플라즈마 절단이란 무엇이며 플라즈마 절단기를 사용하는 방법은?

플라스마 절단이란?

플라즈마 절단은 20,000°C 이상의 온도에서 이온화된 가스 제트를 사용하여 절단된 재료를 녹이고 배출하는 용융 공정입니다. 이 열은 금속을 녹이고 가스 흐름이 절단부에서 금속을 배출합니다. 플라즈마 가스는 일반적으로 아르곤, 아르곤/수소 또는 질소입니다.

이 과정에서 전극(음극)과 공작물(양극) 사이에 전기 아크가 발생합니다. 전극은 수냉식 또는 공랭식 가스 노즐에 움푹 들어가 있어 아크를 수축시켜 좁은 고온의 고속 플라즈마 제트를 형성합니다.

플라즈마 제트가 작업물에 부딪히면 재결합이 일어나 가스가 정상 상태로 돌아가면서 강한 열을 방출합니다. 플라즈마 가스는 일반적으로 아르곤, 아르곤/수소 또는 질소입니다. 이러한 불활성 가스는 공기로 대체될 수 있지만 이를 위해서는 하프늄 또는 지르코늄의 특수 전극이 필요합니다.

압축 공기를 사용하면 이 변형된 플라즈마 공정이 탄소-망간 및 스테인리스강을 최대 20mm 두께로 절단하기 위한 순산소 공정과 경쟁이 치열해집니다. 불활성 가스는 반응성 합금의 고품질 절단에 선호됩니다.

플라즈마 아크는 일반 탄소 및 스테인리스강, 알루미늄 및 그 합금, 니켈 합금, 티타늄을 비롯한 매우 광범위한 전기 전도성 합금을 절단할 수 있습니다. 이 방법은 원래 순산소 공정으로 절단할 수 없는 재료를 절단하기 위해 개발되었습니다.

일반적으로 절단할 부품이나 시트는 고정되어 있고 플라즈마 토치는 움직입니다. 또한, 플라즈마 토치는 조작 장비의 가격에 비해 가격이 저렴하기 때문에 절단 테이블에 여러 개의 토치를 장착하는 것이 일반적입니다.

 

플라즈마 절단 작동원리

플라즈마 절단기는 좁은 구멍을 통과하는 가스를 통해 전기 아크를 보냅니다. 기화기의 벤츄리를 통해 흐르는 공기와 같이 가스 흐름이 고속으로 통과하도록 하는 제한된 개구부(노즐). 이 고속 가스는 용융 금속을 절단합니다.

전기적으로 가열된 가스 흐름으로 생각할 수도 있습니다. 나는 그것을 단지 궤도를 도는 것이 아니라 각 원자의 모든 전자가 원자에서 원자로 흐르는 상태로 생각하고 싶습니다. 플라즈마 스트림에서 무슨 일이 일어나고 있는지에 관계없이 금속을 절단하는 것은 매우 쉽습니다.

가스를 통해 흐르는 전기 흐름을 가져와 작은 구멍으로 좁힙니다. 이제 이 흐름은 밀도가 매우 높고 매우 빠르게 움직입니다. 결과 스트림은 쉽게 녹고 대부분의 금속을 통과할 수 있습니다. 플라즈마 토치입니다.

플라즈마 절단 토치는 일반적으로 구리 노즐을 사용하여 아크가 흐르는 가스 흐름을 좁힙니다. 이 아크는 토치의 한 전극에서 다른 전극(일반적으로 절단되는 전도성 재료)으로 점프합니다. 이것은 '이전된 호'입니다. 전극에서 다시 노즐로 바운스되는 '전송되지 않은 아크'를 사용하는 일부 시스템이 있지만 일반적으로 절단에는 사용되지 않습니다.

즉, 플라즈마 절단은 주로 연강, 스테인리스강 및 알루미늄과 같은 전도성 재료에만 사용됩니다. 그러나 구리, 황동, 티타늄, 모넬, 인코넬, 주철 등과 같은 다른 많은 금속 및 합금도 전도성입니다. 문제는 이러한 금속 중 일부의 용융 온도로 인해 우수한 모서리 품질로 절단하기 어렵습니다.

전극은 일반적으로 구리로 만들어지지만 아크가 부착된 금속 인서트가 있습니다. 아크를 직접 붙이면 구리가 너무 빨리 녹기 때문입니다. 텅스텐은 훌륭한 전극 재료이므로 많은 전극에 텅스텐이 삽입되어 있습니다.

일부 작은 손전등은 끝이 뾰족한 전체 텅스텐으로 만든 연필 모양의 전극을 사용합니다. 텅스텐의 문제는 산소가 있는 상태에서 연소된다는 것입니다. 따라서 절단 가스로 산소나 압축 공기를 사용하는 경우 인서트는 하프늄이라는 재료로 만들어집니다. 하프늄은 산소가 있는 곳에서 훨씬 더 오래 지속되지만 아크가 시작될 때마다 조금씩 마모됩니다.

 

플라즈마 토치에 산소를 사용하는 이유는?

아세틸렌 토치에서 산소를 사용하는 것과 같은 이유로 플라즈마 스트림의 산소는 연강과 반응합니다. 따라서 순수한 산소는 연강 또는 "탄소강"을 절단할 때만 사용됩니다. 플라즈마 가스의 산소와 모재 사이의 이러한 화학 반응은 절단 공정을 가속화하고 모서리 품질을 향상시킵니다.

그러나 산소는 스테인리스강이나 알루미늄과 같은 방식으로 반응하지 않기 때문에 질소나 압축 공기(주로 질소임)와 같은 저렴한 가스를 이러한 금속에 사용할 수 있습니다.

다른 특수 가스는 때때로 다른 목적으로 사용됩니다. 아르곤 가스는 플라즈마 마킹에 사용됩니다(완전히 다른 주제). 아르곤과 수소의 혼합물은 두꺼운 스테인리스강이나 알루미늄을 절단할 때 종종 사용됩니다. 어떤 사람들은 더 얇은 스테인리스 스틸을 절단할 때 수소와 질소 또는 메탄과 질소의 혼합물을 사용합니다. 각 혼합물에는 장점(개선된 절단 품질)과 단점(비용 및 취급)이 있습니다.

 

플라즈마 절단기를 사용하는 방법?

1 단계
작업 위치를 선택합니다. 금속을 절단할 계획이기 때문에 금속을 안정적이고 움직임이 자유로운 표면에 놓는 것이 중요합니다. 테이블 역할을 하는 "그리드" 또는 이와 유사한 표면이 완벽합니다.

2 단계
장치를 연결하십시오. 장치가 꺼져 있는지 확인하고 연결하십시오.

3단계
에어를 연결합니다. 외부 공기 압축기를 플라즈마 절단기에 연결합니다. 이것은 플라즈마 스트림이 고압 상태를 유지하도록 하기 위한 것입니다. 연결을 고정하려면 소켓 연결의 외부 플랜지를 뒤로 당기고 플러그 연결을 삽입하십시오.

4단계
에어를 켜십시오. 공기 흐름을 켭니다. 이 경우 레버를 에어 덕트에 수직인 방향에서 인라인 방향으로 90도 회전시킵니다.

5단계
접지 클램프를 부착합니다. 사용 중인 금속을 테이블 위에 놓고 절단하려는 위치에 가깝게 접지 클램프를 부착합니다.

6단계
머신을 켭니다. 기기 뒤의 스위치를 ON으로 설정하여 기기를 켭니다.

7단계
전류를 설정합니다. 이 경우 18ga 시트에 대해 25로 설정했습니다.

8단계
금속을 자르십시오. 총의 방아쇠를 사용하여 플라즈마 절단기를 활성화하십시오. 방아쇠에는 방아쇠를 당기기 전에 들어 올려야 하는 보안 장치가 있습니다. 라우터(노즐 끝)를 금속 가까이에 놓고 노즐 주변의 가이드라인을 사용하여 템플릿을 추적합니다(있는 경우).

9단계
기기를 끕니다. 금속 절단이 끝나면 기계를 끕니다.

10단계
접지 클램프를 분리합니다. 작업 중인 금속에서 접지 클램프를 분리합니다.

11단계
공기를 끕니다. 이 경우 레버를 인라인에서 라인에 수직으로 90도 회전시켜 공기를 차단하십시오.

12단계
모든 호스를 감습니다. 플라즈마 건 라인, 항공사 및 지상 라인을 마무리합니다.

 

 

결과 향상을 위한 플라즈마 절단 팁

팁 1: 올바른 플라즈마 절단기 선택
플라즈마 절단기를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 주요 요소는 출력 전력, 절단 속도, 입력 전력, 듀티 사이클, 무게와 크기입니다. 기계를 선택할 때 가장 자주 수행하는 작업을 고려하십시오.

출력 파워
필요한 출력은 주로 절단할 재료의 두께와 유형에 따라 다릅니다. 두 가지 표준: 공칭 및 단면 절단. 공칭 절단은 작업자가 분당 15인치(IPM)의 속도로 수동으로 절단할 수 있는 부드러운 금속의 두께입니다. 두꺼운 절단은 플라즈마 절단기가 처리할 수 있는 최대 두께입니다. 이동 속도가 느려지고 절단 부위를 청소해야 할 수 있습니다.

절단 속도
이것은 일반적으로 분당 인치(IPM)로 보고됩니다. 1/2인치 재료를 절단하는 기계는 5분이 소요되는 반면 다른 기계는 1분이 소요됩니다. 절단 속도는 생산 시간에 상당한 차이를 만듭니다.

입력 전원
항상 같은 장소에서 플라즈마 절단기를 사용하십니까, 아니면 휴대성과 다양한 전원을 사용할 수 있는 기능이 필요하십니까? 다양한 성능 옵션을 제공하는 플라즈마 절단기를 찾으십시오. 일부는 120볼트에서 240볼트로 전환할 수 있습니다.

듀티 사이클
듀티 사이클은 기계가 과열 없이 10분 주기로 차단할 수 있는 시간입니다. 기계의 듀티 사이클이 60%인 경우 기계는 10분 중 6분 동안 계속 작동할 수 있으며 나머지 4분 동안 냉각해야 합니다. 긴 절단 작업을 할 때, 생산성이 높은 작업을 실행할 때 또는 더운 환경에서 장비를 사용할 때 더 큰 듀티 사이클이 중요합니다.

무게와 크기
휴대성이 중요하다면 무게가 45파운드 미만인 휴대용 장치가 많이 있습니다.

팁 2: 설명서 읽기
플라즈마 절단기의 안전하고 올바른 작동에 익숙해지려면 사용 설명서를 주의 깊게 읽으십시오. 이것은 플라즈마 절단기의 기능을 최적화하고 기계의 안전한 사용을 촉진하는 데 도움이 됩니다.

팁 3: 설정에 주의
접지 클램프는 금속을 청소할 때만 부착하십시오. 필요한 경우 전기 흐름을 방해하는 녹이나 페인트를 연마하십시오.
또한 접지 클램프를 절단부 또는 가능한 경우 공작물 자체에 최대한 가깝게 배치하십시오. 케이블에 마모된 부분, 느슨한 연결 또는 불필요하게 전류 흐름을 방해할 수 있는 모든 것이 있는지 확인하십시오.
절단 장치의 전류 또는 열을 올바른 수준으로 조정하려면 높은 전류로 몇 가지 연습 절단을 수행하십시오. 그런 다음 운전 속도에 따라 전류를 줄일 수 있습니다. 암페어가 너무 높거나 주행 속도가 너무 느린 경우 절단되는 재료가 뜨거워져 옴이 생길 수 있습니다.

팁 4: 자르기 전에 경로 추적
방아쇠를 당기지 않고 절단하려는 경로를 추적하십시오. 긴 컷의 경우 방아쇠를 당기기 전에 움직임을 연습하여 연속 컷을 만들기에 충분한 자유도가 있는지 확인하십시오. 같은 위치에서 중지하고 다시 시작하는 것은 어렵고 일반적으로 절단 모서리에 불규칙한 결과를 초래합니다.
작업할 동일한 재료로 패턴 컷을 할 수도 있습니다. 이렇게 하면 올바른 설정과 순항 속도를 사용하고 있는지 확인할 수 있습니다.

팁 5: 적절한 기술 사용
자르지 않은 손을 다른 손의 지지대로 사용합니다. 이렇게 하면 절단 손이 안정되고 모든 방향으로 자유롭게 움직일 수 있으며 일정한 1/16 "~ 1/8" 간격을 유지하는 데 도움이 됩니다. 대부분의 사람들은 손전등을 밀어내는 것보다 몸쪽으로 당기는 것이 더 쉽다는 점에 유의하십시오.
1/16 "~ 1/8"의 간격을 유지하면 소형 기계의 절단 용량이 증가하고 소모품의 수명이 연장됩니다.
장비에 견인 가드가 장착되어 있는 경우 견인 가드를 사용하십시오. 이를 통해 절단 품질과 소모품 수명에 부정적인 영향을 미치는 팁으로 금속을 건드리지 않고 최적의 거리를 유지하면서 작업물에 토치를 놓을 수 있습니다.
토치를 모재의 가장자리에 최대한 가깝게 배치하여 절단을 시작합니다. 트리거를 눌러 바이어스 전류를 시작합니다. 파일럿 아크에 불이 들어온 다음 절단 아크가 켜집니다. 절단 아크가 시작되면 토치를 금속 위로 천천히 움직입니다.
절단 불꽃이 금속 바닥에서 나오도록 속도를 조정하십시오. 절단이 끝나면 토치를 절단 끝쪽으로 약간 기울이거나 잠시 멈추어 절단을 완료하십시오. 버너와 소모품을 식히기 위해 방아쇠를 놓은 직후 후류 공기가 남습니다.

 

팁 6: 소모품 확인
팁이나 전극이 마모되거나 손상되면 절단 품질에 영향을 미칩니다. 따라서 정기적으로 소모품을 확인하십시오. 팁 구멍이 불규칙하거나 튀김으로 덮인 경우 폐기하십시오. 전극 팁이 구덩이를 형성하면 폐기하십시오.
소모품은 절단할 때마다 마모되지만 공기 공급의 습기, 지나치게 두꺼운 재료 절단 또는 열악한 기술과 같은 요인으로 인해 소모품 품질이 저하됩니다. 최상의 절단 품질을 위해 팁과 전극을 함께 교체하는 것이 좋습니다.
소모품 홀더를 너무 세게 조이지 마십시오. 내부 부품은 실제로 호를 생성하기 위해 이동(분리)해야 합니다. 따라서 손가락을 사용하여 컵을 조이면 됩니다.

팁 7: 이동 속도를 확인하세요.
(특히 알루미늄의 경우) 속도가 빠를수록 절단이 더 깨끗해집니다. 두꺼운 재료를 절단할 때는 기계를 최대 출력으로 설정하고 주행 속도를 변경하십시오. 더 얇은 재료의 경우 암페어를 줄이고 암페어가 낮은 팁으로 전환하여 좁은 커프를 만듭니다.
적절한 이동 속도에서 호는 이동 방향에 대해 15~20도 각도로 재료에서 나와야 합니다. 똑바로 내려가면 너무 느리게 움직인다는 뜻입니다. 다시 튀는 경우 너무 빨리 움직이고 있음을 의미합니다.
적절한 속도로 이동하고 적절한 양의 열을 사용하면 절단면 아래쪽에 옴이 적고 금속의 왜곡이 거의 또는 전혀 없는 매우 깨끗한 절단을 얻을 수 있습니다.

팁 8: 안전 절차를 따르십시오
적절한 플라즈마 안전을 위해 노출된 피부를 보호해야 합니다. 용접 장갑과 용접 코트 또는 기타 난연성 의류가 필요합니다. 셔츠 소맷단, 주머니, 칼라에 단추를 달아 불꽃이 튀는 것을 방지하십시오.
사용하려는 플라즈마 절단기에 적합한 섀도우 렌즈로 눈을 보호하십시오. 작동 지침은 현재 강도에 필요한 색상을 나타냅니다. 기존 플라즈마 절단/산소 연료 고글 또는 절단 모드가 있는 용접 헬멧을 사용할 수 있습니다.
모든 플라즈마 절단 작업에서는 안전 절차를 철저히 따라야 합니다.

 

플라즈마 절단의 장점과 단점

◇ 플라즈마 절단의 장점

▷ 모든 전도성 물질을 절단할 수 있습니다. 화염 절단은 두꺼운 금속 절단에도 적합하지만 철금속에만 국한됩니다.
▷ 최대 50mm 두께의 우수한 품질.
▷ 최대 두께는 150mm입니다.
▷ 중간 두께 절단용으로 비교적 저렴합니다.
▷ 중간 두께의 스테인리스 스틸과 알루미늄을 절단하는 가장 좋은 방법입니다.
▷ 높은 정밀도와 반복성을 제공하기 위해 CNC 기계를 사용할 수 있습니다.
▷ 물에서 절단될 수 있으므로 HAZ가 더 작아집니다. 또한 소음 수준을 줄입니다.
▷ 화염 절단에 비해 절단 절단이 더 작습니다.
▷ 산소 연료보다 빠른 절단 속도.

 

◇ 플라즈마 절단의 단점

▷ 레이저 절단에 비해 더 큰 HAZ.
▷ 더 얇은 시트와 플레이트의 품질은 레이저 절단만큼 좋지 않습니다.
▷ 공차는 레이저 절단만큼 정확하지 않습니다.
▷ 워터젯 또는 화염 절단과 같은 두께에 도달하지 않습니다.
▷ 워터젯이 없는 HAZ를 남깁니다.
▷ 레이저 절단보다 더 넓은 절단.