ما هو القطع بالأكسجين والوقود؟ شرح العملية والفوائد

في Yonglihao Machinery، نحن مزود خدمة النماذج الأولية. على الرغم من أن القطع بالليزر هو أسلوبنا الرئيسي في معظم أعمال الصفائح والألواح، إلا أننا ما زلنا نستخدم القطع بالأكسجين والوقود في بعض الأعمال. تُعرف هذه الطريقة أيضاً بالقطع باللهب أو القطع بالشعلة، وهي لا تزال ذات قيمة كبيرة في سير عملنا.

نعتمد على اللحام بالأكسجين والوقود للفولاذ الكربوني السميك. تُعد هذه الطريقة فعّالة للغاية عند الحاجة إلى تجهيز القطع للحام. كما أن سهولة النقل ميزة رئيسية أخرى، مما يجعل اللحام بالأكسجين والوقود خيارنا الأمثل للعمليات الميدانية. ويُسهّل هذا الأسلوب إدارة فترات التسليم للصفائح السميكة. أما بالنسبة للمعادن الرقيقة حيث الدقة أمر بالغ الأهمية،, القطع بالليزر لا يزال خيارنا الأفضل.

ستجد في هذه المقالة شرحاً وافياً لعملية اللحام بالأكسجين والوقود. ستتعرف على استخداماتها العملية، وحدودها، وكيفية تحديد متى تكون الخيار الأمثل لمشروعك.

ما هو القطع بالأكسجين والوقود؟

القطع بالأكسجين والوقود عملية حرارية تستخدم لهبًا من الأكسجين والوقود لتسخين الفولاذ مسبقًا. بعد الوصول إلى درجة الحرارة المناسبة، يقوم تيار من الأكسجين النقي بأكسدة المعدن، دافعًا إياه خارج القطع على شكل خبث. هذا المزيج من التسخين والأكسدة يشكل أساس القطع بالأكسجين والوقود.

تُعدّ هذه العملية مثاليةً للفولاذ الطري والعديد من أنواع الفولاذ منخفض السبائك، حيث تتشكل أكاسيدها ويمكن إزالتها بسهولة. يُمكن استخدامها مع نطاق واسع من السماكات، من 0.5 مم إلى 250 مم. وباستخدام أنظمة خاصة، يُمكن قطع المعادن بسماكات أكبر بكثير.

ننصح عادةً باستخدام القطع بالأكسجين والوقود للفولاذ السميك الذي يصعب على الليزر التعامل معه بكفاءة. كما يُعدّ إنشاء حواف مشطوفة للحام مثالاً آخر على تفوق هذه الطريقة. بالإضافة إلى ذلك، يظل استخدام القطع بالأكسجين والوقود خيارًا ذكيًا عند الحاجة إلى تشكيل الحافة المقطوعة لاحقًا.

كيف تعمل عملية القطع بالأكسجين والوقود؟

يُعدّ القطع بالأكسجين والوقود شكلاً من أشكال الأكسدة السريعة والمتحكم بها. في البداية، يُسخّن الفولاذ إلى درجة حرارة اشتعاله، والتي تتراوح عادةً بين 700 و900 درجة مئوية، وهي حرارة حمراء ساطعة أقل من درجة انصهاره.

بعد ذلك، يبدأ تيار من الأكسجين المستخدم في القطع تفاعلاً كيميائياً. ينتج عن هذا التفاعل حرارة، ويتكون أكسيد الحديد، ثم يُدفع خارج القطع. لا يقتصر دور تيار الأكسجين على إذابة الأخدود فحسب، بل يدعم عملية الأكسدة ويدفع الأكسيد المنصهر بعيداً.

يعتمد القص النظيف على أربعة مبادئ أساسية.

• أولاً، يجب أن تكون درجة حرارة اشتعال المادة أقل من درجة انصهارها. وإلا، فإنها ستنصهر وتتدفق بدلاً من أن تقطع بشكل نظيف.
• ثانيًا، يجب أن تكون درجة انصهار الأكسيد أقل من درجة انصهار المعدن الأساسي. وهذا يسمح بنفخه على شكل خبث سائل.
• ثالثًا، يجب أن يطلق التفاعل كمية كافية من الحرارة للحفاظ على جبهة القطع عند درجة حرارة الاشتعال.
• رابعاً، يجب أن ينتج عن التفاعل كمية قليلة من الغازات. فالغازات ستخفف من تركيز الأكسجين المستخدم في عملية القطع.

لهذا السبب، يُعدّ القطع بالأكسجين والوقود فعالاً مع الفولاذ الطري والفولاذ منخفض السبائك. أما مع المعادن التي تُكوّن أكاسيدًا عنيدة، فهو أقل فعالية. فالفولاذ المقاوم للصدأ والحديد الزهر والمعادن غير الحديدية تُكوّن أكاسيدًا يصعب إزالتها بالنفخ. قد تُساعد طرق خاصة، مثل القطع بمساعدة المسحوق، لكننا نعتبرها استثناءات.

المكونات الرئيسية ووظيفة كل منها

رغم أن نظام القطع بالأكسجين والوقود قد يبدو بسيطًا للوهلة الأولى، إلا أن لكل مكون فيه وظيفة محددة وهامة. تعمل هذه الأجزاء معًا لتحديد سرعة القطع وجودة الحافة والاستقرار العام. لذا، من الضروري البدء في تشخيص الأعطال بالتركيز على هذه الجوانب الرئيسية لتحقيق أفضل النتائج.

• إمداد الأكسجين (قطع الأكسجين):تعتمد سرعة القطع وجودة الحافة بشكل أساسي على نقاء الأكسجين. ولتحقيق أفضل النتائج، يجب أن يكون نقاء أكسجين القطع 99.5% على الأقل. حتى انخفاض طفيف في النقاء يُحدث فرقًا كبيرًا، إذ يُضعف شدة التفاعل ويعيق إزالة الخبث. على سبيل المثال، إذا انخفض نقاء الأكسجين بمقدار 1% فقط، فقد تنخفض سرعة القطع بمقدار 15TP5T تقريبًا، وقد يزداد استهلاك الغاز بمقدار 25TP5T تقريبًا.
• إمداد الغاز بالوقود (التسخين المسبق): يُوفّر غاز الوقود الحرارة اللازمة لتسخين الفولاذ إلى درجة اشتعاله، كما يُحافظ على سخونة جبهة القطع. وتؤثر أنواع غازات الوقود المختلفة على سرعة بدء القطع، وعلى كيفية انتشار الحرارة. فاللهب الأكثر سخونة وتركيزًا يميل إلى الاختراق بشكل أسرع، ويُحدث منطقة متأثرة بالحرارة أصغر.
• الشعلة والفوهة/الطرف:يمزج الموقد الوقود والأكسجين لتسخين اللهب مسبقًا، كما يُشكّل تيار الأكسجين المركزي للقطع عبر طرفه. يُعدّ تصميم الفوهة بالغ الأهمية لأنه يحمي تيار الأكسجين من الاختلاط بالهواء، مما يؤثر على جودة الحواف. علاوة على ذلك، غالبًا ما تُصبح حالة الطرف سببًا شائعًا للمشاكل، إذ يُمكن أن يُحوّل التآكل أو التناثر أو الانسداد عملية القطع الجيدة إلى عملية رديئة بسرعة.
• منظمات الضغط، والخراطيم، ومعدات السلامة: تلعب هذه الأجزاء دورًا حيويًا في التشغيل الآمن والمستمر. فبينما تتحكم منظمات الضغط في الضغط وتدفق اللهب إلى الشعلة، مما يساعد على منع مشاكل مثل الخبث، وعدم دقة القطع، أو عدم استقرار اللهب، تُعد الخراطيم وصمامات الفحص ومانعات ارتداد اللهب ضرورية أيضًا لأداء موثوق. ونظرًا لأن القطع بالأكسجين والوقود يستخدم غازات قابلة للاشتعال ولهبًا عالي الطاقة، فمن الضروري دائمًا فحص هذه الأجزاء بدقة. وعندما يصبح القطع غير منتظم، فإن خطوتنا الأولى هي فحص الضغوط وفحص الأجهزة ذات الصلة بعناية.
• اختيار نوع الوقود الغازي:أثناء الاحتراق، يُولّد غاز الوقود منطقتين حراريتين: مخروط داخلي (الاحتراق الأولي) ولهب خارجي (الاحتراق الثانوي باستخدام الهواء). لذا، عند مقارنة غازات الوقود، يجب مراعاة ليس فقط درجة حرارة اللهب، بل أيضاً نسبة الوقود وطريقة توزيع الحرارة.

يتميز الأسيتيلين بسرعة اختراقه العالية، وله لهب أولي شديد الحرارة والكثافة. أما البروبان والغاز الطبيعي، فيخترقان ببطء، لكنهما قد يكونان أرخص ثمناً. ويحترقان بشكل نظيف باستخدام الفوهات المناسبة. ويُعتبر كل من غاز MAPP والبروبيلين خيارين متوسطين، ويتم اختيارهما بناءً على التوافر أو الحاجة إلى الحرارة.

الأنواع الرئيسية للقطع بالأكسجين والوقود

القطع اليدوي باستخدام الشعلة

القطع اليدوي باستخدام الشعلة عملية يدوية. تعتمد على أسطوانات الغاز، ومنظمات الضغط، وشعلة بدون تحكم في الحركة. وهي الأنسب للأعمال التي تتطلب سهولة النقل، مثل العمل الميداني، والإصلاحات، والهدم. كما أنها فعالة في الأماكن التي تفتقر إلى الكهرباء. إلا أنها غير مناسبة للدقة المتناهية، أو القطع المتكررة، أو الثقوب الدقيقة.

يعتمد النجاح على مهارة المشغل. يجب أن تكون زاوية الشعلة والمسافة بينها وبين الهدف وسرعة الحركة ثابتة. هذا يحافظ على محاذاة نفث الأكسجين مع القطع. بالنسبة للنماذج الأولية، نستخدم القطع اليدوي كأداة سريعة، وليس للأعمال الدقيقة.

القطع المستقيم الآلي

تستخدم عملية القطع الآلي عربة أو آلة CNC، حيث تتحكم في ارتفاع الشعلة ومسارها وسرعتها، مما ينتج عنه قطع ثابتة ومتناسقة على الصفائح. تُعد هذه الطريقة مثالية لأعمال الإنتاج التي تتطلب نتائج متكررة، وخاصةً للصفائح السميكة. أما بالنسبة للصفائح الرقيقة، فهي أقل ملاءمة، حيث يكون القطع بالليزر أسرع وأكثر دقة.

تُسهّل الأنظمة الآلية أيضًا ضبط المعايير القياسية، وهذا أمر بالغ الأهمية لأن عملية الحرق بالأكسجين حساسة للسرعة وجودة الأكسجين. كما تُقلّل الميكنة من الأخطاء الناتجة عن اختلافات المشغلين.

قطع مشطوف بالأكسجين والوقود

يُتيح القطع المشطوف الحصول على حواف بزاوية مناسبة للحام، بما في ذلك الزوايا على شكل V أو Y أو X أو K. يُعدّ هذا الخيار مثاليًا للأجزاء السميكة التي تتطلب تجهيزًا للحام، ولكنه ليس الأنسب للأعمال التي تتطلب الحد الأدنى من الحرارة. كما أنه غير مناسب للحواف التجميلية أو الأجزاء ذات الأبعاد النهائية.

يُضيف القطع المشطوف متغيراتٍ إضافية للتحكم، تشمل زاوية الشطف، وشكل القطع، واستقامة الحافة. ولذلك، تُعدّ التجهيزات الآلية والعناية السليمة برأس القطع مفيدة. في مرحلة النماذج الأولية، يُوفّر القطع المشطوف الوقت اللازم لتحضير اللحام لاحقًا.

قطع متعدد الشعلات بالأكسجين والوقود

تستخدم تقنية القطع متعددة الشعلات عدة شعلات في آن واحد، مما يزيد من إنتاجية القطع المتكررة على لوح واحد. وتُعد هذه التقنية مفيدة عند تكرار شكل القطعة وسمك اللوح. إلا أنها أقل مرونة في المشاريع التي تتضمن مزيجًا كبيرًا من القطع المختلفة، حيث قد يؤدي وقت الإعداد إلى زيادة التكاليف.

تتطلب هذه التجهيزات أيضًا إمدادًا مستقرًا جدًا بالغاز. قد يؤدي التدفق غير المنتظم إلى تفاوت جودة الحواف بين الشعلات. إذا كان أداء إحدى الشعلات ضعيفًا، فتحقق أولًا من طرفها ومحاذاتها وتدفق الأكسجين فيها.

كيف نختار بين القطع بالأكسجين والقطع بالليزر؟

نختار بين القطع بالأكسجين والوقود والقطع بالليزر بناءً على أربعة عوامل. وهي: السماكة، والهندسة، وجودة الحواف، والعمليات اللاحقة.

يُعدّ القطع بالليزر خيارنا الأول عادةً، فهو مثاليٌّ للدقة العالية والأشكال المعقدة على المواد الرقيقة. يصبح القطع بالأكسجين والوقود خيارًا أفضل مع زيادة السماكة، كما يُفضّل عند الحاجة إلى شطف الحواف للحام. نستخدمه أيضًا إذا كانت حافة القطع ستُشحذ أو تُشَكَّل آليًا.

إليكم المنطق السريع الذي نتبعه في أعمال النماذج الأولية. إذا كانت القطعة مصنوعة من فولاذ سميك، سواء كان فولاذًا طريًا أو منخفض السبائك، فإن القطع بالأكسجين والوقود سريع وفعال من حيث التكلفة. ويُعتبر القطع بالأكسجين والوقود الخيار الأمثل للفولاذ الذي يزيد سمكه عن 50 مم. وهو خيار جيد إذا لم تكن جودة القطع بالبلازما كافية. أما إذا كنتم بحاجة إلى أشكال داخلية دقيقة أو ثقوب صغيرة ونظيفة، فإن القطع بالليزر هو الخيار الأفضل.

استخدم الأكسجين والوقود عندما:

• المادة المستخدمة هي الفولاذ الطري أو الفولاذ منخفض السبائك.
• السماكة كبيرة والاقتصاد مواتٍ.
• سيتم لحام الحافة أو شطفها أو تشكيلها آلياً.
• تُعد سهولة النقل أو متطلبات الإعداد المنخفضة من الأمور المهمة.

استخدم الليزر عندما:

• تشمل الهندسة المنحنيات الضيقة، والفتحات الدقيقة، أو الثقوب الصغيرة.
• أنت بحاجة إلى الحد الأدنى من التشطيب والتحكم الدقيق في الأبعاد.
• المادة رقيقة إلى متوسطة السماكة.

أفضل الممارسات ومشاكل القطع الشائعة

يعتمد القطع الجيد بالأكسجين والوقود على التحكم في بعض المتغيرات، وهي: نقاء الأكسجين، وحالة الفوهة، وتوازن التسخين المسبق، وسرعة الحركة، وارتفاع الشعلة. إذا تغير أي من هذه المتغيرات، ستتأثر جودة القطع سلبًا، وقد تظهر خبث، أو خطوط سحب غير منتظمة، أو أخطاء في الشطف.

فيما يلي نقاط التحقق التي نستخدمها للحصول على نتائج متسقة.

نقاط التفتيش لأفضل الممارسات

• ابدأ بجودة الأكسجين ونفث الأكسجين: إذا كان تدفق الأكسجين ضعيفًا أو مضطربًا، فسيفشل القطع. ويظهر ذلك على شكل خبث كثيف، أو أسطح قطع خشنة، أو فقدان القطع في الصفائح السميكة.
• قم بمطابقة حجم الطرف وإعداداته مع سمك السماكة: توجد جداول رؤوس القطع لسبب وجيه. فهي تساعدك على تنسيق تدفق التسخين المسبق، وأكسجين القطع، والسرعة. غالبًا ما يؤدي اختيار رأس القطع الخاطئ إلى قطع غير متقن ولكنه فعال.
• تعامل مع التسخين المسبق كخطوة مضبوطة، وليس كتخمين: يجب أن يؤدي التسخين المسبق إلى رفع درجة حرارة خط القطع إلى درجة حرارة الاشتعال، مع الحرص على عدم إذابة الحافة العلوية بشكل مفرط. التسخين المسبق غير الكافي يُبطئ عملية الثقب، بينما التسخين المسبق المفرط يُؤدي إلى استدارة الحافة العلوية وتوسيع القطع.
• حافظ على سرعة السفر ثابتة: تتأثر هذه العملية بالسرعة. يجب أن تبقى جبهة الأكسدة في الموضع الصحيح. فإذا كانت السرعة عالية جدًا، يتأخر القطع، تاركًا خبثًا. أما إذا كانت السرعة منخفضة جدًا، فسترتفع درجة حرارة الحافة العلوية بشكل مفرط.
• راقب حالة سطح الصفيحة: قد تتسبب قشور المطاحن أو الصدأ أو الطلاءات في تعطيل العملية. بالنسبة للنماذج الأولية، غالبًا ما يوفر تحضير السطح السريع الوقت.

معايير الجودة

يتميز القطع الجيد باستخدام الأكسجين والوقود بعرض ثابت وخطوط سحب متساوية، كما أنه خالٍ تقريبًا من الخبث الملتصق به. يجب أن تكون الحافة مربعة الشكل بالنسبة للطرف المختار.

خطوط السحب هي الخطوط الصغيرة على سطح القطع. يجب أن تبدو منتظمة، لا عشوائية. يشير الانصهار الزائد على الحافة العلوية إلى ارتفاع درجة الحرارة أو بطء الحركة. أما الخبث الكثيف والصلب على الحافة السفلية فيدل على ارتفاع السرعة أو ضعف تدفق الأكسجين.

تذكر أيضًا علم المعادن. يُنشئ اللحام بالأكسجين والوقود منطقة متأثرة بالحرارة. قد يحدث التصلب بالقرب من حافة القطع اعتمادًا على نوع الفولاذ. إذا كانت القطعة ستُلحم، فخطط لتحضير اللحام وتجهيز الحواف.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها

خاتمة

في Yonglihao Machinery، خدمة القطع بالليزر تُعدّ هذه العملية الأساسية التي نعتمد عليها للحصول على مقاطع عالية الدقة وألواح رقيقة. أما بالنسبة للفولاذ الكربوني السميك، وشطف حواف اللحام، والقطع في الموقع، فإنّ اللحام بالأكسجين والوقود يبقى أحد أكثر الحلول موثوقية وفعالية من حيث التكلفة. إذا كنت غير متأكد من الطريقة الأنسب لقطعتك، يُمكننا مساعدتك. نبدأ عادةً بفحص المادة، وسُمكها، ومتطلبات جودة الحواف، وأي خطط لاحقة للحام أو التشغيل الآلي.

في سير عملنا في Yonglihao Machinery، يعتبر القطع بالليزر خيارنا الأول للدقة والمواد الرقيقة.

لكن بالنسبة للفولاذ الكربوني السميك، وشطفات تحضير اللحام، والقطع في الموقع، فإن عملية الأكسجين والوقود هي عملية موثوقة للغاية ومنخفضة التكلفة.

إذا كنت غير متأكد من الطريقة الأنسب لقطعتك، يمكننا مساعدتك. نبدأ عادةً بفحص المادة، والسماكة، ومتطلبات جودة الحواف، وأي خطط لاحقة للحام أو التشغيل الآلي.

التعليمات

ما هو نطاق السماكة النموذجي للقطع بالأكسجين والوقود؟

يُعدّ اللحام بالأكسجين والوقود شائعًا للفولاذ بسماكة تتراوح من 0.5 مم إلى 250 مم. أما أنظمة اللحام بالصفائح السميكة فتستطيع قطع سماكات أكبر بكثير، حيث يمكن لبعض الأنظمة قطع الفولاذ بسماكة تصل إلى 900 مم (35 بوصة). ويعتمد الحد الأقصى الفعلي على الشعلة، ومصدر الغاز، وفوهة القطع.

ما هي أنواع الفولاذ الأكثر ملاءمة للقطع بالأكسجين والوقود؟

يُعدّ الفولاذ منخفض الكربون (الفولاذ الطري) والعديد من أنواع الفولاذ منخفض السبائك من أفضل الخيارات. فهي تشتعل عند درجة حرارة أقل من درجة انصهارها، ويمكن إزالة أكاسيدها على شكل خبث. أما الفولاذ عالي الكربون، فقد يكون أكثر حساسية للتصلب ومشاكل أخرى.

لماذا تعتبر نقاوة الأكسجين أمراً بالغ الأهمية؟

تتحكم نقاوة الأكسجين في شدة التفاعل وسرعته وجودة حوافه. انخفاض نقاوة الأكسجين بمقدار 1% قد يُقلل السرعة بمقدار 25% ويزيد استهلاك الغاز بمقدار 25%. كما أن حالة الفوهة والطرف مهمة أيضاً، إذ تحمي تيار الأكسجين النقي من الاختلاط بالهواء.

أي نوع من أنواع الغازات يجب أن أختار: الأسيتيلين، البروبان، MAPP، البروبيلين، أم الغاز الطبيعي؟

اختر الغاز المناسب بناءً على سرعة الثقب، والحرارة، والتكلفة، ومعداتك. يُعدّ الأسيتيلين الأسخن (حوالي 3160 درجة مئوية) والأسرع في الثقب. أما البروبان (حوالي 2828 درجة مئوية) والغاز الطبيعي (حوالي 2770 درجة مئوية) فهما أبطأ، لكنهما قد يكونان أرخص. احرص دائمًا على اختيار الغاز المناسب لتصميم رأس المثقب وإعداداته.

ما هي أسرع طريقة لتحسين حافة القطع الخشنة؟

أولاً، تحقق من حالة رأس الشعلة ونقاء الأكسجين. ثم، تأكد من سرعة اللحام وتوازن التسخين المسبق. يُعدّ رأس الشعلة البالي أو المسدود سببًا شائعًا جدًا للحواف الخشنة. بعد ذلك، تحقق من محاذاة الشعلة وحالة سطح الصفيحة.

هل القطع بالأكسجين والوقود آمن في بيئات النماذج الأولية؟

نعم، إذا اتبعت قواعد السلامة بدقة. استخدم مانعات الارتداد، وتأكد من عدم وجود تسريبات، واستخدم معدات الوقاية الشخصية المناسبة. تعامل مع منظمات الضغط دائمًا بشكل صحيح. إذا رأيت أو اشتبهت في حدوث ارتداد، فتوقف عن العمل. افحص جميع المعدات قبل استئناف العمل.