نحوه تنظیم شعله هوا برش: راهنمای تخصصی دستیابی به برشی بی‌نقص

فرآیند هوابرش یا برش اکسیژن-سوخت، یکی از روش‌های کلیدی و پرکاربرد در صنایع فلزکاری برای برش فولادهای کربنی و سایر فلزات آهنی است. این فرآیند که بر پایه احتراق گاز سوخت (اغلب استیلن، پروپان یا گاز طبیعی) با اکسیژن و سپس استفاده از جت قدرتمند اکسیژن خالص برای اکسیداسیون سریع فلز و خروج سرباره استوار است، موفقیت آن به شدت وابسته به یک عامل حیاتی است: نحوه تنظیم شعله هوا برش. تنظیم صحیح شعله نه تنها کیفیت برش، صافی سطح، و حداقل بودن تنش حرارتی را تضمین می‌کند، بلکه نقش مستقیم و انکارناپذیری در ایمنی اپراتور و بهره‌وری دستگاه دارد.

کوچک‌ترین اشتباه در تنظیم نسبت اکسیژن و گاز سوخت می‌تواند منجر به شعله‌ای ناکارآمد (بیش از حد کربوره یا بیش از حد اکسیدی)، افزایش مصرف گاز، کاهش سرعت کار و در نهایت، تولید محصولی نامرغوب شود. یک شعله نامتعادل، به ویژه شعله‌های اکسیدی، می‌تواند باعث سخت شدن لبه‌های برش (Hardening) شود، که اصلاح آن پس از فرآیند برش هزینه‌بر و زمان‌بر خواهد بود؛ همچنین شعله ضعیف باعث افزایش زمان پیش‌گرمایش، اتلاف گاز و کاهش بازدهی تولید می‌شود.

متخصصان گروه صنعتی بوذرجمهر به خوبی می‌دانند که در مقایسه با روش‌هایی نظیر نحوه کار با دستگاه برش پلاسما که مکانیسم متفاوتی دارند، برشکاری با اکسیژن-سوخت نیازمند دقت دستی بالایی در مرحله پیش‌گرمایش و تنظیم شعله است؛ جایی که فرآیند پیش‌گرم کردن فلز تا دمای اشتعال (900∘C) توسط شعله‌های اطراف جت برش انجام می‌شود و در اینجا، تنظیم دقیق شعله برای رسیدن به دمای مورد نیاز بدون ذوب شدن یا اکسیداسیون بی‌رویه سطح، حیاتی است.

این راهنما با هدف ارائه دانشی عمیق و تخصصی، تمامی مراحل، اصول و نکات کلیدی برای تنظیم صحیح شعله را به تفصیل شرح می‌دهد تا اپراتورها بتوانند با اطمینان کامل و بالاترین استانداردها، عملیات برش را به انجام رسانند و عمر مفید تجهیزات خود را به حداکثر برسانند.

۱. اجزا و اصول کارکرد سیستم هوا برش: بستر تنظیم صحیح

درک دقیق فرآیند نحوه تنظیم شعله هوا برش بدون آشنایی کامل با اجزا و عملکرد هر یک از آن‌ها، امکان‌پذیر نیست. سیستم هوا برش فراتر از یک تورچ دستی، شامل مجموعه‌ای از سیلندرها، رگولاتورها، شیلنگ‌ها، و تورچ است که هر کدام وظیفه حیاتی در کنترل جریان و فشار گاز دارند. در ابتدا، باید توجه داشت که فرآیند برش با هوا برش اساساً با فرآیند هوابرش چیست آغاز می‌شود، یعنی ابتدا شعله پیش‌گرم (مخلوط اکسیژن و گاز سوخت) فلز را تا دمای احتراق می‌رساند و سپس جت پرفشار اکسیژن برش، فرآیند اکسیداسیون و برش واقعی را انجام می‌دهد. این تمایز میان اکسیژن پیش‌گرم (که وظیفه گرمایش را بر عهده دارد) و اکسیژن برش (که وظیفه اکسیداسیون و دمیدن سرباره را بر عهده دارد)، نکته‌ای کلیدی در تنظیم شعله است.

رگولاتورها وظیفه کاهش فشار بسیار بالای سیلندرها (که معمولاً برای اکسیژن تا 2200 PSI و برای استیلن تا 250 PSI است) به فشار کاری ایمن و قابل استفاده را بر عهده دارند. کنترل دقیق این فشار کاری توسط رگولاتورها، اولین و مهم‌ترین گام در دستیابی به شعله‌ای با ویژگی‌های مطلوب است. علاوه بر این، شیلنگ‌ها که وظیفه انتقال گازها را دارند، باید از نظر رنگ‌بندی (معمولاً سبز برای اکسیژن و قرمز برای گاز سوخت/استیلن) استاندارد باشند و به طور منظم برای جلوگیری از نشتی و پارگی بازرسی شوند. ایمنی در این مرحله نه تنها یک الزام، بلکه پایه و اساس یک تنظیم موفق است، چرا که نشت در هر نقطه‌ای از سیستم می‌تواند منجر به تغییر ناخواسته در نسبت گازها و نتیجتاً بهم ریختگی تنظیم شعله و خطرات جدی شود. شیلنگ‌ها باید به طور کامل در برابر فشار کاری مقاومت داشته باشند و اتصالات باید با بست‌های مناسب محکم شوند تا از پدیده نشت (Leakage) یا مخلوط شدن گازها در مسیر قبل از رسیدن به تورچ جلوگیری شود.

۱.۱. آشنایی با رگولاتورها و مانومترها: دروازه‌های کنترل فشار

نقش رگولاتورها در نحوه تنظیم شعله هوا برش به هیچ وجه قابل اغماض نیست؛ آن‌ها قلب تپنده سیستم کنترل گاز هستند. هر رگولاتور از دو مانومتر (گیج فشار) تشکیل شده است: گیج سمت سیلندر که فشار داخل سیلندر (فشار ورودی) را نشان می‌دهد و گیج سمت خروجی که فشار کاری یا خط (فشار خروجی) را نشان می‌دهد و این همان فشاری است که برای تنظیم شعله استفاده می‌شود. برای تنظیم فشار کاری، پس از باز کردن شیر اصلی سیلندر، با چرخاندن پیچ تنظیم رگولاتور (معمولاً در مرکز رگولاتور)، فشار گاز خروجی تنظیم می‌شود. این فشار باید مطابق با نوع گاز، ضخامت فلز مورد برش و اندازه نازل انتخاب شود و این مقادیر معمولاً در جدول‌های فشار ارائه‌شده توسط سازنده تورچ و نازل مشخص شده‌اند. باید توجه داشت که فشار مورد نیاز برای استیلن به دلیل ناپایداری در فشارهای بالا، معمولاً در محدوده 3 تا 15 PSI است، در حالی که اکسیژن به ویژه برای برش‌های ضخیم، ممکن است تا 100 PSI یا بیشتر هم برسد. یک نکته فنی حائز اهمیت این است که فشار تعیین‌شده در این جدول‌ها، فشار دینامیکی یا «فشار جریان» نیست، بلکه فشار استاتیک است که باید هنگام عدم جریان گاز تنظیم شود؛

با این حال، اپراتورهای ماهر همیشه فشار را اندکی بالاتر از حد لازم تنظیم می‌کنند تا افت فشار جزئی در حین جریان گاز و کار (پدیده افت فشار یا Pressure Drop)، به کیفیت شعله لطمه‌ای وارد نکند. این افت فشار می‌تواند به دلیل طول شیلنگ‌ها و یا وجود فیلترها و تجهیزات ایمنی در مسیر باشد. همچنین، اپراتور باید رگولاتور را برای پدیده خزش (Creep) بررسی کند؛ به این صورت که پس از تنظیم فشار و بستن شیرهای تورچ، اگر گیج فشار کاری شروع به افزایش کرد، نشان‌دهنده نقص در رگولاتور و نیاز به تعمیر آن است. اهمیت دقت در این مرحله این است که فشار بیش از حد گاز سوخت منجر به شعله‌ای طولانی، آشفته و کربوره می‌شود که دمای پیش‌گرمایش را کاهش می‌دهد، در حالی که فشار بیش از حد اکسیژن پیش‌گرم شعله را به سرعت اکسیدی کرده و باعث سایش سریع نازل می‌شود. بنابراین، کنترل دقیق فشار از طریق رگولاتورها، اولین شرط لازم برای شروع فرآیند تنظیم شعله است.

۱.۲. انتخاب نازل مناسب: کلید تطابق با ضخامت قطعه

نازل یا سرپیک برش، آخرین جزء در مسیر خروج گازها و عامل نهایی شکل‌دهی به شعله و جت اکسیژن برش است. انتخاب اندازه نازل، که معمولاً با اعدادی بر حسب میلی‌متر یا اینچ مشخص می‌شود و متناسب با ضخامت برش است، به طور مستقیم با ضخامت فلزی که قرار است برش داده شود، مرتبط است. یک نازل کوچک‌تر برای برش ورق‌های نازک‌تر (مثلاً تا 6 میلی‌متر) و یک نازل بزرگ‌تر برای برش قطعات ضخیم‌تر (تا 300 میلی‌متر یا بیشتر) مورد نیاز است. طراحی نازل‌ها نیز متفاوت است؛ برخی نازل‌ها یک تکه (One-piece) و برخی دو تکه (Two-piece) هستند که معمولاً نازل‌های دو تکه برای گازهایی مانند پروپان ترجیح داده می‌شوند. اندازه نازل نه تنها میزان جریان اکسیژن برش را تعیین می‌کند، بلکه بر اندازه و توان حرارتی شعله‌های پیش‌گرم نیز تأثیر می‌گذارد.

شعله‌های پیش‌گرم که توسط سوراخ‌های کوچک اطراف سوراخ مرکزی اکسیژن برش ایجاد می‌شوند، باید به اندازه‌ای بزرگ باشند که بتوانند فلز را با سرعت مطلوب تا دمای احتراق گرم کنند، اما نه آنقدر بزرگ که فلز را ذوب کرده و لبه برش را تخریب کنند. اگر نازل بزرگ‌تر از حد لازم برای ضخامت فلز باشد، گرمای بیش از حد باعث ذوب شدن لبه‌ها، ایجاد منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) وسیع‌تر و افزایش عرض برش (Kerf) می‌شود. افزایش Kerf به معنای از دست رفتن بیشتر مواد و نیاز به تمیزکاری بیشتر پس از برش است. برعکس، نازل کوچک برای فلز ضخیم باعث تأخیر طولانی در پیش‌گرمایش و نفوذ ناکافی اکسیژن برش در عمق قطعه می‌شود که نتیجه آن برش ناتمام (Incomplete Cut) یا خطوط کششی شدید است. در نتیجه، قبل از هر اقدامی در مورد نحوه تنظیم شعله هوا برش، اپراتور باید با توجه به جنس و ضخامت قطعه، نازل مناسب را انتخاب کرده و جداول فشار را برای تنظیم رگولاتورها ملاک قرار دهد تا یک ترکیب ایده‌آل از جریان، فشار و حرارت فراهم شود.

۲. مراحل گام به گام تنظیم شعله: از ایمنی تا تثبیت خنثی

فرآیند تنظیم شعله هوا برش یک دنباله منطقی و ایمن از اقدامات است که هر اپراتور حرفه‌ای باید به دقت آن را دنبال کند. مهم‌ترین اصل در این فرآیند، تقدم ایمنی و انجام تنظیمات بر اساس مراحل تعیین‌شده است. شروع به کار همواره باید با اطمینان از بسته بودن شیرهای تورچ و رگولاتورها باشد. پس از باز کردن آرام شیرهای اصلی سیلندرها و تنظیم فشار خروجی رگولاتورها بر اساس جدول‌های فشار (نقطه شروع تنظیم)، نوبت به تنظیم شعله بر روی تورچ می‌رسد. این فرآیند با باز کردن شیر گاز سوخت بر روی تورچ و سپس روشن کردن گاز با یک فندک یا جرقه‌زن اصطکاکی (نه کبریت یا فندک معمولی) آغاز می‌شود. سپس شیر اکسیژن پیش‌گرم را به آرامی باز می‌کنیم. شعله‌ای که در این مرحله تشکیل می‌شود، ابتدا ممکن است دود کند و پرتاب شود، که نشانه وجود نسبت نامناسب گازها است.

هدف نهایی در این مراحل، دستیابی به شعله خنثی (Neutral Flame) است، زیرا این نوع شعله بیشترین دمای ممکن را برای پیش‌گرمایش فراهم می‌کند و در عین حال کمترین واکنش شیمیایی را با سطح فلز پیش از شروع برش ایجاد می‌کند. با توجه به تخصص گروه صنعتی بوذرجمهر در تجهیزات برش، تأکید می‌شود که کوچک‌ترین بی‌دقتی در این مراحل، نه تنها ایمنی را به خطر می‌اندازد، بلکه به طور مستقیم بر بهره‌وری و دوام نازل اثر می‌گذارد. به عنوان مثال، باز کردن شیر اکسیژن پیش‌گرم قبل از شیر گاز سوخت می‌تواند باعث پدیده “بک فایر” (Backfire) شود که یک وضعیت بسیار خطرناک است و نشان‌دهنده جریان معکوس گاز در داخل تورچ است.

۲.۱. تنظیم فشار گاز سوخت و اکسیژن پیش‌گرم: تعیین نسبت ایده‌آل و تأثیر نوع سوخت

تنظیم دقیق فشارها، زیربنای اصلی در دستیابی به نحوه تنظیم شعله هوا برش بهینه است. فشار گاز سوخت (مانند استیلن) باید به گونه‌ای تنظیم شود که شعله پیش‌گرم با جریان پیوسته و پایدار، و بدون جدا شدن از نوک نازل، بسوزد. پس از روشن کردن گاز سوخت، باید میزان جریان آن را طوری تنظیم کرد که شعله از نوک تورچ فاصله نگیرد. در مرحله بعد، شیر اکسیژن پیش‌گرم را به تدریج باز می‌کنیم. با افزودن اکسیژن، طول شعله کاهش یافته و یک «مخروط داخلی» واضح و درخشان در نزدیکی نوک نازل تشکیل می‌شود. نسبت گاز سوخت به اکسیژن پیش‌گرم برای دستیابی به شعله خنثی به شدت به نوع گاز سوخت بستگی دارد. برای استیلن (Acetylene)، نسبت ایده‌آل معمولاً نزدیک به ۱ به ۱ است و دمای شعله می‌تواند به حدود 3200∘C برسد.

این ترکیب بیشترین غلظت حرارت را در کوچک‌ترین نقطه ایجاد می‌کند و برای برش‌های سریع و دقیق عالی است. اما برای گازهایی مانند پروپان (Propane) یا گاز طبیعی، به دلیل ساختار شیمیایی متفاوت و حرارت کمتر در مخروط داخلی، برای رسیدن به شعله خنثی و پیش‌گرمایش موثر، به نسبت اکسیژن بیشتری نیاز داریم (معمولاً حدود ۴ یا ۵ واحد اکسیژن به ازای هر واحد پروپان). دمای شعله پروپان حدود 2800∘C است و به حرارت اولیه بیشتری نیاز دارد. اهمیت این تنظیم این است که جریان اکسیژن باید به اندازه‌ای باشد که تمامی مولکول‌های کربن موجود در گاز سوخت را به طور کامل اکسید کرده و به دی‌اکسید کربن تبدیل کند. اگر این نسبت رعایت نشود، یا شعله کربوره (با مازاد گاز سوخت) خواهیم داشت که با دودی شدن و مخروط داخلی کدر مشخص می‌شود، یا شعله اکسیدی (با مازاد اکسیژن) که صدای بلند و تیز و مخروط داخلی کوچک و کوتاه دارد، هر دوی این حالت‌ها می‌توانند به کیفیت برش نهایی آسیب بزنند و بهره‌وری انرژی را کاهش دهند.

۲.۲. تشکیل و تثبیت شعله خنثی: معیار طلایی برشکاری

هدف نهایی در تنظیم شعله، رسیدن به شعله خنثی (Neutral Flame) است. این شعله با مشخصات بصری خاصی قابل تشخیص است: دارای یک مخروط داخلی سفید و درخشان و کاملاً مشخص است که لبه‌های تیز و واضحی دارد. این مخروط، هیچ دود یا سیاهی تولید نمی‌کند و از نوک نازل فاصله نمی‌گیرد و در واقع مرز بین واکنش اولیه و ثانویه احتراق را به روشنی نشان می‌دهد. اطراف این مخروط داخلی، یک شعله ثانویه بزرگ‌تر و کم‌نورتر وجود دارد که نشان‌دهنده واکنش کامل گاز سوخت با اکسیژن است. برای تثبیت این شعله، پس از رسیدن به شعله خنثی، باید جریان اکسیژن را با دقت بسیار بالایی تنظیم کرد تا طول مخروط داخلی به اندازه‌ای که در جداول سازنده نازل تعیین شده، برسد.

در این مرحله، پس از تثبیت شعله پیش‌گرم خنثی، نوبت به تست اکسیژن برش می‌رسد. اپراتور باید شیر اکسیژن برش (که معمولاً توسط یک اهرم یا دکمه جداگانه روی تورچ فعال می‌شود) را فشار دهد. در این لحظه، جریان اکسیژن خالص پرفشار از سوراخ مرکزی نازل خارج می‌شود. نکته حیاتی اینجاست که با فعال شدن جریان اکسیژن برش، شعله‌های پیش‌گرم نباید تغییر محسوسی در اندازه، شکل یا صدای خود نشان دهند. اگر با فعال کردن اکسیژن برش، شعله‌های پیش‌گرم کوچک یا به سمت داخل مکیده شوند، به این معنی است که فشار اکسیژن پیش‌گرم یا گاز سوخت خیلی کم است و جت اکسیژن برش به دلیل سرعت و حجم بالای خود، اثر ونچوری (Venturi Effect) ایجاد کرده و گازهای اطراف (شعله پیش‌گرم) را به داخل می‌کشد. برای مقابله با این پدیده، باید فشار گازها را مجدداً افزایش داده و تنظیم کرد تا زمانی که تثبیت شعله در حالت جریان اکسیژن برش برقرار شود. این ثبات در شعله پیش‌گرم، ضامن یک برش پیوسته، باکیفیت و با پیش‌گرمایش یکنواخت در تمام طول مسیر برش است.

۳. انواع شعله‌های هوا برش و کاربرد آن‌ها: انتخاب بر اساس متریال

شناخت انواع شعله‌ها و تأثیر هر یک بر فرآیند برش، بخش حیاتی دیگر در مبحث نحوه تنظیم شعله هوا برش در سطح تخصصی است. هر فلز یا ضخامت مشخص، ممکن است نیاز به اندکی انحراف از حالت کاملاً خنثی برای رسیدن به بهترین نتیجه داشته باشد. در کل، سه نوع شعله اصلی وجود دارد: خنثی (Neutral)، کربوره (Carburizing یا Reducing) و اکسیدی (Oxidizing). درک تفاوت‌های ظاهری و شیمیایی این سه حالت، به اپراتور این امکان را می‌دهد تا در مواجهه با چالش‌های برشکاری، تنظیمات را به صورت هدفمند و با دانش فنی لازم، تغییر دهد. انتخاب نادرست شعله می‌تواند منجر به اثراتی مانند سخت شدن لبه برش، تشکیل سرباره بیش از حد، یا حتی جلوگیری از برش کامل شود. این دانش تخصصی است که یک اپراتور ماهر را از یک کاربر ساده متمایز می‌کند و به او اجازه می‌دهد تا دستگاه را به بهترین نحو برای کاربری خاص تنظیم کند.

۳.۱. ویژگی‌های شعله خنثی، کربوره و اکسیدی: تمایزات کلیدی

شعله خنثی (Neutral Flame): همانطور که قبلاً ذکر شد، این شعله از نظر شیمیایی متوازن است (تقریباً نسبت ۱:۱ اکسیژن به استیلن) و بهترین انتخاب برای برش اغلب فولادهای کربنی و آلیاژی است. مشخصه آن مخروط داخلی سفید و واضح و صدای آرام و پایدار است. در این حالت، احتراق کامل رخ می‌دهد (C2​H2​+O2​→2CO+H2​) و سپس واکنش ثانویه رخ می‌دهد. شعله خنثی بالاترین دما را تولید کرده و کمترین تأثیر شیمیایی را بر فلز دارد. شعله کربوره (Carburizing Flame): این شعله با افزایش جریان گاز سوخت (استیلن) نسبت به اکسیژن (مثلاً نسبت 1.5:1 استیلن به اکسیژن) به دست می‌آید. مشخصه آن، وجود یک لایه میانی سفید متمایل به زرد بین مخروط داخلی درخشان و شعله خارجی است که به «پَر» (Feather) معروف است.

این پر در واقع نشان‌دهنده کربن نسوخته اضافی است که باعث می‌شود این شعله در دمای کمی پایین‌تر بسوزد. از نظر متالورژیکی، این شعله با افزودن کربن به فلز برش، می‌تواند بر روی برخی آلیاژها مانند چدن، اثر کاهشی داشته باشد و از اکسیداسیون سطح جلوگیری کند؛ اما برای فولادها باعث افزایش محتوای کربن در لبه برش (Carburization) و سخت شدن لبه می‌شود. شعله اکسیدی (Oxidizing Flame): این شعله با افزایش جریان اکسیژن نسبت به گاز سوخت (مثلاً نسبت 0.8:1 استیلن به اکسیژن) ایجاد می‌شود.

مخروط داخلی آن کوچک، کوتاه و بسیار تیز است و شعله صدای بلند و تیزی دارد، شبیه به صدای فواره گاز. دمای این شعله اندکی از خنثی بالاتر است اما به دلیل وجود اکسیژن مازاد، باعث اکسیداسیون سریع‌تر فلز می‌شود و برای برش فولادهای کربنی به ندرت و با احتیاط کامل مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا می‌تواند منجر به بریدگی‌های کدر و سخت شدن لبه‌ها شود. این شعله همچنین برای برش فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند، مانند برنج و برنز، مفید است، زیرا دمای پایین‌تری برای پیش‌گرمایش استفاده می‌کند تا از ذوب شدن فلز پایه جلوگیری شود.

۳.۲. تأثیر نوع شعله بر کیفیت برش: انتخاب بهینه برای متریال‌های مختلف

انتخاب نوع شعله تأثیر مستقیمی بر ویژگی‌های متالورژیکی و هندسی برش نهایی دارد. استفاده از شعله خنثی به دلیل تعادل شیمیایی و حرارتی، منجر به تولید برش‌های تمیز، با حداقل تشکیل سرباره (Dross) در لبه پایینی و حداقل سخت‌شدگی (Hardening) حرارتی در منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) می‌شود و برای فولادهای کربنی استاندارد بهترین گزینه است. ناحیه HAZ باید تا حد ممکن کوچک باشد تا خواص مکانیکی فلز پایه حفظ شود. در مقابل، شعله کربوره برای برش‌های فولادی توصیه نمی‌شود، زیرا پر کربن اضافی (پَر) منجر به سرد شدن و سخت شدن بیش از حد لبه‌های برش و کاهش کیفیت سطح می‌شود، اما در برخی موارد خاص برای برش چدن که خاصیت اکسیدی ندارد و به جای برش اکسیدی، فرآیند برش ذوبی انجام می‌شود، ممکن است استفاده شود.

در نهایت، شعله اکسیدی، هرچند که سرعت برش را به دلیل افزایش انرژی جنبشی واکنش اکسیژن تا حدودی بالا می‌برد و گرمای پیش‌گرمایش را متمرکز می‌کند، اما به طور قابل ملاحظه‌ای کیفیت سطح را پایین می‌آورد. این شعله باعث ایجاد لبه‌های خشن و تشکیل سرباره زیاد در زیر خط برش شده و به دلیل واکنش‌پذیری بالا، عمر نازل را نیز به شدت کاهش می‌دهد. سرباره‌های تشکیل شده در این حالت اغلب از نوع سرباره سخت (Hard Dross) هستند که جدا کردن آن‌ها دشوار است. بنابراین، یک اپراتور ماهر ابتدا شعله خنثی را تنظیم کرده و سپس در صورت نیاز و بر اساس تجربه، تنها انحرافات جزئی و کنترل‌شده‌ای را به سمت شعله‌های کربوره (برای فلزات غیر از فولاد و در شرایط خاص) یا اکسیدی (برای افزایش سرعت و در شرایط خاص) اعمال می‌کند، همواره با تمرکز بر حفظ کیفیت لبه برش و کاهش نیاز به فرآیندهای پس از برش.

۴. عیب‌یابی و نکات ایمنی: حفظ عملکرد و پایداری دستگاه

حتی با رعایت دقیق مراحل نحوه تنظیم شعله هوا برش، ممکن است اپراتور با مشکلاتی در عملکرد شعله مواجه شود که نیاز به عیب‌یابی فوری دارند. دو پدیده اصلی که در حین کار ممکن است رخ دهند، “بک فایر” (Backfire) و “فلاش بک” (Flashback) هستند که هر دو به دلایل مختلف از جمله تنظیمات نادرست فشار، گرم شدن بیش از حد تورچ یا گرفتگی نازل رخ می‌دهند. علاوه بر این، تنظیم نامناسب شعله می‌تواند باعث ایجاد نقص‌هایی در برش مانند برش ناتمام (عدم نفوذ کافی اکسیژن برش)، خطوط نامنظم (تراکم سرباره در مسیر)، یا ذوب شدن لبه‌ها (گرمای بیش از حد شعله پیش‌گرم) شود که نیازمند اصلاح تنظیمات شعله یا فشار هستند. در تمام این موارد، حفظ ایمنی و استفاده از تجهیزات استاندارد و باکیفیت از اهمیت بالایی برخوردار است. شرکت‌هایی مانند گروه صنعتی بوذرجمهر که در زمینه تولید تجهیزات صنعتی فعال هستند، همواره بر استفاده از رگولاتورهای استاندارد و شیرهای یک‌طرفه (Flashback Arrestors) تأکید دارند تا از وقوع حوادث ناگوار جلوگیری شود.

۴.۱. ایمنی در تنظیم شعله: پیشگیری از فلاش‌بک و بک‌فایر

ایمنی در فرآیند هوابرش غیرقابل مذاکره است. دو ریسک اصلی، یعنی بک فایر و فلاش بک، باید به دقت مدیریت شوند. بک فایر یک احتراق لحظه‌ای در نوک نازل است که اغلب به دلیل گرم شدن بیش از حد نازل، فشار نامناسب (اغلب کم بودن فشار گاز سوخت)، یا گرفتگی جزئی در دهانه نازل رخ می‌دهد و با یک صدای بلند «پاپ» یا «تق» همراه است. در این حالت، اپراتور باید فوراً شیر اکسیژن و سپس شیر گاز سوخت را ببندد. نازل باید از تورچ جدا شده، در آب خنک شده، و با ابزار تمیزکننده مخصوص نازل، سوراخ‌ها به دقت تمیز شوند.

سپس فشارها باید مجدداً بررسی و تنظیم شوند. فلاش بک بسیار خطرناک‌تر است؛ این پدیده زمانی رخ می‌دهد که شعله به داخل تورچ، شیلنگ‌ها و حتی رگولاتورها برمی‌گردد و اگر مهار نشود، می‌تواند منجر به انفجار سیلندر شود. دلایل اصلی فلاش بک عبارتند از: اختلاط گازها به دلیل خرابی شیرهای داخلی تورچ، کم بودن فشار یک گاز نسبت به دیگری که باعث فشار معکوس می‌شود، یا خرابی تجهیزات ایمنی. برای جلوگیری از فلاش بک، نصب شیرهای یک‌طرفه (Flashback Arrestors) بر روی خروجی‌های رگولاتورها و یا ورودی‌های تورچ ضروری است.

در صورت وقوع فلاش بک، اپراتور باید فوراً (و به ترتیب) شیر گاز سوخت، سپس شیر اکسیژن برش و در نهایت شیرهای اصلی سیلندر را ببندد تا جریان سوخت به طور کامل قطع شود. این تجهیزات ایمنی ضروری، مانع از برگشت شعله به داخل سیستم می‌شوند و یک الزام استاندارد صنعتی محسوب می‌شوند. علاوه بر این، اپراتور باید همیشه از لباس‌های محافظ مناسب، عینک ایمنی مخصوص برشکاری (با سایه محافظ مناسب که از آسیب چشم در برابر اشعه‌های فرابنفش و مادون قرمز جلوگیری کند) و دستکش‌های مقاوم در برابر حرارت استفاده کند و محیط کار را تهویه مناسب نماید تا دود و گازهای سمی حاصل از برش (مانند مونواکسید کربن) دفع شوند.

۴.۲. عیب‌یابی کیفیت برش: اصلاح شعله برای رفع نواقص

کیفیت برش نهایی، آینه‌ای از نحوه تنظیم شعله هوا برش و فشار گازها است. اگر برش نهایی دارای عیوب زیر باشد، تنظیمات شعله باید بازبینی شوند:

• سرباره سخت در لبه پایینی (Hard Dross): این نوع سرباره که به سختی جدا می‌شود، نشان‌دهنده دمای پیش‌گرمایش ناکافی یا سرعت برش بیش از حد زیاد است. شعله پیش‌گرم باید کمی قدرتمندتر شود (با تنظیم فشار اکسیژن پیش‌گرم) یا سرعت برش کاهش یابد تا اکسیژن برش زمان کافی برای واکنش کامل با فلز در تمام ضخامت داشته باشد.
• لبه‌های ذوب شده، گرد یا بالای قطعه ناهموار: نشان‌دهنده گرمای بیش از حد شعله پیش‌گرم (شعله بسیار بزرگ یا مدت زمان پیش‌گرمایش طولانی) است. شعله باید کوچک‌تر و فشار گاز سوخت کاهش یابد. همچنین فاصله نازل تا قطعه کار باید افزایش یابد تا شعله متمرکزتر عمل کند.
• خطوط کششی (Drag Lines) متمایل به عقب و عمق کم: نشان‌دهنده سرعت برش بیش از حد زیاد یا جریان اکسیژن برش کم است. فشار اکسیژن برش باید افزایش یابد و یا سرعت حرکت تورچ کاهش یابد تا برش حالت عمودی و ۹۰ درجه داشته باشد. خطوط اریب نشان‌دهنده این است که جت اکسیژن عقب مانده است.
• شعله پَرتاب شده یا ناپایدار: معمولاً به دلیل گرفتگی نازل یا فشار نامناسب (اغلب پایین بودن) است. نازل باید با تمیزکننده مخصوص نازل تمیز شود و سپس فشارها مجدداً تنظیم شوند. همچنین، تنظیم شعله در حالت اکسیدی می‌تواند باعث صدای بلند و ناپایدار شدن شعله شود.
• برش ناتمام (Incomplete Cut): در ضخامت‌های بالا رخ می‌دهد و نشان‌دهنده فشار ناکافی اکسیژن برش برای نفوذ کامل یا سرعت بسیار بالای برش است. باید فشار اکسیژن برش را افزایش داد.

با نظارت مستمر بر خروجی و عیب‌یابی بر اساس این نشانه‌ها، اپراتور می‌تواند تنظیمات شعله و فشار را به دقت بهینه کند تا برش‌های تمیز و با کمترین نیاز به تمیزکاری پس از فرآیند حاصل شوند. دستیابی به کیفیت مطلوب در برشکاری، نیازمند ترکیبی از تنظیمات دقیق، مهارت عملیاتی اپراتور و رعایت کامل اصول ایمنی است.

توضیح بیشتر در زمینه انواع شعله دستگاه هوا برش :

1- شعله با مقدار گاز بیشتر ( carburizing flame )

باشد ایجاد می شود و سه ناحیه به رنگ های مجزا دارد. یک مخروط داخلی به رنگ آبی- سفید, یک مخروط سفیدرنگ میانی و یک شعله خارجی به رنگ آبی کم رنگ. نوک مخروط داخلی می تواند به صورت پرشکل باشد. درجه carburizing به وسیله طول قسمت پرشکل تشخیص داده می شود. دمای شعله ای که مقدار گاز استیلن در آن بیشتر است در حدود °C 3.300 است.

2- شعله خنثی (Neutral Flame)

هرگاه مخلوط حجمی خارج شده از ترچ برای اکسیژن و استیلن برابر باشد, شعله ی خنثی ایجاد می گردد. شعله ی خنثی ترکیب اصلی فلز را زیاد تغییر نمی دهد, بنابراین برای اکثر فلزات مناسب ترین شعله است. شعله ی خنثی با دمایی در حدود C° 3.230 می سوزد. این نوع شعله به دو بخش مجزا تقسیم می شود. منطقه ی داخلی یک مخروط سفید رنگ با نوک گرد و صاف دارد که به طور واضح قابل تشخیص است. منطقه خارجی که در آن اکسیژن واستیلن به طور کامل می سوزند, آبی رنگ بوده و نوک و گوشه های شعله به رنگ ارغوانی کم رنگ می باشد. شعله ی خنثی فلز را بدون تغییردادن خواص ذوب می کند و سطح فلز را تمیز باقی می گذارد.

3- شعله اکساینده (Oxidizing Flame)

زمانی که مقدار اکسیژن از مقدار گاز مورد مصرف بیشتر باشد شعله ی اکساینده به وجود می آید. این شعله در حالت کلی شبیه به شعله ی خنثی است اما مخروط داخلی آن کوتاه تر و کمی نوک تیزتر است و رنگ مایل به ارغوانی کم رنگ دارد. این شعله با یک صدای خاص “sss” می سوزد.

نتیجه‌گیری و جمع‌بندی نکات کلیدی

همانطور که در این راهنمای تخصصی مورد بررسی قرار گرفت، نحوه تنظیم شعله هوا برش نه یک مرحله اختیاری، بلکه یک پیش‌نیاز حیاتی و پیچیده برای موفقیت در فرآیند برشکاری اکسیژن-سوخت است. دستیابی به شعله خنثی که معیار طلایی برای برش اکثر فولادهای کربنی محسوب می‌شود، نیازمند درک دقیق از تعامل میان رگولاتورها، انتخاب نازل مناسب بر اساس ضخامت فلز، و تنظیم متناسب جریان گاز سوخت و اکسیژن پیش‌گرم است. ما دیدیم که تفاوت میان گازهایی چون استیلن و پروپان، در تنظیم نسبت‌های گاز و دمای شعله، چقدر حیاتی است و چگونه ثبات شعله در هنگام جریان اکسیژن برش، نشان‌دهنده تنظیمات فشار صحیح است.

تیم مهندسی گروه صنعتی بوذرجمهر همواره توصیه می‌کند که اپراتورها علاوه بر تسلط بر مراحل تنظیم شعله خنثی، باید توانایی تمایز و تنظیم دقیق شعله‌های کربوره و اکسیدی را برای انطباق با نیازهای متریال‌های خاص داشته باشند، ضمن اینکه ایمنی را در بالاترین اولویت قرار دهند. استفاده از تجهیزات ایمنی نظیر شیرهای یک‌طرفه (Flashback Arrestors) و بازرسی منظم سیستم گازرسانی، ضامن یک فرآیند کارآمد و بدون حادثه است. در نهایت، کیفیت برش شما مستقیماً نتیجه دقت در تنظیمات اولیه است؛ برش‌های تمیز، صاف و با کمترین سرباره، نشان‌دهنده یک فرآیند تنظیم شعله موفق است که نه تنها ضایعات را کاهش می‌دهد، بلکه به بهره‌وری پایدار و افزایش طول عمر تجهیزات نیز کمک می‌کند.