ขั้นตอนการตัดโลหะ การตัดเหล็ก ด้วยแก๊สออกซิเจน

การตัดโลหะ ด้วยแก๊สออกซิเจนถือเป็นความรู้ใหม่สำหรับใครหลายคน เพราะมีความน่าสนใจอย่างมาก ซึ่งโดยปกติการตัดโลหะโดยทั่วไป จะนำวัสดุที่ใช้ตัดโดยเฉพาะซึ่งมีความแข็งแรงสูง แต่การตัดเหล็กด้วยการใช้แก๊สออกซิเจนในการตัดนั้น ถือว่าเป็นเทคโนโลยีใหม่ มาดูกันว่าการตัดเหล็กโดยวิธีนี้ มีหลักการทำงานอย่างไร

การตัดเหล็กด้วยแก๊สออกซิเจน

การตัดเหล็กด้วยแก๊สออกซิเจนนั้นภาษาอังกฤษเรียกว่า (Oxyfuse Gas) เป็นลักษณะการตัดที่ใช้ในการกำจัดวัสดุที่หลอมละลาย เมื่อได้รับอุณหภูมิสูง อันเกิดจากปฏิกิริยาคายความร้อนระหว่างออกซิเจนและชิ้นงานที่จะตัด ซึ่งเทคโนโลยี (Oxyfuse Gas cutting) เป็นกระบวนการจัดการเนื้อโลหะที่ได้รับความร้อนจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างออกซิเจนและโลหะที่ถูกตัดทิ้งมีอุณหภูมิสูง ซึ่งในกรณีการตัดโลหะที่มีความสามารถในการต้านทานเกิดขึ้น Oxidation ได้ดี จะมีการเติม Chemical Flux หรือผงโลหะเข้าในกระแสของออกซิเจน ซึ่งหัวตัด OFC จะมีความสะดวกในการใช้งานและสามารถใช้ตัดโลหะหนาได้ถึง 2 m ซึ่งข้อดีคือ สามารถตัดได้อย่างรวดเร็ว และขอบของโลหะที่ตัดนั้นก็มีคุณภาพดี และมีราคาไม่แพง

หลักการทำงาน

• OFC จะใช้หัวตัดที่มีลักษณะเป็นคอขอด โดยหัวตัดนั้นจะทำหน้าที่ให้ความร้อนเพื่ออุ่นชิ้นงาน โดยการใช้เปลวไฟจากส่วนผสมของแก๊สเชื้อเพลิงและออกซิเจน จนทำให้วัสดุที่กำลังตัดอยู่นั้นเกิดการหลอมเหลว แล้วจึงทำการเป่าวัสดุที่หลอมเหลวออกไป
• Kerf ในกระบวนการ OC ขนาดความกว้างของส่วนของเนื้อโลหะที่ถูกตัดออกไป จะถูกเรียกว่า Kerf ซึ่งใช้เป็นตัวระบุคุณภาพของการตัดซึ่งจะประกอบไปด้วยขนาด และความคมของขอบที่ถูกตัด ซึ่งขบวนการของ OFC ความกว้างของ Kerf จะขึ้นอยู่กับขนาดของออกซิเจน ชนิดปลายหัวตัดที่ใช้ ความเร็วในการตัด อัตราการไหลของออกซิเจน และชนิดของแก๊สเชื้อเพลิงที่ใช้
• สำหรับชิ้นงานที่มีความหนาเพิ่มมากขึ้น ก็จำเป็นต้องใช้การไหลของออกซิเจนเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน และต้องใช้ปลายหัวตัดที่ใหญ่ขึ้น เพื่อทำให้สามารถรับอัตราการไหลที่เพิ่มมากขึ้นได้ จึงส่งผลทำให้ความกว้างของ Kerf เพิ่มมากขึ้นตาม โดยค่าความกว้างของ Kerf เป็นค่าที่ต้องระบุในแบบต่าง ๆ ซึ่งโดยปกติแล้ว สำหรับที่มีความหนามากถึง 50 m ต้องให้เพิ่มขึ้นได้ (+0.4 mm)
• Drag ในการปรับหัวพารามิเตอร์ที่หัวตัด จนกระทั่งลำของออกซิเจน เริ่มทะลุจากด้านบนจนออกที่ด้านล่างของ Kerf จะเรียกตำแหน่งดังกล่าวว่า Zero Drag ซึ่งตำแหน่งนี้จะเริ่มทำการเคลื่อนหัวตัดเพื่อทำการตัดโลหะ ซึ่งหากทำการเพิ่มความเร็วในการตัดหรือลดอัตราการไหลของออกซิเจน จะทำให้ปริมาณของออกซิเจนที่เข้าไปทำปฏิกิริยาในบริเวณดังกล่าวลดลง จึงทำให้พื้นที่ด้านล่างของแผ่นโลหะขาดช้ากว่าด้านบน อันเกิดจากปฏิกิริยาในบริเวณดังกล่าวมีค่าต่ำ ดังนั้นจะทำให้เห็นลำของออกซิเจนที่ทะลุออกมาด้านล่าง อยู่ในแนวเยื้องกับด้านบน หรือเกิดตามหลังในทิศทางของการตัด ซึ่งจะเรียกระยะเยื้องดังกล่าวว่า Drag ในรูปเปอร์เซ็นต์ของความหนาของชิ้นงานที่ถูกตัด เช่น Drag 10% หมายถึงแนวตัดชิ้นงานที่สมบูรณ์ที่ด้านล่างมีระยะห่างจากด้านบนตามแนวทิศทางการตัด 10% ของขนาดความหนาของชิ้นงาน

แต่ถ้าหากเพิ่มความเร็วในการตัดมากขึ้น ก็จะตัดได้มากขึ้นโดยไม่มีการเพิ่มค่าออกซิเจนจนทำให้ Drag มีค่ามากขึ้นจะทำให้คุณภาพของการตัดลดลง ส่วนในกรณีของ Reverse Drag จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีการป้อนออกซิเจนเข้าไปมากจนเกินความจำเป็น หรือมีความเร็วในการตัดต่ำเกินไป ก็จะทำให้คุณภาพของการตัดไม่ดี

ออกซิเจน

ค่าความบริสุทธิ์ของออกซิเจนควรให้มีค่ามากกว่า 99.5% ซึ่งการลดความบริสุทธิ์ของออกซิเจนจะทำประสิทธิภาพของการตัดลดลง ยกตัวอย่างเช่น การลดความบริสุทธิ์ของออกซิเจนลง 15% จะทำให้เกิดการสิ้นเปลืองออกซิเจนในหัวตัด 25% จะทำให้คุณภาพการตัดไม่ดีและสะเก็ดที่เกิดจากการตัดจะเกาะแน่นมากขึ้น ถ้าหากความบริสุทธิ์ของออกซิเจนต่ำกว่า 95% จะทำให้เกิดการหลอมละลายรวมกันจนบริเวณที่ตัดไม่สามารถใช้งานได้

Preheat

ในชิ้นงานที่ต้องการคุณภาพในการตัดสูงนั้น ไม่จำเป็นต้องใช้ความร้อนสำหรับการ Preheat ที่สูงมาก โดยส่วนใหญ่แล้วเครื่องตัดจะมีระบบควบคุมด้วยแก๊สอยู่ 2 ระบบ คือ ระบบให้ความร้อนที่มีความเข้มสูงในตอนเริ่มต้นทำการตัดและในขณะที่ตัดก็จะลดความเข้มข้นลงในขณะที่ทำการตัด เพื่อทำให้ประหยัดเชื้อเพลิงและออกซิเจนได้มากขึ้น แถมยังทำให้พื้นผิวที่ทำการตัดมีคุณภาพดี

เชื้อเพลิงสำหรับการ Preheat ก่อนทำการตัดจะทำหน้าที่ดังต่อไปนี้

1. เพิ่ม Temp ของโลหะจนถึงจุดติด เรียกว่า (Ignition Point)
2. เพิ่มปริมาณความร้อนให้ชิ้นงานเพื่อช่วยทำให้เกิดปฏิกิริยาได้ดีขึ้น
3. เป็นตัวป้องกันไม่ให้ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับบรรยากาศ
4. กำจัดสิ่งแปลกปลอม อันได้แก่ สนิม สี และสะเก็ดออกไป

ปัจจัยที่ใช้ในการเลือกใช้เชื้อเพลิง

1. เวลาที่ใช้ในการให้ความร้อน
2. ผลกระทบที่จะเกิดขึ้นกับความเร็วในการตัด รวมถึงรูปร่างและการกัดเซาะ
3. ผลกระทบต่อชิ้นงาน
4. ค่าใช้จ่ายหน่วยของเชื้อเพลิง
5. ความปลอดภัยในการใช้งานและการเก็บรักษา

การตัดโลหะด้วยออกซิเจนนั้น จะทำให้โลหะที่ถูกตัดนั้นมีพื้นผิวที่เรียบมากขึ้น แต่คุณภาพของการตัดจะขึ้นอยู่กับความเร็วและปริมาณของออกซิเจนเป็นหลัก ซึ่งหากอยากได้งานที่มีคุณภาพสูง จำเป็นต้องใช้ความเร็วและออกซิเจนให้สัมพันธ์กัน