‌تر 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 اکسید‌آهن 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. چهار شرط اساسی برای برش اکسی سوخت وجود دارد:

دمای اشتعال مواد باید کمتر از نقطه ذوب آن 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 آنجائی که فولاد ضدزنگ، چدن و فلزات غیرآهنی اکسیدهای نسوز را تشکیل می‌دهند، یعنی نقطه‌ذوب اکسید بالاتر از ماده است، پودر باید به داخل شعله تزریق شود تا نقطه ذوب پایین، سرباره سیال ایجاد شود.

خلوص اکسیژن صنعتی مورد استفاده برای برش ورق چقدر است؟

اکسیژن صنعتی معمولاً در سیلندرهایی با حداقل خلوص 99.5 درصد عرضه می‌شود. به طور کلی، این برای برش لیزری کافی نیست، زیرا منجر به بهترین کیفیت برش یا سریع‌ترین سرعت برش نمی‌شود. با خلوص 95 درصد اکسیژن، یک مشعل برش با سوخت اکسیژن به هیچ‌وجه فولاد را برش نمی‌دهد. اکسیژن سیلندر از اکسیژن مایع تبخیر شده، تولید می‌شود. حداقل خلوص تضمین شده آن 99.5 درصد است. اکسیژن مایع توسط انجمن گاز فشرده CGA به عنوان نوع II طبقه بندی می‌شود. جریان اکسیژن بریده شده زمانی روشن می‌شود که فلز به رنگ نارنجی می‌رسد که دمای روشن شدن آن (1600 تا 1800 درجه فارنهایت) است. جریان اکسیژن با خلوص بالا باعث می‌شود که فولاد به سرعت اکسید شود و این واکنش بسیار گرمازا است. واکنش گرمازا یک واکنش شیمیایی است که توسط نور یا گرما انرژی آزاد می‌کند. فولاد کربن و فولاد ضد زنگ را می‌توان با اکسیژن یا نیتروژن برش داد، در حالی که آلومینیوم باید با نیتروژن برش داده شود. اساساً، مخلوطی از اکسیژن و گاز سوخت برای پیش گرم‌کردن فلز تا دمای “اشتعال” آن استفاده می‌شود که برای فولاد 700-900 درجه سانتیگراد (حرارت قرمز روشن) است، اما بسیار کمتر از نقطه ذوب آن است. جت اکسیژن سرباره را از بین می‌برد و جت را قادر می‌سازد از مواد عبور کند و به بریدن مواد ادامه دهد.

چرا اکسیژن در صنایع فولاد مورد نیاز است؟

نیزه 99 درصد اکسیژن خالص را روی فلز داغ می‌دمد و کربن محلول در فولاد را مشتعل می‌کند. در نتیجه مونوکسیدکربن و دی‌اکسیدکربن تشکیل می‌دهد و باعث می‌شود، دما تا حدود 1700 درجه سانتی‌گراد افزایش یابد. این ضایعات را ذوب می‌کند، محتوای کربن، آهن مذاب را کاهش می‌دهد و به حذف عناصر شیمیایی ناخواسته کمک می کند.

ایمنی در کار با اکسیژن

اکسیژن آتش‌گرفتن مواد را بسیار آسان می‌کند. حتی موادی که به طور معمول نمی‌سوزند، مانند پشم یا فولاد، در اتمسفر اکسیژن می‌سوزند. فقط تجهیزات “تمیز شده برای سرویس اکسیژن” باید برای اکسیژن گازی یا مایع استفاده شود. هرگز از روغن یا روان‌کننده‌های آلی روی دریچه‌های اکسیژن و تنظیم‌کننده‌ها، استفاده نکنید. اکسیژن خالص در مواد آلی اکسیدکننده تقریباً پنج برابر سریع‌تر از هوا واکنش می‌دهد و به همین دلیل است که احتمال رخ‌دادن، احتراق خود به خودی بالاست. مراقبت در خانه‌داری و در زمان حمل‌و‌نقل محصول، ضروری است تا اجازه ندهید اکسیژن با موادآلی یا مواد قابل اشتعال تماس پیدا کند. رنگ‌ها، رقیق‌کننده‌ها و حلال‌های پاک‌کننده نیز باید دور از قرارگرفتن در معرض اکسیژن قرار گیرند و هیچ منبع اشتعالی در مناطقی که اکسیژن ذخیره یا استفاده می‌شود، نباید قابل استفاده باشد. استعمال دخانیات در مناطقی که اکسیژن مصرف و ذخیره می‌شود نیز ممنوع است. هنگام کار با تجهیزات اکسیژن از دستکش تمیز یا دست‌‌های شسته شده و عاری از هرگونه روغن یا گریس استفاده کنید. اکسیژن مایع بسیار سرد است و باعث “سوختگی” کرایوژنیک می‌شود. چشم‌ها و ریه‌ها به خصوص به بخارات سرد حساس هستند. با عینک ایمنی، دستکش گشاد و لباس محافظ از چشم و پوست در برابر قرارگرفتن در معرض مواد با دمای پایین محافظت کنید. اکسیژن غیر سمی است، اما غلظت‌های بالا ممکن است به مرور زمان به دستگاه تنفسی آسیب برساند. لباس‌هایی که اکسیژن مایع یا گاز اکسیژن را جذب کرده اند، قبل از اینکه پوشیدن آن ایمن تلقی شود، باید حداقل 30 دقیقه درآورده شده و هوا داده شود.