روش‌ های برش تیرآهن (روش گرم و سرد برش تیرآهن و دستگاه های برشکاری)

برش تیرآهن از جمله عملیات‌های رایج و ضروری در پروژه‌های ساختمانی، صنعتی و کارگاه‌های آهنگری است. با توجه به این‌که تیرآهن‌ها معمولاً به‌صورت شاخه‌های ۱۲ متری تولید می‌شوند، در بسیاری از مواقع لازم است آن‌ها را متناسب با نیاز پروژه، برش داده و به ابعاد دلخواه تبدیل کرد. در این مقاله به بررسی علت نیاز به برش تیرآهن و معرفی جامع انواع روش‌های برش، همراه با مزایا، معایب و کاربردهای هر روش خواهیم پرداخت.

علت برش تیرآهن

تیرآهن یکی از مهم‌ترین مقاطع فولادی مورد استفاده در صنعت ساختمان و سازه‌های فلزی است. با این حال، به‌دلیل یکسان بودن طول شاخه‌های تولیدی، همواره نمی‌توان آن‌ها را بدون تغییر در اندازه استفاده کرد. دلایل اصلی برش تیرآهن عبارت‌اند از:

تطبیق با نیاز پروژه: یکی از اصلی‌ترین دلایل برش تیرآهن، کوتاه کردن یا تغییر زاویه آن برای استفاده در بخش خاصی از سازه است. مثلاً در ساخت ستون، تیر عرضی یا پله فلزی، ممکن است اندازه تیرآهن مورد نیاز با شاخه استاندارد تطابق نداشته باشد.

تهیه قطعات فرعی یا اتصال‌دهنده: در بسیاری از پروژه‌ها، از تکه‌های کوچک تیرآهن برای ساخت شاسی، پایه، قید یا تکیه‌گاه استفاده می‌شود که مستلزم برش‌های دقیق است.

رفع آسیب یا زنگ‌زدگی: در صورتی که بخشی از تیرآهن دچار خوردگی یا آسیب شده باشد، برای بازیابی قطعه باید قسمت معیوب حذف و با یک قطعه سالم جایگزین شود.

نیاز به برش زاویه‌دار یا خاص: برخی سازه‌ها دارای زوایای غیر استاندارد هستند که برای اتصال دقیق اجزا، نیاز به برش‌هایی با زاویه‌های خاص دارند.

برش تیرآهن به روش سرد (کوپال)

یکی از روش‌های صنعتی و دقیق برای برش تیرآهن، استفاده از ماشین‌آلات کوپال است. در این روش، برش با استفاده از فشار مکانیکی و بدون ایجاد حرارت انجام می‌شود. دستگاه‌های برش سرد، معمولاً در کارگاه‌های تولیدی بزرگ و خطوط تولید صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این نوع برش نه تنها دقت بالایی دارد، بلکه از تغییر ساختار متالورژیکی فلز در محل برش نیز جلوگیری می‌کند. در برش کوپال، ابزارهایی مانند گیوتین یا پرس‌های مکانیکی به کار گرفته می‌شوند. از آن‌جایی که فرآیند بدون حرارت است، لبه‌های برش‌خورده دچار سوختگی یا سختی بیش از حد نمی‌شوند.

با وجود مزایای فراوان، هزینه بالای دستگاه‌ها و نیاز به فضای مناسب برای نصب آن‌ها، باعث شده این روش بیشتر در محیط‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

برش تیرآهن به روش گرم (برنول)

برنول یا همان برش با گاز استیلن و اکسیژن، یکی از قدیمی‌ترین و رایج‌ترین روش‌های برش فلزات سنگین مانند تیرآهن است. در این روش، شعله گاز دمای بسیار بالایی تولید می‌کند که باعث ذوب شدن فلز در نقطه مورد نظر شده و با فشار اکسیژن، مذاب از محل برش خارج می‌شود.

این روش معمولاً در کارگاه‌های آهنگری و پروژه‌های ساختمانی که به برش‌های سریع و قابل‌حمل نیاز دارند، به کار می‌رود. تجهیزات برنول شامل کپسول اکسیژن، کپسول استیلن، رگولاتور و مشعل دستی است که نسبتاً ارزان و قابل حمل است.

با این‌حال، برش گرم ممکن است خواص فلز در محل برش را تغییر دهد. لبه‌های برش‌خورده معمولاً نیاز به تمیزکاری دارند و احتمال تغییر رنگ، ترک‌خوردگی یا سوختگی در ناحیه حرارتی وجود دارد.

برش تیرآهن با هوا برش

هوا برش یا شعله‌برش یکی از زیرمجموعه‌های برش گرم محسوب می‌شود که در آن، گازهای سوختی مانند پروپان یا متیل‌استیلن‌پروپادین (MAP) همراه با اکسیژن ترکیب شده و شعله‌ای با دمای بسیار بالا ایجاد می‌کنند. این شعله باعث ذوب فلز شده و با فشار گاز اکسیژن، مذاب به بیرون پرتاب می‌شود.

مزیت اصلی هوا برش در سادگی ابزار و قابلیت حمل آن است. اپراتور می‌تواند در محل پروژه، تیرآهن‌ها را با دقت نسبی و سرعت قابل‌قبول برش دهد. با این حال، دقت این روش نسبت به روش‌های مکانیکی کمتر است و لبه‌ها معمولاً نیاز به سنگ‌زنی یا صاف‌کاری دارند.

استفاده از تجهیزات ایمنی مانند عینک، دستکش و لباس نسوز در این روش بسیار ضروری است زیرا شعله، دود و جرقه‌های ناشی از برش می‌توانند خطرناک باشند.

برش تیرآهن با اره آتشی

اره آتشی که به آن اره دیسکی یا اره حرارتی نیز گفته می‌شود، از یک تیغه گرد با دندانه‌های فلزی تشکیل شده است که با سرعت زیاد می‌چرخد و سطح فلز را برش می‌دهد. اصطکاک بالا در این روش، باعث تولید حرارت زیادی در محل برش می‌شود.

این روش مناسب پروژه‌هایی است که نیاز به برش سریع و نسبتاً دقیق دارند، اما معمولاً در کارگاه‌ها و محیط‌های نیمه‌صنعتی استفاده می‌شود. از مزایای آن می‌توان به سهولت استفاده، قیمت نسبتاً مناسب دستگاه و قابلیت حمل اشاره کرد.

البته به دلیل تولید جرقه و سر و صدای بالا، اپراتور باید نکات ایمنی را کاملاً رعایت کند. همچنین، تیغه‌های این دستگاه به‌مرور کند شده و نیاز به تعویض دارند.

برش تیرآهن با واترجت (برش فولاد با آب)

واترجت یکی از مدرن‌ترین و دقیق‌ترین روش‌های برش فلزات محسوب می‌شود. در این روش، آب با فشار بسیار بالا از نازل خارج می‌شود و گاهی همراه با ذرات ساینده مانند گارنت ترکیب می‌شود تا بتواند فلزات سخت مانند تیرآهن را نیز برش دهد.

از مزایای مهم این روش، دقت بسیار بالا، عدم ایجاد حرارت (برش سرد) و عدم تغییر در ساختار فلز است. این روش برای برش طرح‌های خاص و دقیق بسیار مناسب است.

با این‌حال، تجهیزات واترجت گران‌قیمت هستند و نیاز به فضای صنعتی، نگهداری و تخصص بالا دارند. همچنین مصرف زیاد آب و تولید لجن ناشی از برش، از دیگر معایب آن به‌شمار می‌رود.

برش تیرآهن با لیزر

برش لیزری از تکنولوژی پیشرفته‌ای بهره می‌برد که در آن یک پرتو لیزر متمرکز، فلز را تا دمای ذوب رسانده و با دقت بالا آن را برش می‌دهد. این روش برای برش تیرآهن با ضخامت متوسط و ایجاد طرح‌های پیچیده بسیار مناسب است.

دستگاه‌های برش لیزری قابلیت برنامه‌ریزی دقیق دارند و می‌توانند بر اساس فایل‌های طراحی شده در نرم‌افزارهای CAD، برش‌هایی با دقت میلی‌متری انجام دهند. به همین دلیل، این روش در صنایع خودروسازی، هوافضا و ساخت تجهیزات دقیق کاربرد دارد.

هزینه بالای دستگاه، مصرف برق زیاد، نیاز به تهویه قوی و محدودیت در ضخامت فلزاتی که می‌توان برش داد، از معایب این روش محسوب می‌شود.

برش تیرآهن با اره نواری

اره نواری از یک تیغه فلزی نازک، بلند و دندانه‌دار تشکیل شده که به‌صورت پیوسته روی دو پولی بزرگ حرکت می‌کند. این روش یکی از روش‌های سرد و مکانیکی برش است که دقت و ایمنی نسبتاً خوبی دارد.

در کارگاه‌های صنعتی کوچک و متوسط، اره نواری برای برش تیرآهن، قوطی، پروفیل و لوله‌های فولادی استفاده می‌شود. چون در این روش حرارتی تولید نمی‌شود، ساختار فلز در محل برش تغییر نمی‌کند.

با وجود مزایای متعدد، اره نواری سرعت بالایی ندارد و برای تولید انبوه مناسب نیست. همچنین، محدودیت‌هایی در زوایای برش و ابعاد تیرآهن وجود دارد.

برش تیرآهن با پلاسما

برش پلاسما یکی دیگر از روش‌های نوین و پرکاربرد در صنایع فلزی برای برش تیرآهن است. در این روش، قوس الکتریکی بین الکترود و سطح فلز ایجاد می‌شود و گاز یونیزه شده (پلاسما) با دمای بسیار بالا، فلز را ذوب می‌کند. سپس با استفاده از فشار گاز، ماده مذاب از محل برش خارج می‌شود.

برش پلاسما به‌دلیل سرعت بالا و دقت نسبتاً خوب، در پروژه‌هایی که نیاز به برش‌های سریع و تمیز دارند کاربرد فراوانی دارد. این روش برای برش تیرآهن با ضخامت‌های مختلف مناسب است و می‌توان آن را به‌صورت دستی یا توسط دستگاه CNC کنترل کرد.

از مزایای این روش می‌توان به امکان برش اشکال پیچیده، سرعت زیاد، هزینه پایین‌تر نسبت به لیزر، و کیفیت قابل‌قبول لبه برش اشاره کرد. با این حال، دستگاه پلاسما نیاز به منبع برق قوی دارد و در محل‌هایی که دسترسی به برق صنعتی نیست، استفاده از آن دشوار است.

برش تیرآهن با دستگاه قیچی گیوتین

یکی از روش‌های متداول و صنعتی برای برش تیرآهن، استفاده از دستگاه قیچی گیوتین (Guillotine Shear) است. این دستگاه با استفاده از نیروی مکانیکی یا هیدرولیکی، عملیات برش را از طریق تیغه‌هایی بسیار محکم و مقاوم انجام می‌دهد. برش گیوتینی معمولاً برای مقاطع فولادی با ضخامت متوسط تا بالا کاربرد دارد و در خطوط تولید انبوه یا کارگاه‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در این روش، تیرآهن در موقعیت مناسب روی میز دستگاه قرار می‌گیرد و تیغه بالایی با فشار بالا بر روی تیرآهن فرود می‌آید و آن را به‌صورت یک‌باره برش می‌دهد. این نوع برش کاملاً سرد بوده و حرارتی به مقطع وارد نمی‌کند، بنابراین خواص مکانیکی تیرآهن تحت تأثیر حرارت قرار نمی‌گیرند

برش تیرآهن با سنگ فرز

سنگ فرز یا فرز آهن‌بر یکی از ابزارهای پرکاربرد در کارگاه‌های کوچک و پروژه‌های ساختمانی است. این ابزار دستی با استفاده از دیسک برش، می‌تواند تیرآهن را در محل مورد نظر ببرد. مزیت اصلی سنگ فرز، در دسترس بودن، قیمت پایین و قابلیت حمل آسان آن است. اپراتور می‌تواند به‌راحتی و در کوتاه‌ترین زمان، تیرآهن‌ها را در محل پروژه برش دهد.

اما این روش دارای خطرات ایمنی بالایی است. جرقه، گرد و غبار، صدای زیاد و احتمال شکستن دیسک از جمله خطراتی است که باید با رعایت اصول ایمنی کنترل شود. همچنین، برش با سنگ فرز دقت کمتری نسبت به روش‌های صنعتی دارد.

برش تیرآهن به روش لانه زنبوری

از روش‌های خاص و مهندسی‌شده برای استفاده بهینه از تیرآهن، روش برش لانه زنبوری است. در این روش، تیرآهن به‌صورت طولی از قسمت جان آن برش داده می‌شود تا با ایجاد سوراخ‌هایی شش‌ضلعی، مقطع تیر افزایش یافته و توان تحمل بارهای خمشی بیشتر شود. این نوع برش نه‌تنها باعث صرفه‌جویی در مصرف فولاد می‌شود، بلکه استحکام خمش تیرآهن را نیز افزایش می‌دهد. فرآیند برش تیرآهن لانه زنبوری به‌طور معمول با روش‌های سنگ فرز، هوا برش و لیزر انجام می‌گیرد.

جمع‌بندی

با توجه به انواع روش ‌های برش تیرآهن، می‌توان نتیجه گرفت که هر روش کاربرد خاص خود را دارد و نمی‌توان یک روش را برای همه پروژه‌ها مناسب دانست. اگر نیاز به برش دقیق، سریع و تمیز دارید و در محیط صنعتی کار می‌کنید، روش‌هایی مانند واترجت و لیزر انتخاب‌های مناسبی هستند. در مقابل، برای پروژه‌های ساختمانی کوچک یا در محل، استفاده از سنگ فرز یا برش برنول ممکن است مقرون‌به‌صرفه و کافی باشد.

همواره باید در انتخاب روش برش، عواملی چون نوع تیرآهن، ضخامت آن، محل اجرای پروژه، بودجه، سرعت مورد نیاز و مهم‌تر از همه ایمنی کار را در نظر گرفت. رعایت اصول ایمنی نه‌تنها از بروز حوادث جلوگیری می‌کند، بلکه کیفیت و دوام سازه نهایی را نیز تضمین می‌کند.