고밀도 가스체, 아크빔 연속 이행시켜 금속 절단
사용하는 가스 및 절단 구조따라 장비 종류도 다양
채널사인 가공 장비로 플라즈마에 대한 업계의 관심이 높아지고 있다.
채널의 주소재인 스테인리스 스틸, 갤브, 알루미늄 등의 절단이 용이해 채널업을 위한 필수장비라는 인식도 높아지고 있다. 이에따라 플라즈마의 보급률이 점차 상승하고 있지만 아직 보급 초반이라 장비에 대한 정보나 이해력이 부족한 편이다.
따라서 다양한 장비 가운데 어떤 장비를 선택해야 할지 몰라 고민하는 경우가 종종 있으며, 무조건 공급사의 말만 믿고 따랐다가 손해를 보기도 한다. 이에 플라즈마 장비에 대한 기본적인 이해를 돕고, 선택 기준 및 활용 방안을 가이드하고자 ‘플라즈마 무엇에 쓰는 물건인고’라는 제하의 기획연재를 마련했다.
이번호에는 지난호에 이어 ‘플라즈마란 무엇인가(下)’를 게재하며, 플라즈마 커팅 원리와 장비의 종류에 대해 짚어본다.
플라즈마 어떻게 금속 절단하나
플라즈마 절단기로 금속을 절단할 때는 고압의 플라즈마 가스를 활용해 토치로부터 흘러 나오는 전기 에너지를 절단하고자 하는 소재에 전달한다. 즉, 고열로 소재를 순간적으로 녹이고, 이때 용융된 소재는 다시 고압가스로 인해 떨어져 나간다.
플라즈마 절단 방법에는 ‘플라즈마 제트법(Plasma Jet Mode)’과 ‘아크 절단법(Plasma Arc cutting mode)’이 있다.
전자는 토치 선단에서 주전원 모두를 아크 이행시켜서 발생한 높은 열의 아크빔으로 부도체인 비금속을 절단하는 방법이고, 후자는 도체인 피 절단재와 아크를 이행시켜 발생하는 좁고 순간적인 아크빔의 연속 이송으로 절단하는 방식이다.
아크절단시 발생되는 아크빔은 토치에서 만들어진다.
음(-)극과 양(+)극 사이의 간극에서 3,000V를 웃도는 전위차로 인해 많은 전자 이온이 발생하고 이는 유속에 의해 밀려나서 고밀도 가스체 즉, 아크빔이 된다.
이 아크빔은 전기를 잘 통하는 이온화 상태이기 때문에 피 절단재와 아크를 이행시키면 주전원이 순간적으로 이동하면서 전자 이온이 팁 노즐로 연속적으로 이행하게 된다.
플라즈마의 기본 구성 및 종류는
플라즈마는 기본적으로 전원 공급 장치, 아크 선단 회로, 토치 등으로 구성된다.
전원은 DC 전원을 사용하며, 개방 회로 전압은 240~400 VDC다. 전원 공급 장치는 이온화된 플라즈마 아크를 유지하기 위해 정확한 에너지를 제공하는 주요 기능을 담당하고 있으며, 출력 전류량이 바로 절단 속도와 두께를 결정짓는다.
아크 선단 회로는 약 2MHz에서 5,000~ 10,000볼트의 전압을 생성하는 고주파 발전기 회로다.
이 전압은 가스를 이온화하는데 사용되는 높은 강도의 아크를 발생시키는데 사용되고, 이 과정에서 플라즈마가 생성된다.
토치는 소모될 수 있는 노즐과 전기를 보호하는 역할을 하며, 이들 장치로부터 물이나 가스를 냉각시켜주는 기능을 제공한다.
또한 그 노즐과 전기는 플라즈마 분출구를 제한하거나 유지시켜준다.
플라즈마 절단기는 그 종류 또한 다양하다. 사용하는 기체의 종류나 기계 구조에 따라 질소플라즈마 절단기, 가스플라즈마 절단기, 에어플라즈마 절단기, 산소 플라즈마 절단기, 레이저빔 절단기, 수중 절단기 등으로 구분된다.
질소플라즈마 절단기는 플라즈마 초창기 모델로 질소를 사용하며, 얇은 판재를 절단하더라도 드랙이 잘 붙지 않는 장점이 있다.
가스플라즈마 절단기는 알곤을 플라즈마 발생 매체가스로 사용하며, 비철금속 절단에 범용적으로 활용되는 기종이다.
압축공기를 플라즈마 발생 매개체로 하는 에어플라즈마 절단기는 운영비를 절감할 수 있고, 소형화할 수 있어 이동이 쉽다는 장점을 지닌다.
이밖에도 레이저빔을 탑재한 레이저빔 절단기, 고압에 연마제를 넣어 절단하는 워터 제트 절단기, 수중에서 절단을 처리해 흄 발생이 없는 수중 절단기 등이 있다. 또한 고품질 절단에 최적화된 산소플라즈마 절단기도 있다.
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