절단 공정별 주요 변수(플라즈마, 레이저)

1.플라즈마 절단 공정

먼저 플라즈마 절단 공정을 예로 들어보겠습니다. 최대 절단 품질, 노즐과 전극의 수명 및 최대 생산을 달성하기 위해 플라즈마 절단과 관련된 변수를 모두 면밀히 제어해야하고, 그 변수들 사이에 균형이 유지되어야 합니다. 플라즈마 절단 공정에서도 kerf는 공정 동안 제거된 재료의 폭(토치 및 절단 축에 수직)을 의미합니다. kerf는 cutting speed(절단속도), cutting amperage(절단 암페어), standoff 와 같은 세 가지 주요 변수의 영향을 받습니다.

 

①cutting speed

절삭 속도가 kerf에 미치는 영향은 다음과 같습니다. 다른 변수가 일정하다고 했을 때 절삭 속도가 빠를수록 kerf가 좁아집니다. 또 kerf는 관통력 손실이 발생할 때까지 계속 좁아집니다. 반대로 이동 속도가 느리면, 아크 손실이 발생할 때까지 kerf가 넓어집니다.

 

②cutting amperage

Cutting amperage의 경우, 다른 두 변수 상수로 일정할 때 cutting amperage를 늘리면 kerf가 더 커지게 됩니다. 또 전류가 계속 증가하면 노즐이 파괴될 때까지 kerf가 넓어지고, 암페어를 낮추면 kerf가 좁아 져 관통력이 없어질 때까지 절단 각도가 더 커지게 됩니다.

 

③standoff

마지막 주요 변수인 standoff는 피어싱 후 절삭 중 토치와 공작물 사이에 유지되는 거리를 말합니다. 대부분의 최신 시스템은 아크 전압 피드백 시스템을 사용합니다. 만약 아크 전압을 높이면 standoff 거리가 증가하고 kerf가 넓어집니다. 또 standdoff를 계속 늘리면 결국 컷 손실이 발생하게 되고, standoff를 낮추면 kerf가 좁아지고 절단 손실이 발생합니다. 따라서 적절한 standoff를 유지해줘야 하는 것이 중요합니다.

 

2.레이저 절단 공정

다음은 laser-cutting 공정을 예로 들어 설명해보겠습니다. Laser-cutting 의 경우 좋은 절단 결과를 얻기 위해서는 Pulse frequency, cutting gas의 종류와 압력, 노즐의 유형과 직경, cutting 노즐과 공작물 사이의 거리, focal position, cutting speed 등의 다양한 주요 변수들이 중요합니다. 이 중 몇 가지 주요 요소에 대해 설명을 해보겠습니다.

 

①nozzle의 centering

먼저 nozzle은 가공의 정밀도와 생산성 향상을 위해서 정확하게 중심이 맞아야 합니다. 이를 위해서 포커싱 렌즈의 바깥쪽으로 구부러지는 표면은 항상 상단을 가리켜야 하고 깨끗한 상태를 유지해야 하며, 포커스된 레이저 빔이 노즐 구멍 중앙에 위치하도록 설정되어야 합니다. 또 집속된 레이저 빔은 노즐에 대하여 중심에서 최대 +0.002 "의 거리에 위치해야 합니다. 그렇지 않으면 좋은 절단 품질이 되며, 중심이 아닌 레이저 빔은 절단 품질이 방향에 의존하게 할 수 있게 됩니다. 극단적인 경우 절단은 한 방향에서만 매우 좋고 다른 방향에서는 재료가 깨끗하게 절단되지 않거나 심지어 절단되지 않게 됩니다.

 

②focal length

다음 요소인 focal length(초점거리)에 대해 설명해보겠습니다. 일반적으로 5" 및 7.5"인 광학 시스템이 절단에 사용됩니다. 5" 광학 장치의 kerf는 7.5" 광학 장치에 비해 좁아서 동일한 레이저 출력에 대해 더 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 이를 이유로 주로 얇은 재료를 절단하는 경우에 주로 사용됩니다. 7.5" 광학 장치는 5“ 광학 장치에 비해 초점 깊이가 더 큰 장점이 있고 최대 절단 두께가 더 큽니다. 따라서 주로 두꺼운 재료의 절단에 사용되는 것이 좋습니다.

 

③cutting speed

cutting speed의 경우 재료에 맞는 속도를 선정하는 것이 중요합니다. 만약 알맞은 속도를 선정하지 않았을 경우 표면 거칠기가 증가하거나 burr가 형성되고 더 큰 drag line이 생길 수 있습니다.