فرمت » ساخت قطعات فلزی » برشکاری » برش حرارتی
برش حرارتی شامل آن دسته فرایندهایی است که از انرژی گرمایی به منظور برش فلز استفاده می کنند. در اغلب این فرایندها، بعد از ذوب مقطعی قطعه، از فشار هوا برای خارج کردن ماده ذوب شده از محل برش استفاده می شود. این فرایندها به دلیل نوع و مکانیسم انرژی حرارتی اعمال شده، ممکن است مشکلات متعددی برای ریزساختار محل برش به وجود بیاورند. با این وجود، به دلیل سرعت بالاتر اغلب فرایندهای زیرمجموعه برش حرارتی نسبت به برش های مکانیکی ، این روش ها در صنعت پرکاربرد تر هستند.
مکانیسم های انجام برش در فرایندهای برش حرارتی به چند دسته تقسیم می شوند. دسته بندی اول فرایندهایی هستند مانند برش هواگاز که فلز را ابتدا اکسید کرده و سپس اکسید ایجاد شده را ذوب می کنند. دسته بندی دیگر فرایند هایی مانند برش پلاسما و برش گوجینگ هستند که به وسیله اعمال جرقه، گرما ایجاد کرده و سپس موجب ذوب مقطعی قطعه می شوند.
ظبقه بندی روش های برش حرارتی
فرایندهای برش حرارتی نیز مثل برش لیزر و برش الکترون بیم وجود دارند که به وسیله پرتوی با تمرکز حرارتی بسیار بالا موجب ذوب یا حتی بخار شدن فلز می شوند. فرایند برش وایرکات ، اغلب جزو دسته فرایندهای ماشینکاری دسته بندی می شود. با این وجود مکانیسم برش در این فرایند بر اساس تولید حرارت می باشد و جزو فرایند های برش حرارتی نیز می تواند دسته بندی شود.
همانطور که گفته شد، به دلیل سرعت بالا، این فرایندها کاربرد بیشتری نسبت به برش های مکانیکی دارند. با این وجود ، برش های حرارتی معایب متعددی نیز دارند. مشکلات ناشی از برش حرارتی وابستگی زیادی به نوع آلیاژ مورد استفاده دارند. برای مثال در فولادهای با کربن زیاد، سیکل های حرارتی می توانند مارتنزیت تولید کنند. در این صورت، قطعه بعد از پایان عملیات برش ، نیاز به عملیات حرارتی پیدا می کند. به طور کلی در هر آلیاژ ، تحولات متالورژیکی وابسته به دما میتوانند موجب بروز تغییراتی در ساختار فلز بعد از برش شود. فرایندهای با حرارت ورودی زیاد مثل فرایندهای برش حرارتی بر پایه گاز یا جرقه ، منطقه متاثر از حرارت وسیعی بر جای می گذارند. این منطقه متاثر از حرارت نیز می تواند تاثیرات منفی بسیاری روی ساختار فلز داشته باشد.
سطوح ناشی از روش های برش پلاسما و برش لیزر
از سوی دیگر، باید به تاثیر تنش های پسماند حرارتی روی فلز نیز توجه داشت، که در ورق های نازک تر موجب اعوجاج ورق نیز می شوند. در نهایت، باید به این مسئله اشاره کرد که تمامی فرایندهای یاد شده (به جز وایرکات) سطح برش نسبتا نامطلوبی برجای می گذارند که اغلب نیاز به ماشین کاری و عملیات حرارتی بعد از برش دارند.
در ادامه فهرستی از روش های برش حرارتی به همراه توضیح مختصر روش های برش ارائه می شود.
در فرایند برش هواگاز ، از انرژی سوخت به همراه جریان گاز اکسیژن برای برش کاری انواع فلزات استفاده می شود. طی این فرایند، ابتدا شعله ایجاد شده، قطعه را بر افروخته کرده و سپس، دمش اکسیژن موجب اکسید شدن منطقه اعمال برش می شود. در ادامه، خود فرایند اکسایش فلز، حرارت ایجاد کرده و فرایند برش پیشرفت می کند.
برش هواگاز
مواد قابل برش توسط این فرایند برش حرارتی بایستی چهار پیش شرط داشته باشند. دمای احتراق یا اکسیداسیون فلز، پایینتر از دمای ذوب آن باشد. نقطه ذوب اکسید، پایینتر از نقطه ذوب فلز پایه باشد. اکسیداسیون فلز حرارت تولید کند ولی گاز دیگری ایجاد ننماید تا تولید گاز موجب کاهش غلظت گاز دمیده شده توسط مشعل نشود. فولادهای کربنی معمولی هر چهار پیش شرط این فرایند را دارند، بنابراین فرایند برش هواگاز برای برش این فولادها مناسب است.
برش هواگاز
برش هواگاز بدون تزریق پودر مواد ثانویه، قابلیت برش بسیاری از فلزات پر کاربرد، مثل فولادهای زنگ نزن را ندارد. سطح برش تمیزی ارائه نمی کند. حرارت ورودی بالایی دارد بنابراین منطقه متاثر از حرارت وسیعی دارد و مستعد ایجاد اعوجاج است. بنابراین در برش ورق های نازک به کار نمی رود. اما هزینه پایین، قابلیت حمل آسان و عدم نیاز به برق موجب پرکاربرد بودن این روش می شود.
برش پلاسما به وسیله ایجاد جرقه بین نازل و قطعه کار و در نتیجه یونیزه شدن گاز انجام می شود. گاز یونیزه شده، حرارت بسیاری را به مقطع برش منتقل می کند و جریان گاز، ماده ذوب شده را از سطح قطعه دور می کند. مکانیسم ایجاد پلاسما در این فرایند بر اساس رسانایی قطعه بوده و بنابراین برش پلاسما تنها قابلیت برش فلزات رسانا را دارد.
برش پلاسمای دستی
برش پلاسما هزینه بیشتری نسبت به برش هواگاز دارد ولی حرارت ورودی کمتر، باعث اعوجاج کمتر ورقها طی این فرایند می شود. به طور کلی از نظر کیفیت برش، برش پلاسما بین برش لیزر و برش هواگاز قرار می گیرد. ولی از نظر سرعت برش، سریعترین فرایند بین فرایندهای مختلف برش حرارتی است. بزرگترین تفاوت برش پلاسما و هواگاز در جنس قطعات است. برش هواگاز محدودیت بیشتری نسبت به برش پلاسما در قطعات قابل برش دارد. مورد دیگر تفاوت برش پلاسما و هواگاز جنس سطوح برش و صخامت مقطع قابل برش است. این تفاوت برش پلاسما و هواگاز مربوط به تفاوت حرارت ورودی این دو فرایند است.
فرایند برش حرارتی برش قوس کربن ، عمل برش فلز را به وسیله گرمای ناشی از قوس کربن انجام می دهد. در این فرایند از الکترود کربنی، هوای فشرده و منبع برق استاندارد استفاده می شود. قوس الکتریکی بین نوک الکترود و قطعه کار موجب ذوب شدن مقطعی قطعه می شود. سپس هوای فشرده فلز ذوب شده را از منطقه برش دور می کند.
برش گوجینگ
به وسیله این فرایند می توان طیف وسیعی از انواع ورق های فلزی را برید. اما مهمترین کاربرد آن در فرایند گوجینگ یا حذف عیوب سطحی و عمقی، برداشتن جوش های معیوب یا کهنه و ایجاد پخ برای جوشکاری است. در فرایند برش حرارتی گوجینگ از جریان مستقیم برای انوع فولادها و جریان متناوب برای چدن ها، مس و آلیاژهای نیکل استفاده می شود.
برش لیزر یکی از جدیدترین روش های برش حرارتی است و در اغلب موارد بهترین کیفیت برش را ارائه می کند. برش لیزر به وسیله هدایت اشعه متمرکز لیزر ، روی منطقه برش قطعه انجام می شود. طی این فرایند، حرارت بالای لیزر موجب ذوب یا حتی بخار شدن موضع برش می شود. تمرکز بالای حرارت لیزر موجب کاهش حرارت ورودی و کاهش منطقه متاثر از حرارت و مشکلات متالورژیکی ناشی از آن می شود.
برش لیزر سی ان سی
همچنین حرارت ورودی پایین لیزر ، مشکل اعوجاج قطعه را نیز رفع می کند. در نتیجه ورق های نازک به آسانی به این روش قابل برش هستند و حداقل ضخامت برش لیزر ، کمتر از حداقل ضخامت برش پلاسما است. این رابطه در مورد حداکثر ضخامت برش لیزر نیز صدق می کند و حداکثر عمق برش لیزر نیز کمتر از برش پلاسما است. در ضمن، دقت فرایند برش لیزر بالاتر از روش های دیگر برش حرارتی است و سطح برش بسیار بهتری نیز ایجاد می کند.
برش لیزر وابستگی زیادی به پارامتری به نام قابلیت جذب دارد. قابلیت جذب یک فلز، توان جذب اشعه لیزر توسط سطح قطعه است. فلزاتی که انتقال حرارت بالایی داشته یا نور را انعکاس می دهند، جذب کمی دارند. بنابراین برش لیزر در بریدن فلزاتی از جمله مس، آلومینیوم، طلا و نقره با مشکل مواجه می شود. برش لیزر این فلزات به توان بسیار بیشتری نیاز داشته که در مواردی مقرون به صرفه نیست. برش لیزر بین روش های معمول برش حرارتی فلزات گرانترین روش هم از نظر هزینه تجهیزات و هم از نظر هزینه های جاری است.
برش وایرکات با سایر روش های برش حرارتی ذکر شده در بخش های گذشته تفاوت زیادی دارد. این روش معمولا جزو روش های ماشین کاری ذکر می شود و طبقه بندی های معمول برش حرارتی، برش وایرکات را در بر نمیگیرند. با این وجود، مکانیسم برش وایرکات بر اساس تولید جرقه و حرارت است. در این فرایند بین یک سیم بسیار نازک و قطعه جریان الکتریکی تشکیل می شود. در نتیجه جرقه های با فرکانس بسیار بالا، حرارت بسیار زیادی ایجاد شده که موجب ذوب مقطعی قطعه و شروع فرایند برش می شود. مکانیسم کلی شروع فرایند شباهت هایی با برش پلاسما دارد، بنابراین در این روش هم تنها می شود فلزاتی را برش زد که رسانا باشند.
برش وایرکات
مهمترین خصوصیت این فرایند این است که تمام فرایند درون مایع دی الکتریک انجام می شود. بنابراین حرارت ورودی، با وجود دمای بسیار زیاد، تاثیر شدیدی روی محل برش نخواهد گذاشت. بنابراین ظرافت و دقت برش وایرکات چندین برابر بیشتر از سایر روش های برش حرارتی است. باید توجه داشت که سرمایش سریع می تواند در بعضی موارد نیز تنشهای حرارتی در قطعه ایجاد کند.
قیمت برش وایرکات کمتر از سایر روش های مدرن برش حرارتی مثل برش لیزر است. اما کاربردهای بسیار محدودتری نیز دارد. سرعت پایین برش و محدودیت بالای ضخامت موجب کاهش استفاده از این روش در کاربردهای صنعتی می شود.
هزینه برش حرارتی بستگی به جنس و ابعاد قطعه کار و دقت و ظرافت برش مطلوب دارد. به منظور برش ورق های فولادی میتوان از روش های کم هزینه برش حرارتی مثل برش هواگاز استفاده کرد. با این وجود، برای برش فلزات دیگر با دقت بیشتر و خواص سطحی مطلوب تر می توان از روش های دیگر برش استفاده کرد که هزینه برش حرارتی بیشتری دارند.
فرمت یک راه حل نوین جهت رفع نیازهای صنعتی است. هدف فرمت ایجاد بستری برای معرفی، بررسی و مقایسه ی خدمات صنعتی ارائه شده توسط ارائه دهندگان مختلف و انتخاب بهترین راه حل جهت رفع مشکلات و پاسخگویی به نیازهای صنایع مختلف است.
آدرس: تهران، خیابان آزادی، دانشگاه صنعتی شریف
ایمیل: info@formmat.ir