플라즈마 절단
Plasma cutting
플라즈마 커팅은 고온 플라즈마의 가속 제트를 통해 전기 전도성 물질을 절단하는 공정입니다.플라즈마 토치로 절단되는 일반적인 재료에는 강철, 스테인리스강, 알루미늄, 황동 및 구리가 포함되지만 다른 전도성 금속도 절단될 수 있습니다.플라즈마 절삭은 제조 공장, 자동차 수리 및 복구, 산업 건설, 인양 및 폐기 작업에 자주 사용됩니다.플라즈마 커팅은 고속으로 정밀하게 삭감할 수 있는 동시에 저비용으로 대규모 산업용 CNC 어플리케이션부터 소규모 취미용 숍까지 폭넓게 이용되고 있습니다.
기본적인 플라즈마 절단 프로세스에서는 절단할 공작물을 통해 과열된 전기 이온화된 가스(즉, 플라즈마)의 전기 채널을 생성하여 접지 클램프를 통해 플라즈마 절단기로 돌아가는 완성된 전기 회로를 형성합니다.이는 압축 가스(절단되는 재료에 따라 산소, 공기, 불활성 등)에 의해 이루어지며, 압축 가스는 초점 노즐을 통해 공작물을 향해 고속으로 뿜어져 나옵니다.다음으로 가스 노즐에 근접 또는 일체화된 전극과 공작물 자체 사이에 가스 내에 전기 아크가 형성된다.전기 아크는 일부 가스를 이온화시켜 플라즈마의 전기 전도성 채널을 만듭니다.커터 토치의 전류가 이 플라즈마를 따라 흐르면서 공작물을 녹일 수 있는 충분한 열을 전달합니다.동시에 고속 플라즈마 및 압축가스의 대부분은 뜨거운 용융금속을 날려보냄으로써 공작물을 분리, 즉 절단한다.
플라즈마 절단은 얇고 두꺼운 재료를 똑같이 절삭하는 효과적인 방법입니다.휴대용 토치는 보통 최대 38mm(1.5인치) 두께의 강판을 절단할 수 있으며, 더 강력한 컴퓨터 제어 토치는 최대 150mm(6인치) [1]두께의 강철을 절단할 수 있습니다.플라즈마 커터는 절단할 때 매우 뜨겁고 국소적인 "원추"를 생성하기 때문에, 판금을 곡면 또는 각진 모양으로 절단하는 데 매우 유용합니다.
호는 3단계 프로세스로 생성됩니다.고전압 스파크가 토치 헤드 내부의 공기를 잠시 이온화합니다.이렇게 하면 공기가 전도되고 "파일럿 아크"가 형성됩니다.파일럿 아크는 토치 헤드 내에서 형성되며, 전류가 전극에서 토치 헤드 내부의 노즐로 흐릅니다.파일럿 아크는 이 단계에서 소모품 부품인 노즐을 연소시킵니다.그러면 공기가 노즐을 향해 분출하여 전극에서 워크로 전류 경로를 제공합니다.제어 시스템은 전극에서 워크로 흐르는 전류를 감지하면 노즐과의 전기적 연결을 차단합니다.전류는 전극에서 워크로 흐르며 노즐 외부에 아크가 형성됩니다.그러면 노즐을 연소시키지 않고 절삭 작업을 진행할 수 있습니다.노즐 수명은 절단 시간이 아니라 아크 시작 횟수에 의해 제한됩니다.
역사
플라즈마 커팅은 1960년대 플라즈마 용접으로 성장했고 1980년대 [2]판금 및 판금을 절단하는 매우 생산적인 방법으로 떠올랐다.기존의 "금속 대 금속" 절삭보다 금속 칩을 생산하지 않고, 정확한 절삭을 제공하며, 옥시 연료 절삭보다 깨끗한 가장자리를 생산한다는 장점이 있었습니다.초기 플라즈마 커터는 크기가 크고 다소 느리고 비용이 많이 들기 때문에 "대량 생산" 모드에서 절단 패턴을 반복하는 데 전념하는 경향이 있었습니다.
다른 공작 기계와 마찬가지로 1980년대 후반부터 1990년대까지 CNC(컴퓨터 수치 제어) 기술이 플라즈마 절단 기계에 적용되어 플라즈마 절단 기계가 수치 [3]제어에 프로그래밍된 일련의 명령을 기반으로 "필요에 따라" 다양한 형상을 절단할 수 있는 유연성이 향상되었습니다.그러나 이러한 CNC 플라즈마 절단기는 일반적으로 2개의 운동축(X Y 절단)만을 사용하여 절단 패턴과 강철 평판의 부품에 한정되었습니다.
안전.
아크아이라고 불리는 눈의 손상과 파편에 의한 손상을 예방하기 위해서는 적절한 눈 보호와 얼굴 보호막이 필요하다.녹색 렌즈 쉐이딩 #5를 사용하는 것이 좋습니다.OSHA는 300A 미만의 아크 전류에 대해 그늘 8을 권고하지만, "이 값은 실제 호가 명확히 보이는 곳에 적용된다.경험에 따르면 [4]아크가 공작물에 의해 가려질 때 보다 가벼운 필터를 사용할 수 있습니다."플라즈마 절단 장비 제조업체인 링컨 전기는 "일반적으로 7~9번 어두운 색조가 허용됩니다."라고 말한다.또 다른 제조업체인 Life Global, Inc.는 저암페어에서의 [citation needed]플라즈마 아크 절단을 위해 보다 구체적인 눈 보호 테이블을 제공합니다.
| 현재의 | 최소 음영 (ANSI Z87.1+) |
|---|---|
| 0 ~ 20 A | #4 |
| 20 ~ 40 A | #5 |
| 40 ~ 60 A | #6 |
| 60 ~ 80 A | #8 |
불꽃이나 뜨거운 [5]금속에 의한 화상을 방지하기 위해 가죽 장갑, 앞치마, 재킷도 권장됩니다.
가연성 액체, 물질 및 가스가 없는 깨끗한 장소에서 작업하는 것은 매우 중요합니다.플라즈마 커터의 불꽃과 뜨거운 금속은 가연성 물질로부터 분리되지 않으면 빠르게 화재를 일으킬 수 있습니다.플라즈마 커터는 특정 상황에서 최대 5피트 떨어진 곳에서 뜨거운 불꽃을 날릴 수 있습니다.기계의 작동자는 일반적으로 얼굴 보호막 뒤에 있기 때문에 시작된 모든 화재에 대해 눈이 멀게 됩니다.작업장에 화재 [6]위험이 없도록 안전 예방 조치를 취하십시오.
기동 방법
플라즈마 커터는 여러 가지 방법을 사용하여 아크를 시작합니다.일부 유닛에서는 토치를 워크피스에 접촉시킴으로써 아크가 생성됩니다.일부 커터는 고전압 고주파 회로를 사용하여 아크를 시작합니다.이 방법에는 감전 위험, 수리 난이도, 스파크 갭 유지, 다량의 무선 주파수 [7]방출 등 여러 단점이 있습니다.CNC 하드웨어나 컴퓨터 등 민감한 전자기기 근처에서 작동하는 플라즈마 커터는 다른 방법으로 파일럿 아크를 시작합니다.노즐과 전극이 접촉합니다.노즐은 음극이고 전극은 양극입니다.플라즈마 가스가 흐르기 시작하면 노즐이 앞으로 뿜어져 나옵니다.세 번째 덜 일반적인 방법은 실리콘 제어 정류기를 통한 1차 회로로의 용량성 방전이다.
인버터 플라즈마 커터
아날로그 플라즈마 커터는 일반적으로 2kW 이상의 전력을 필요로 하며, 고주파 변압기를 사용합니다.인버터 플라즈마 커터는 DC로 공급되는 주전원을 교정하여 10kHz ~ 약 200kHz 사이의 고주파 트랜지스터 인버터에 공급합니다.스위칭 주파수가 높을수록 변압기를 소형화할 수 있어 전체적인 크기와 무게를 줄일 수 있습니다.
사용된 트랜지스터는 처음에는 MOSFET이었지만 지금은 IGBT를 점점 더 많이 사용하고 있습니다.병렬 연결된 MOSFET의 경우 트랜지스터 중 하나가 조기에 활성화되면 인버터의 1/4이 계단식 고장 날 수 있습니다.이후 발명품인 IGBT는 이 장애 모드에 해당되지 않습니다.IGBT는 일반적으로 MOSFET 트랜지스터를 충분히 병렬화할 수 없는 고전류 기계에서 찾을 수 있습니다.
스위치 모드 토폴로지는 듀얼 트랜지스터 오프라인 포워드 컨버터라고 불립니다.일부 인버터 플라즈마 커터는 가볍고 강력하지만, 특히 역률 보정이 없는 커터는 제너레이터에서 실행할 수 없습니다(즉, 인버터 유닛 제조사는 이를 금지하고 있으며, 작고 가벼운 휴대용 제너레이터에만 유효합니다).그러나 새로운 모델에는 역률 보정이 없는 유닛을 경량 발전기로 구동할 수 있는 내부 회로가 있습니다.
CNC 절단 방법
플라즈마 커터 제조원에 따라서는 CNC 커터 테이블을 제작하고, 커터를 테이블에 내장하고 있는 경우도 있습니다.CNC 테이블을 사용하면 컴퓨터가 토치 헤드를 제어하여 깔끔하게 절단할 수 있습니다.최신 CNC 플라즈마 장비는 두꺼운 재료의 다축 절삭이 가능하므로 그렇지 않으면 불가능한 복잡한 용접 심을 사용할 수 있습니다.얇은 재료의 경우 레이저 커터의 우수한 구멍 절단 능력 덕분에 플라즈마 커팅이 레이저 커팅으로 점차 대체되고 있습니다.
CNC 플라즈마 커터는 HVAC 업계에서 전문적으로 사용되어 왔습니다.소프트웨어는 덕트 장치에 대한 정보를 처리하고 플라즈마 토치에 의해 절단 테이블 위에 절단될 평평한 패턴을 생성합니다.이 기술은 1980년대 초 도입된 이후 업계에서 생산성을 크게 향상시켰습니다.
CNC 플라즈마 커터는 장식용 금속 세공품을 만들기 위해 많은 작업장에서 사용됩니다.예를 들어, 상업 및 주거용 간판, 벽면 아트, 주소 표시, 야외 정원 아트 등이 있습니다.
최근 몇 년간 훨씬 더 많은 발전이 있었다.기존에는 기계의 절단대가 수평이었지만 이제는 수직 CNC 플라즈마 절단기를 사용할 수 있게 되어 설치 면적이 줄어들고 유연성이 향상되며 안전성이 최적화되고 조작이 빨라졌습니다.
CNC 플라즈마 절단 구성
CNC 플라즈마 절단에는 크게 세 가지 구성이 있으며 가공 전 재료의 형태와 커팅 헤드의 유연성에 따라 크게 구분됩니다.
2차원 / 2축 플라즈마 절단
이것은 CNC 플라즈마 절삭의 가장 일반적이고 일반적인 형태입니다.절단 가장자리가 재료 표면과 90도 위치에 있는 평면 프로파일을 생성합니다.고출력 cnc 플라즈마 커팅베드는 금속판에서 최대 150mm [1]두께의 프로파일을 절단할 수 있는 방식으로 구성됩니다.
3차원 / 3+축 플라즈마 절단
다시, 판금 또는 판금으로부터 평탄한 프로파일을 작성하는 공정이지만, CNC 플라즈마 절단기의 절단 헤드는 추가 회전축의 도입에 의해 기존의 2차원 절단 경로를 통과하면서 기울어질 수 있다.그 결과 재료 표면과 90도 이외의 각도(예: 30-45도 각도)에서 가장자리가 절단됩니다.이 각도는 재료 두께 전체에 걸쳐 연속적입니다.이는 일반적으로 각진 가장자리가 용접 준비의 일부를 구성하기 때문에 절단되는 프로파일을 용접 제작의 일부로 사용해야 하는 경우에 적용됩니다.CNC Plasma Cuting 공정에서 용접 준비를 하면 연삭이나 가공 등의 2차 작업을 피할 [1]수 있어 비용을 절감할 수 있습니다.또한 3차원 플라즈마 절삭의 각도 절삭 기능을 사용하여 접시 구멍과 프로파일 구멍의 모따기 모서리를 만들 수 있습니다.
튜브 및 단면 플라즈마 절단
튜브, 파이프 또는 모든 형태의 긴 단면을 처리하는 데 사용됩니다.일반적으로 플라즈마 커팅 헤드는 공작물이 세로 [1]축을 중심으로 이송되고 회전하는 동안 정지 상태를 유지합니다.3차원 플라즈마 커팅과 마찬가지로 커팅 헤드가 기울고 회전할 수 있는 구성이 있습니다.이를 통해 튜브 또는 섹션의 두께를 통해 비스듬히 절단할 수 있으며, 절단된 파이프가 직선 가장자리 대신 용접 준비와 함께 제공될 수 있는 프로세스 파이프 구조의 제작에서 일반적으로 활용됩니다.
새로운 테크놀로지
지난 10년 동안 플라즈마 토치 제조업체는 더 작은 노즐과 더 얇은 플라즈마 아크를 가진 새로운 모델을 개발했습니다.이를 통해 플라즈마 절단 모서리에 거의 레이저에 가까운 정밀도를 제공할 수 있습니다.여러 제조업체에서 정밀 CNC 제어와 이러한 토치를 결합하여 제조사가 거의 또는 전혀 마감을 필요로 하지 않는 부품을 생산할 수 있도록 했습니다.
사용된 트랜지스터는 처음에는 MOSFET이었지만 지금은 IGBT를 점점 더 많이 사용하고 있습니다.병렬 연결된 MOSFET의 경우 트랜지스터 중 하나가 조기에 활성화되면 인버터의 1/4이 계단식 고장 날 수 있습니다.이후 발명품인 IGBT는 이 장애 모드에 해당되지 않습니다.IGBT는 일반적으로 충분한 MOSFET 트랜지스터를 병렬화할 수 없는 고전류 기계에서 찾을 수 있습니다.
비용.
플라즈마 횃불은 한때 꽤 비쌌다.이러한 이유로, 그것들은 보통 전문 용접 공장이나 매우 잘 구비된 개인 차고나 가게에서만 볼 수 있었다.하지만, 현대의 플라즈마 횃불은 점점 더 저렴해지고 있고,[8] 지금은 많은 취미 생활자들의 가격대인 300달러 미만이다.인버터 테크놀로지를 탑재한 일부 신형 유닛은 매우 무겁지만 휴대성이 뛰어난 반면, 인버터 테크놀로지를 탑재한 일부 신형 유닛은 무게가 조금밖에 되지 않지만 용량이 이전 [citation needed]유닛과 같거나 초과합니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ a b c d "What is CNC Plasma Cutting?". www.manufacturingnetwork.com. Retrieved 2015-11-17.
- ^ "The life and times of plasma cutting". www.thefabricator.com.
- ^ "Making plasma cutting easier". www.thefabricator.com.
- ^ "Eye and face protection. - 1910.133". www.osha.gov. Retrieved 2015-09-27.
- ^ "Welding Clothing". AES Industrial Supplies Limited. Retrieved 2021-03-16.
- ^ "How To Use A Plasma Cutter - A Comprehensive Beginners Guide".
- ^ Sacks, Raymond; Bohnart, E. (2005). "17". Welding Principles and Practices (Third ed.). New York: McGraw_Hill. p. 597. ISBN 978-0-07-825060-6.
- ^ 예를 들어 온라인 판매자인 Amazon을 참조하십시오.
