산소절단이란?- 공정, 장단점

산소 절단이란?

순산소 용접 및 순산소 절단은 연료 가스(또는 가솔린이나 휘발유와 같은 액체 연료)와 산소를 사용하여 금속을 용접하거나 절단하는 공정입니다. 프랑스 엔지니어 Edmond Fouche와 Charles Picard는 1903년에 최초로 산소-아세틸렌 용접을 개발했습니다.

공기 대신 순수 산소를 사용하여 화염 온도를 높여 실내 환경에서 공작물 재료(예: 강철)를 국부적으로 녹일 수 있습니다.

일반적인 프로판/공기 화염은 약 2,250K(1,980°C, 3,590°F)에서, 프로판/산소 화염은 약 2,526K(2,253°C, 4,087°F)에서, 산소수소 화염은 3,073K(2,80°C)에서 연소합니다. °C, 5,072°F) 및 아세틸렌/산소 불꽃은 약 3,773K(3,500°C, 6,332°F)에서 연소됩니다.

절단하기 전에 절단 토치는 강철을 시작점의 점화 온도로 예열해야 합니다. 약 960°C의 이 온도(합금 유형에 따라 다름)에서 강철은 산소에 대한 보호 특성을 상실하고 여전히 고체입니다.

그런 다음 순수한 산소는 가열된 영역의 노즐을 통해 전달됩니다. 이 미세하고 고압의 산소 흐름은 발열 반응에 의해 예열되고 보호되지 않은 강철을 산화된 액체 강철로 변화시킵니다.

이 슬래그는 강철보다 융점이 낮기 때문에 산소 흐름은 산화되지 않은 고체 강철에 영향을 주지 않고 액체 슬래그를 공동 밖으로 불어낼 수 있습니다. 이 발열 반응은 연속적인 과정이며 토치가 움직일 때 절단을 생성합니다. 발열 반응을 계속 작동시키기 위해 절단 토치는 절단 중에 강철을 가열 상태로 유지합니다.

산화물이 모재 자체보다 녹는점이 낮은 금속만 이 공정으로 절단할 수 있습니다. 그렇지 않으면 금속이 산화되자마자 보호 껍질을 형성하여 산화를 종료합니다. 연강과 일부 저합금만이 위의 조건을 충족하며 순산소 공정으로 효과적으로 절단할 수 있습니다.

 

 

산소절단 공정 작동원리

순산소 절단은 순수한 산소와 강철 사이의 화학 반응으로 산화철을 형성합니다. 신속하고 통제된 부식으로 설명할 수 있습니다. 예열 화염은 강철의 표면이나 가장자리를 약 1800°F(밝은 빨간색)까지 올리는 데 사용됩니다.

그런 다음 순수한 산소는 미세한 고압 흐름으로 가열된 영역으로 향하게 됩니다. 강이 산화되고 날아가 캐비티를 형성함에 따라 예열과 산소 흐름이 일정한 속도로 이동하여 연속 절단을 형성합니다.

산화물이 모재 자체보다 녹는점이 낮은 금속만 이 공정으로 절단할 수 있습니다. 그렇지 않으면 금속이 산화되자마자 보호 껍질을 형성하여 산화를 종료합니다. 저탄소강과 일부 저합금만이 위의 조건을 충족하며 순산소 공정으로 효과적으로 절단할 수 있습니다.

모든 작동 방식의 기본 사항은 다음과 같습니다.

1단계: 예열
강철 절단을 시작하기 전에 약 1800°F의 점화 온도까지 가열해야 합니다. 이 온도에서 강철은 쉽게 산소와 반응합니다. 열은 산소 연료 토치의 예열 화염에 의해 제공됩니다. 토치 내부에서 연료 가스는 산소와 혼합되어 고인화성 혼합물을 생성합니다.

노즐에는 가연성 가스 혼합물을 여러 개의 작은 제트로 집중시키기 위해 원형 패턴으로 배열된 여러 개의 구멍이 있습니다. 연료-산소 혼합물은 노즐 외부에서 점화되고 예열 화염은 노즐 팁 바로 외부에서 형성됩니다.

일반적으로 사용되는 연료 가스에는 아세틸렌, 프로판, 천연 가스 및 기타 몇 가지 혼합 가스가 있습니다. 연료 대 산소 비율을 조정함으로써 화염은 가능한 가장 작은 화염에서 가능한 가장 높은 온도를 생성하도록 조정됩니다. 이것은 강판 표면의 작은 영역에 열을 집중시킵니다.

2단계: 피어싱
플레이트의 표면이나 가장자리가 점화 온도에 도달하면 순수한 산소 제트가 켜져 플레이트를 관통하기 시작합니다. 이를 "절단 산소"라고 하며 노즐 중앙의 단일 구멍에 의해 제트가 형성됩니다.

절단 산소 흐름이 예열된 강철에 닿으면 빠른 산화 과정이 시작됩니다. 이때부터 진정한 재미가 시작됩니다. 산화 과정을 발열 반응이라고 하며 시작하는 데 필요한 것보다 더 많은 열을 방출합니다.

산화된 강철은 용융 슬래그의 형태를 취하며, 용융 슬래그는 산소 흐름이 플레이트를 완전히 관통할 수 있도록 방해가 되지 않도록 해야 합니다. 플레이트의 두께에 따라 몇 초에서 몇 초까지 걸릴 수 있습니다.

이 시간 동안 절단 산소 흐름이 플레이트 속으로 점점 더 깊이 들어가고 용융 슬래그가 피어싱 구멍에서 불어납니다. 이로 인해 거대한 용강 간헐천이 생성될 수 있으며, 제대로 수행될 경우 판 위에 슬래그의 작은 웅덩이가 생길 수 있습니다.

3단계: 절단
절단 산소 흐름이 플레이트를 완전히 통과하면 토치가 일정한 속도로 움직이기 시작하여 연속 절단을 형성할 수 있습니다. 이 단계에서 형성된 용융 슬래그는 판의 바닥으로 날아갑니다.

산소와 강철 사이의 화학 반응에 의해 발산되는 열은 절단 바로 앞의 판을 예열하지만 예열 화염 없이 절단할 만큼 충분히 안정적이지 않습니다. 따라서 예열 불꽃은 절단 내내 계속 유지되어 토치가 움직일 때 플레이트에 열을 더합니다.

이것들은 기본입니다. 그러나 속도, 절단 산소 압력, 예열 화염 조정, 절단 높이, 판 온도 등 절단 날의 품질에 영향을 미치는 다른 많은 요소가 있습니다.

 

플라즈마와 비교한 산소 연료의 특성

재료
순산소 절단은 연강 절단에 사용됩니다. 산화물이 모재 자체보다 녹는점이 낮은 금속만 이 공정으로 절단할 수 있습니다. 그렇지 않으면 금속이 산화되자마자 보호 껍질을 형성하여 산화를 종료합니다. 연강 및 일부 저합금만 위의 조건을 충족합니다.

벽 두께
산소 연료를 사용하면 플라즈마보다 두꺼운 벽 재료를 절단할 수 있습니다. 플라즈마는 비슷한 두께에 도달하는 데 필요한 엄청난 양의 에너지 때문에 두꺼운 벽을 절단할 수 없습니다.

절단 각도
산소 연료는 산소 빔의 농도 때문에 최대 70°(플라즈마의 경우 45°)까지 더 가파른 각도로 절단할 수 있습니다.

스트레이트 컷
플라즈마 빔은 각도가 너무 가파르면 편향되는 경향이 있습니다. 그러나 이러한 편향은 자동화로 보상될 수 있습니다.

비용
순산소는 플라즈마 절단보다 경제적인 솔루션입니다. 초기 투자 비용, 소모품 및 운영 비용이 모두 플라즈마 절단보다 저렴합니다. 그러나 처리 속도는 일반적으로 20mm 벽 두께 범위보다 낮습니다(중공업 산업의 3D 프로파일링 고려).

 

산소절단 장점 및 단점

산소 연료 절단 응용 분야에서는 연료 가스와 산소를 사용하여 절단 화염을 생성합니다. Messer Cutting Systems는 아세틸렌, MAPP, 프로판, 천연 가스를 포함한 가스와 요구 사항과 관련된 정보를 공급합니다.

 

장점
▷ 직선적인 품질과 높은 정확도.
▷ 베벨 스트립 절단.
▷ 최대 4인치(101밀리미터)에서 5인치(127밀리미터) 두께의 연강을 뚫습니다.
▷ 모서리를 시작하고 강철을 10인치(254밀리미터)에서 12인치(304밀리미터) 두께로 자릅니다.
▷ 여러 개의 토치를 사용하여 여러 부품을 생산하여 시간과 노동력을 줄입니다.

단점
▷ 일반적인 상황에서는 스테인리스강을 절단할 수 없습니다.
▷ 플라즈마 절단에 비해 절단 속도가 느립니다.
▷ 얇은 재료 절단은 뒤틀릴 수 있습니다.
▷ 철두께의 2배보다 작은 구멍을 만들기 어렵다.