القطع الحراري للمعادن (مع رسم بياني)
بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن عملية القطع الحراري للمعادن بمساعدة الرسومات البيانية المناسبة.
القطع الحراري هو مجموعة من العمليات التي يتم فيها استخدام حرارة قوس كهربائي أو طاقة إشعاعية أو تفاعل طارد للحرارة لإذابة أو تأكسد المعدن بمعدل متسارع لتحقيق القطع. هناك عدد من العمليات التي تستخدم حرارة القوس لقطع المعادن وهي تشمل قوسًا معدنيًا محميًا وقوسًا كربون هواء وقوسًا بلازما وقوسًا تنجستنًا بالغاز وقوسًا من معدن الغاز.
يستخدم شعاع الالكترون وشعاع الليزر طاقة الإشعاع لتحقيق قطع المعادن. يتم استخدام شعلة غاز الأكسجين بالوقود بالاشتراك مع نفاثة الأكسجين لبدء وتحفيز تفاعل أكسدة طاردة للحرارة والذي يولد حرارة كافية ويؤثر على فراق المعادن وخاصة السبائك الحديدية منخفضة الكربون. من هذه العمليات ، أوكسي الأسيتيلين ، قوس الكربون وقوس البلازما هي عمليات القطع الحراري الثلاث الرئيسية المستخدمة في هذه الصناعة.
عملية القطع باللهب Oxy-acetylene ، التي تم اختراعها في عام 1887 ، هي العملية الأكثر استخدامًا لقطع الفولاذ منخفض الكربون وذات السرعة العالية. في هذه العملية ، يتم استخدام شعلة قطع الغاز ، كما هو موضح في الشكل 2.58 ، مع وجود بعض التشابه مع شعلة لحام الغاز.
شعلة قطع الغاز لا توفر فقط وسيلة للحصول على لهب أوكسي أسيتيلين ولكن لديها أيضاً ممر منفصل متحكم فيه لتزويد نفاثة غاز الأكسجين النقي ذات الضغط العالي والتي تؤثر على المعدن الساخن لتسبب الأكسدة وتوليد الحرارة بواسطة التفاعل التالي .
3Fe + 20 2 → Fe 3 O 4 + heat (1120 KJ / mol)
ومع ذلك ، فإن بدء التفاعل ممكن فقط إذا كان المعدن المراد قطعه قد حقق درجة حرارة الإشعال 870 درجة مئوية أو أعلى للصلب. وبمجرد بدء التفاعل ، لا تكون الشعلة مطلوبة إلا للحفاظ عليها حتى يتم استخدام شعلة محايدة من الطاقة المنخفضة. المعدن الذي يؤكسد (Fe 3 O 4 ) له نقطة انصهار أقل من نقطة الخدش للصلب ، وبالتالي يتم تحقيق القطع أسرع من ذوبانه.
كما تساعد طائرة الأكسجين في نفخ المعدن المؤكسد أو الخبث من القص أو الشق.
من الناحية التجارية ، يتم استخدام عملية قطع الأكسجين الأسيتيلين على نطاق واسع لقطع الفولاذ الخفيف والصلب المنخفض للقطع المستقيمة أو المحددة بالإضافة إلى إعداد حافة اللحام المشترك. كما يجد استخدامًا محدودًا في قطع الحديد الزهر والصلب غير القابل للصدأ ، على سبيل المثال في المسابك لإزالة البوابات والناقيات ، وما إلى ذلك من المسبوكات.
تستخدم عملية قوس الكربون الهوائي الحرارة الناتجة عن قوس كهربائي بين قضيب الجرافيت وعمل الشغل لصهر المعدن وإخراجه من القطع بواسطة هواء مضغوط والذي قد يؤدي أيضًا إلى أكسدة المادة جزئيًا وبالتالي يساعد في خفض نقطة الانصهار. عادة ما يتبع الهواء المضغوط النفاث القوس لإخراج المعدن المنصهر كما هو موضح في الشكل 2.59.
يتم استخدام هذه العملية لقطع أو فكه وتقشير المعادن. يمكن استخدام معظم مصادر قدرة اللحام القوسي القياسية ، التيار المتردد والتيار المستمر ، مع جهد الدائرة المفتوحة البالغ 60 فولط في قطع قوس الكربون بالهواء. وتختلف الأقطاب الكهربائية الطويلة المستخدمة من 150 إلى 300 مم من قطر يتراوح من 4 إلى 25 مم. يتم استخدام كل من الأقطاب الكهربائية المغلفة والنحاسية ، إلا أن النوع الأخير يجد استخدامًا أكثر شمولًا بسبب توحيد أخدود أفضل يحققه. ويبلغ ضغط الهواء المستخدم من 55 إلى 70 نيوتن / سم 2 بمعدل تدفق جوي يبلغ 85 إلى 1415 لترًا في الدقيقة.
يتم استخدام عملية قوس الكربون الهوائي على نطاق واسع للتلاعب ، وإعداد حافة المشترك ، ولإزالة معدن اللحام المعيب. ويستخدم أيضا لكشط الأجسام المعدنية.
في قطع قوس البلازما يتم تفكيك معدن بواسطة الصهر باستخدام نفاثة عالية السرعة للغاز الساخن المتأين. المعدات المستخدمة مشابهة لتلك المستخدمة في لحام القوس البلازمي ، ومع ذلك فإن ضغط الغاز أعلى من ذلك المستخدم في اللحام.
شعلة قطع قوس البلازما هي من نوع البلازما المنقولة مع قطعة العمل المتصلة الأنود لمصدر طاقة التيار المستمر ، كما هو موضح في الشكل 2.60. مصدر الطاقة المستخدم هو من النوع المتدرج من نوع فولت-أمبير مع نطاق جهد دائرة مفتوحة من 120 إلى 400 فولت. يتم استخدام OCV العالي لقطع أقسام أكثر سمكا. نطاق الانتاج الحالي المطلوب هو عادة 70 إلى 1000 أمبير.
يعتمد الغاز المستخدم لإنتاج طائرة البلازما على القطع المعدني المطلوب قطعه ، على سبيل المثال ، يمكن قطع الفولاذ الكربوني بالهواء المضغوط بينما يمكن قطع معظم المعادن غير الحديدية باستخدام النيتروجين أو الهيدروجين أو الأرجون أو مخاليطها.
يمكن تقطيع جميع المعادن تقريبًا باستخدام قطع القوس البلازمي ، ولكنها مناسبة بشكل خاص لقطع الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ. ويمكن أيضا أن تستخدم لتقطيع المكدس ، قطع الشكل ، و تجريف الألواح.
وبصرف النظر عن الطرق الثلاثة للقطع الموصوفة أعلاه ، تستخدم طرق القطع الحراري الأخرى أحيانًا لتطبيقات معينة على سبيل المثال ، يمكن استخدام عملية القوس المعدني المحمي بدلاً من قوس الكربون للتقطيع. هذا ، ومع ذلك ، ينطوي على استخدام التيار العالي من اللحام على الرغم من المعدات المستخدمة لا تزال أساسا نفسها لكل من اللحام والقطع.
كما يمكن استخدام شعاع الالكترون وحزمة الليزر لقطع المعادن ولكن استخدامها محدود بسبب التكلفة الأولية العالية للمعدات.
