이 글에서는 플라즈마 절단의 품질에 영향을 미치는 가장 중요한 요소들을 살펴보겠습니다.
중간 가스
가스는 절단 공정에 사용됩니다. 이 공정에는 두 개 이상의 가스, 예를 들어 1차 가스와 2차 가스가 포함될 수 있습니다. 현재 공기는 비교적 저렴한 비용으로 인해 중간 가스로 널리 사용됩니다. 일부 장비에는 아크 시작 가스도 필요합니다. 작업에 선택된 실제 공정은 작업물의 재료와 두께, 사용되는 절단 방법에 따라 달라집니다.
중간 가스는 플라즈마 제트를 형성하고 절단 공정에서 생성된 용융 금속과 산화물을 제거하는 데 사용됩니다. 과도한 가스 흐름은 더 많은 아크 열을 빼앗아 제트의 길이가 짧아져 절단 용량이 감소하고 아크 불안정성이 발생합니다. 가스 흐름이 너무 작으면 플라즈마 아크가 직진성과 절단 강도를 잃습니다. 더 얕은 절단을 하고 슬래그가 생성될 가능성이 더 큽니다. 따라서 가스 흐름은 절단 전류 및 속도와 호환되어야 합니다. 플라즈마 아크 절단기는 주로 가스 압력에 의존하여 유량을 제어합니다. 토치 개구부가 고정되어 있을 때 가스 압력도 유량을 제어하기 때문입니다. 특정 두께의 재료를 절단하는 데 사용되는 가스 압력은 일반적으로 고객의 요구 사항 사양에 따라 선택됩니다. 특정 특수 응용 분야의 경우 가스 압력을 결정하기 위해 테스트를 수행해야 합니다. 가장 일반적으로 사용되는 가스에는 아르곤, 질소, 산소, 공기, H35 및 아르곤-질소 혼합 가스가 있습니다.
A: 공기는 약 78%의 질소를 함유하고 있습니다. 부피 면에서 공기로 절단하면 질소로 절단하는 것과 매우 유사한 종류의 슬래그가 발생합니다. 공기는 또한 약 21%의 산소를 함유하고 있습니다. 산소가 있으면 절단 공정이 더 빨라질 수 있습니다. 저탄소강 소재의 절단도 고속으로 수행할 수 있습니다. 또한 공기는 비용이 적게 들고 접근성이 높은 자원입니다. 이러한 사실로 인해 공기는 널리 채택된 매체 가스가 됩니다. 그러나 절단에 공기만 사용하면 슬래그, 절단 산화 및 질소 증가와 같은 단점이 있습니다. 또한 전극과 노즐의 수명이 단축되어 생산성에 부정적인 영향을 미치고 비용이 증가할 수 있습니다.
B. 산소는 연강재의 절단 속도를 높일 수 있습니다. 이런 의미에서 산소를 사용하여 절단하는 것은 화염 절단과 매우 유사합니다. 고온 및 고에너지 플라즈마 아크는 절단 공정을 더 빠르게 만듭니다. 그러나 전극 수명을 연장하려면 이 공정은 고온 산화에 저항하고 아크 중 충격으로부터 보호되는 전극으로 수행해야 합니다.
C. 수소는 일반적으로 다른 가스와 혼합되는 보조 가스로 사용됩니다. 예를 들어, 35% 수소와 35% 아르곤의 혼합물인 잘 알려진 가스 H65는 수소가 존재하기 때문에 강한 플라즈마 아크 절단 강도를 가진 가스 중 하나입니다. 수소는 아크 전압을 상당히 증가시킬 수 있으므로 수소 플라즈마 제트는 높은 엔탈피 값을 갖습니다. 아르곤과 혼합하면 플라즈마 제트 절단 강도가 크게 향상됩니다. 일반적으로 두께가 70mm 이상인 금속 재료의 경우 아르곤 + 수소가 가스로 일반적으로 사용됩니다. 워터젯을 사용하여 아르곤 + 수소 플라즈마 아크를 더 압축하면 더 높은 절단 효율을 얻을 수도 있습니다.
D. 질소는 일반적으로 사용되는 가스입니다. 더 높은 전압으로 구동되는 질소 플라즈마 아크는 스테인리스 스틸과 같은 고점도 재료의 액체 금속을 절단할 때에도 아르곤보다 안정성이 더 좋고 제트 에너지가 더 높습니다. 니켈 기반 합금을 절단하는 경우 절단면의 아래쪽 가장자리에 발생하는 찌꺼기의 양도 적습니다. 질소는 단독으로 사용하거나 다른 가스와 혼합하여 사용할 수 있습니다. 예를 들어 질소와 공기는 종종 자동 절단 공정에서 중간 가스로 사용됩니다. 이 두 가스는 탄소강의 고속 절단에 권장되는 옵션이 되었습니다. 때때로 질소는 산소 플라즈마 아크 절단의 시작 가스로도 사용됩니다.
E. 아르곤 가스는 고온에서 어떤 금속과도 거의 반응하지 않으며 아르곤 플라즈마 아크는 매우 안정적입니다. 게다가, 사용된 노즐과 전극은 긴 사용 수명을 가지고 있습니다. 그러나 아르곤 플라즈마 아크의 전압은 낮고, 엔탈피 값은 높지 않으며, 절단 강도는 제한적입니다. 공기 절단과 비교할 때, 절단 두께는 약 25% 감소할 것입니다. 또한, 아르곤 가스 보호 환경에서 용융 금속의 표면 장력은 비교적 크고, 이는 질소 환경보다 약 30% 더 높기 때문에 더 많은 슬래그가 생성됩니다. 아르곤과 다른 가스를 혼합하여 절단하더라도 슬래그가 생성될 가능성이 있습니다. 따라서 순수한 아르곤은 플라즈마 절단에 단독으로 사용되는 경우가 드뭅니다.
절삭 속도
절단 속도는 플라즈마 절단기를 소싱할 때 중요한 고려 사항이기도 합니다. 각 플라즈마 절단 시스템에는 설계된 속도 범위가 있습니다. 사용자는 제품 지침에 따라 또는 테스트를 수행하여 속도를 조정할 수 있습니다. 일반적으로 속도는 두께, 재료, 녹는점, 열 전도도 및 작업물을 녹인 후 표면 장력과 같은 요인을 기반으로 결정할 수 있습니다.
절삭 속도를 적당히 높이면 절단 품질이 향상될 수 있습니다. 절단이 약간 좁아지고 절단 표면이 매끄러워져 변형 가능성이 줄어듭니다.
절단 속도가 너무 높으면 절단의 선형 에너지가 필요한 에너지보다 낮을 수 있습니다. 슬릿의 제트는 용융물을 즉시 빠르게 날려버릴 수 없으므로 많은 양의 후행 드래그가 형성됩니다.
절단 속도가 너무 낮으면 과열이 발생합니다. 플라즈마 아크의 양극은 실제로 절단이 발생하는 곳입니다. 따라서 아크 자체의 안정성을 유지하기 위해 CNC 스팟은 필연적으로 아크에 가장 가까운 슬릿 근처의 전도 전류로 바뀝니다. 이런 식으로 제트는 더 많은 열을 방사형으로 전달합니다. 이 경우 절개가 넓어집니다. 절개 양쪽의 용융 물질은 하단 가장자리를 따라 모여 응고되어 청소하기 어려운 슬래그를 형성하고 절개 상단 가장자리는 가열되어 용융되어 둥근 모서리를 형성합니다.
속도가 극히 낮으면 절개 부위가 너무 넓어서 아크가 사라지기도 합니다.
Current
전류(암페어)는 절단의 두께와 속도를 결정합니다. 따라서 전류는 고품질의 빠른 절단을 수행하는 데 중요한 요소입니다. 구체적으로 전류는 다음과 같은 측면에 영향을 미칩니다.
- 더 높은 전류로 시스템은 더 높은 아크 에너지, 더 높은 절단 강도, 더 높은 절단 속도를 생성합니다.
- 더 높은 전류로 시스템은 더 큰 직경의 아크를 생성하고, 이로 인해 더 두꺼운 절단면이 생성됩니다.
- 그러나 과도한 전류는 노즐에 비정상적인 열 부하를 가합니다. 이로 인해 노즐 수명이 짧아지고 절단 품질에 부정적인 영향을 미칩니다.
플라스마 절단 시스템의 전원 공급 장치는 절단에 계획된 암페어와 일치해야 합니다. 충분한 암페어보다 더 많은 암페어는 불필요한 비용을 초래합니다. 그러나 암페어가 너무 작으면 절단 성능에 부정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 절단 시스템을 손상시킬 수도 있습니다.
노즐 높이
노즐 높이는 노즐 끝면과 작업물 사이의 거리를 말하며, 이는 전체 아크 길이의 일부입니다. 플라즈마 아크 절단은 일반적으로 정전류 또는 급강하 외부 전원 공급 장치를 사용합니다.
더 높은 높이의 효과:
노즐 높이가 증가하면 암페어는 거의 변하지 않습니다. 그러나 아크 길이가 증가하면 아크 전압이 증가하고 따라서 아크 전력이 증가합니다. 동시에 아크가 길어지면 주변 환경에 더 많이 노출되고 따라서 에너지 손실이 증가합니다. 이 에너지 손실은 필연적으로 효과적인 절단 에너지를 감소시켜 절단 강도가 감소합니다. 이 경우 절단 제트의 분사력이 약해지기 때문에 절개부 아래쪽 가장자리에 더 많은 잔여 슬래그가 발견될 수 있으며 위쪽 가장자리가 과도하게 녹아 둥근 모서리가 생성됩니다. 또한 플라즈마 제트의 모양을 고려할 때 토치 입구를 떠난 후 제트의 직경이 바깥쪽으로 확장되고 노즐 높이가 증가하면 필연적으로 절단 폭이 증가합니다. 따라서 절단 속도와 절단 품질을 개선하기 위해 사용자는 일반적으로 가능한 한 작은 노즐 높이를 선택합니다.
키가 작을수록 나타나는 효과
그러나 노즐 높이가 너무 낮으면 더블 아크 현상이 발생할 수 있습니다. 세라믹 외부 노즐을 사용하면 노즐 높이를 0으로 설정할 수 있습니다. 즉, 노즐의 끝면이 작업물에 직접 접촉하여 고품질 절단을 생성합니다.
아크 파워
고압축 플라즈마 아크를 형성하기 위해 노즐은 더 작은 노즐 개구부와 더 긴 구멍 길이를 사용하고 냉각 효과를 강화합니다. 이를 통해 노즐의 유효 단면을 통과하는 전류를 증가시켜 아크의 전력 밀도가 증가할 수 있습니다. 그러나 더 높은 압축은 아크의 전력 손실도 증가시킵니다. 따라서 절단에 사용되는 유효 에너지는 전원 공급 장치의 전력 출력보다 작습니다. 손실률은 일반적으로 25%에서 50% 사이입니다. 물 압축 플라즈마 아크와 같은 특정 방법을 사용하면 에너지 손실률이 더 커집니다. 절단 프로세스를 설계하고 비용을 계획할 때도 이를 고려해야 합니다.
대부분의 산업용 응용 분야에서 플라즈마 절단은 두께가 50mm 미만인 금속판을 절단하는 데 사용됩니다. 이 두께 범위 내에서 기존 플라즈마 아크로 절단하면 종종 절단 상단 가장자리를 따라 절단 크기에 편차가 발생하여 필요한 추가 처리량이 늘어납니다. 산소 및 질소 플라즈마 아크를 사용하여 탄소강, 알루미늄 및 스테인리스강을 절단할 때 판의 두께가 10~25mm 범위에 있는 경우 일반적으로 재료가 두꺼울수록 끝 가장자리의 수직성이 더 좋습니다. 절단 가장자리의 각도 허용 오차는 1~4°입니다. 판 두께가 1mm 미만인 경우 판 두께가 감소함에 따라 절개 각도 편차가 3°~4°에서 15°~25°로 증가합니다.
일반적으로 플라즈마 아크의 에너지는 절단의 아랫부분보다 윗부분에 더 많이 방출된다고 믿어집니다. 에너지 방출의 이러한 불균형은 플라즈마 아크 압축 정도, 절단 속도, 노즐과 작업물 사이의 거리와 같은 많은 공정 매개변수와 밀접한 관련이 있습니다. 아크의 압축을 높이면 고온 플라즈마 제트를 확장하여 보다 균일한 고온 영역을 형성할 수 있으며 동시에 제트의 속도를 높여 윗부분과 아랫부분의 절단 폭 차이를 줄일 수 있습니다. 그러나 기존 노즐의 과도한 압축은 종종 이중 아크를 발생시켜 전극과 노즐을 소모할 뿐만 아니라 공정을 불가능하게 만들 뿐만 아니라 절단의 품질도 저하시킵니다. 또한 속도가 너무 빠르고 노즐 높이가 너무 높으면 윗부분과 아랫부분의 절단 폭 차이가 커집니다.
출처 스타일씨앤씨
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