레이저 커팅 노즐 선택: 최첨단 팁

레이저 커팅의 영역에서는 커팅의 효율성과 품질이 가장 중요합니다. 이 과정에서 종종 간과되지만 중요한 구성 요소 중 하나는 레이저 커팅 노즐입니다. 노즐은 작고 눈에 잘 띄지 않지만 최적의 성능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 글에서는 올바른 노즐 선택의 중요성에 대해 자세히 살펴보고 올바른 선택을 위한 인사이트를 제공합니다.

레이저 커팅 노즐의 역할

레이저 커팅 노즐은 몇 가지 필수 기능을 수행합니다:

1. 용융 파편 반동에 대한 내성: 절단 공정 중에 용융된 재료가 노즐 쪽으로 반동할 수 있습니다. 고품질 노즐은 이러한 반동을 손상 없이 견딜 수 있어야 합니다.
2. 가스 확산 제어: 노즐은 가스 확산의 면적과 크기를 제어하는 역할을 합니다. 이는 커팅의 무결성을 유지하고 레이저 빔이 집중되고 효과적으로 유지되도록 하는 데 매우 중요합니다.

I. 품질이 다른 노즐 간에 큰 차이가 있나요?

레이저 커팅에서 노즐 품질의 중요성

레이저 커팅 헤드에 사용되는 노즐의 품질은 성능과 결과물에 큰 차이를 만듭니다. 몇 가지 주요 요소는 노즐 재질과 정밀도에 직접적인 영향을 받습니다:

• 전도성 및 열 전도성
• 손쉬운 조정
• 레이저 커팅 헤드 광학 장치 보호

고품질 노즐은 중요한 기능을 수행합니다:

1. 커팅 헤드 내부의 섬세한 광학 렌즈 손상 방지
2. 재료 표면과 커프에 어시스트 가스의 흐름을 정확하게 유도합니다.
3. 용융된 재료(슬래그)를 효율적으로 제거하여 깨끗한 가장자리를 생성합니다.

따라서 노즐 품질은 커팅 헤드의 수명과 공작물의 절단 품질 모두에 직접적인 영향을 미칩니다.

OEM 노즐과 타사 노즐

커팅 헤드의 주문자 상표 부착 생산(OEM) 업체에서 제공하는 노즐은 프리미엄 가격이 책정되는 경향이 있습니다. 이로 인해 보다 저렴한 타사 노즐에 대한 수요가 높아졌지만 모든 타사 공급업체가 OEM 소모품의 품질과 정밀도에 맞는 노즐을 생산할 수 있는 제조 역량을 갖춘 것은 아닙니다. 최근 몇 년 동안 파이버 레이저 커터의 가격 경쟁이 치열해지면서 노즐과 같은 액세서리도 가격 압박이 커지고 있습니다.

저렴한 가격을 위해 품질을 희생하는 위험성

노즐과 같은 중요한 구성 요소의 품질을 고려하지 않고 최저 가격을 추구하면 오히려 역효과가 날 수 있습니다. 품질이 떨어지는 노즐을 사용하면 다음과 같은 위험이 증가합니다:

• 값비싼 광학 부품의 부적절한 보호
• 일관성 없는 보조 가스 흐름 및 절단 품질 저하
• 노즐 교체 및 조정으로 인한 가동 중단 시간 증가
• 잦은 노즐 교체가 필요한 조기 고장

II. 노즐을 잘못 선택하면 어떤 결과가 발생하나요?

레이저 커팅기의 노즐 선택과 유지관리는 최적의 성능과 정밀도를 보장하는 데 매우 중요합니다. 노즐을 잘못 선택하거나 유지보수를 잘못하면 절단 공정과 최종 제품의 품질에 큰 영향을 미치는 여러 가지 부정적인 결과를 초래할 수 있습니다. 주요 결과는 다음과 같습니다:

1. 처리 정확도 감소

노즐은 레이저 빔과 보조 가스를 절단 영역으로 보내는 데 중요한 역할을 합니다. 노즐 설계가 적절하지 않거나 잘 관리되지 않으면 레이저 빔의 정밀도가 저하될 수 있습니다. 이로 인해 절단 경로가 부정확해져 필요한 사양을 충족하지 못하는 부품이 나올 수 있습니다.

2. 가스 유량 감소

일반적으로 산소 또는 질소인 보조 가스는 절단에서 용융된 재료를 제거하고 산화를 방지하기 때문에 절단 공정에 필수적입니다. 노즐을 잘못 선택하면 가스 유량이 제한되어 절단 지점에서 가스 공급이 불충분해질 수 있습니다. 이로 인해 절단 품질이 저하되고 절단된 재료의 가장자리에 드로스 형성이 증가할 수 있습니다.

3. 불안정한 공기 흐름 방향

노즐은 깨끗하고 정밀한 커팅을 위해 안정적이고 방향성 있는 공기 흐름을 보장해야 합니다. 노즐이 올바르게 설계되지 않았거나 손상된 경우 공기 흐름이 난류가 되어 불안정해질 수 있습니다. 이러한 불안정성은 커팅 프로세스를 방해하여 불규칙한 커팅과 커팅 모서리의 거칠기 증가로 이어질 수 있습니다.

4. 재료의 비효율적인 용융

레이저 커팅 공정은 재료를 효율적으로 녹이고 제거하는 데 의존합니다. 노즐을 잘못 선택하면 레이저가 재료에 정확하게 초점을 맞추는 능력에 영향을 미쳐 비효율적인 용융이 발생할 수 있습니다. 이러한 비효율성은 특히 두꺼운 소재의 경우 불완전한 절단을 유발하여 원하는 절단 깊이를 얻기가 어렵거나 불가능하게 만들 수 있습니다.

5. 용융 파편 생산

노즐이 보조 가스를 제대로 보내지 못하면 절단 부위 주변에 용융된 잔해물이 쌓일 수 있습니다. 이 잔해는 재료 표면에 달라붙어 결함을 일으키고 추가 후처리를 통해 청소해야 할 수 있습니다. 과도한 용융 파편은 레이저 커팅기의 노즐 및 기타 구성품도 손상시킬 수 있습니다.

6. 두꺼운 재료 절단의 어려움

두꺼운 재료에는 정밀하고 강력한 레이저 커팅 기능이 필요합니다. 노즐을 잘못 선택하면 레이저가 두꺼운 재료를 효과적으로 관통하고 절단하는 데 방해가 될 수 있습니다. 이로 인해 불완전한 절단, 레이저 절단기의 마모 증가, 가공 중인 재료의 잠재적 손상으로 이어질 수 있습니다.

너무 큰 노즐 선택하기

너무 작은 노즐 선택하기

III. 노즐의 종류는 무엇인가요?

판금 가공, 특히 레이저 절단 및 이와 유사한 응용 분야에서 노즐 설계는 절단 공정의 효율성과 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 가스 유량에 따라 주로 두 가지 유형의 노즐 설계가 활용됩니다:

1. 저속 노즐

저속 노즐은 가스 유속이 음속보다 낮은 것이 특징입니다. 이러한 노즐은 일반적으로 절단 공정에 대한 높은 정밀도와 제어가 필요한 애플리케이션에 사용됩니다. 그러나 가스 속도가 낮기 때문에 두껍거나 점성이 높은 재료를 절단하는 데는 효과적이지 않을 수 있습니다.

2. 고속 노즐

고속 노즐은 음속에 가까운 가스 유속으로 작동합니다. 고속 노즐의 작동 원리는 가스가 노즐을 통과할 때 가속되는 로켓이나 제트 엔진의 배기 메커니즘과 유사합니다. 이러한 가속 효과는 더욱 농축되고 강력한 가스 분사를 제공하여 특히 점성이 있는 재료의 절단 성능을 향상시킵니다.

노즐 성능에 영향을 미치는 요인

저속 노즐과 고속 노즐의 성능에는 여러 가지 요인이 영향을 미칩니다:

커팅 헤드 캐비티의 가스 압력

커팅 헤드 캐비티 내의 가스 압력은 매우 중요합니다. 가스 압력이 높을수록 더 집중적이고 강력한 가스 분사를 보장하여 절단 속도와 품질을 향상시킬 수 있습니다.

노즐 직경

노즐의 직경은 가스 제트의 유량과 농도에 영향을 미칩니다. 직경이 작을수록 더 농축된 제트가 생성되어 정밀 절단에 유리하며, 직경이 클수록 더 두꺼운 재료를 절단하는 데 사용할 수 있습니다.

노즐의 내부 모양

노즐의 내부 모양에 따라 가스의 방향과 가속도가 결정됩니다. 잘 설계된 내부 모양은 난류를 최소화하고 가스 흐름의 효율성을 극대화할 수 있습니다.

노즐 배출구의 모양

노즐 배출구의 모양도 절단 공정에서 중요한 역할을 합니다. 적절한 모양의 배출구는 균일한 가스 흐름을 보장하고 절단에 불규칙성이 발생할 가능성을 줄일 수 있습니다.

비교 분석

• 고속 노즐: 가스를 가속하여 더 강력하고 집중된 분사력을 생성하기 때문에 점성이 있는 재료를 절단하는 데 이상적입니다. 이 유형의 노즐은 더 매끄러운 모서리와 적은 드로스로 우수한 절단 결과를 얻을 수 있습니다.
• 저속 노즐: 높은 정밀도와 제어가 필요한 용도에 더 적합하지만, 두껍거나 점성이 높은 재료에는 어려움을 겪을 수 있습니다. 절단 높이의 변화는 표면 압력의 변동으로 이어져 절단 품질이 저하될 수 있습니다.

IV. 노즐은 어떻게 선택하나요?

레이저 절단은 현재 가장 효율적이고 고품질이며 정밀한 금속 가공 방법 중 하나로 인정받고 있습니다. 레이저 절단에는 다양한 요인이 영향을 미치며 노즐도 그 중 하나입니다. 다양한 재료를 절단할 때 적절한 노즐을 선택하면 가공을 단순화할 수 있습니다. 그렇다면 올바른 노즐을 올바르게 선택하려면 어떻게 해야 할까요? 오늘 살펴 보겠습니다.

레이저 커팅에서 노즐의 중요성

구리 노즐이라고도 하는 노즐은 레이저 커팅에서 매우 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 커팅 헤드의 하단에 위치하며 레이저 빔과 보조 가스는 모두 노즐을 통해 커팅 재료에 작용합니다. 노즐의 주요 기능은 보조 가스를 모아 고압을 형성하여 절단 재료의 표면과 커프 안으로 방출하는 것입니다. 이렇게 하면 절단 과정에서 녹아 증발한 모재가 날아가 깨끗한 커프가 남습니다. 동시에 녹은 슬래그와 먼지와 같은 오염 물질이 다시 튀어 오르는 것을 방지하여 내부 렌즈를 보호합니다.

최적의 절단을 위한 동심도 보장

더 나은 절단 섹션을 얻으려면 절단 품질에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나인 레이저 빔과 노즐 중심의 동심도를 제어해야 합니다. 따라서 더 나은 절단 섹션을 얻으려면 노즐이 레이저 빔과 동축이어야 합니다.

동축 노즐과 레이저 빔의 효과

노즐 중심과 레이저 빔 중심이 동축이 아닌 경우 절단 품질에 미치는 영향은 다음과 같습니다:

1. 절단 경로 편차: 절단 가스는 판재를 절단해야 하는 중심점인 노즐 중앙에서 분사됩니다. 레이저가 노즐 중심에 있지 않으면 레이저 작동 지점과 실제 절단 경로 사이에 편차가 발생하여 실제 절단과 예상 효과 사이에 눈에 띄는 불일치가 발생합니다.
2. 노즐 손상: 레이저가 노즐 중앙에 있지 않으면 정상 작동 중에 빔이 노즐의 내벽에 부딪혀 노즐이 심하게 화상을 입고 실제 절단 효과에 영향을 미칠 수 있습니다.

노즐 선택 시 고려해야 할 요소

1. 재료 유형: 재료마다 다른 노즐이 필요합니다. 예를 들어 스테인리스 스틸을 절단할 때는 알루미늄이나 탄소강을 절단할 때와는 다른 노즐이 필요할 수 있습니다.
2. 재료의 두께: 절단할 재료의 두께가 노즐 크기에 영향을 미칩니다. 일반적으로 재료가 두꺼울수록 더 강력한 가스 흐름을 허용하기 위해 더 큰 노즐이 필요합니다.
3. 사용 가스 유형: 보조 가스(산소, 질소 또는 공기)의 종류에 따라 노즐 선택에 영향을 줄 수 있습니다. 각 가스는 절단 공정에 영향을 줄 수 있는 서로 다른 특성을 가지고 있습니다.
4. 커팅 속도 및 품질: 원하는 절단 속도와 품질에 따라 노즐 선택도 결정됩니다. 절단 속도가 빠를수록 더 높은 압력과 유량을 처리할 수 있는 노즐이 필요할 수 있습니다.

더 나은 절단 섹션을 얻으려면 절단 품질에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나인 레이저 빔과 노즐 중심의 동심도를 제어해야 합니다. 따라서 더 나은 절단 섹션을 얻으려면 노즐이 레이저 빔과 동축이어야 합니다.

레이저 빔과 노즐이 동축인지 확인하려면 다음 단계의 테스트가 필요합니다:

1. 노즐 입구에 투명 테이프를 붙이고 원형의 가장자리가 테이프와 완전히 겹치도록 합니다;
2. 장치 전원을 약 100W로 조정하고 도트 촬영 모드를 사용하여 투명 테이프에 레이저를 조사합니다;
3. 투명 테이프를 제거하고 원형 가장자리와 레이저 구멍의 위치 사이의 관계를 관찰합니다.

구멍이 원의 중앙에 있으면 레이저 빔과 노즐이 동축이며 조정이 필요하지 않음을 의미합니다. 구멍이 원의 중심과 동축이 아니거나 구멍이 보이지 않는 경우(레이저 빔이 노즐의 내벽에 닿는 경우) 레이저 커팅 헤드의 조정 나사를 조정해야 합니다. 레이저 구멍이 노즐의 중심과 일치할 때까지 1~3단계를 반복합니다.

노즐 유형 선택

단일 레이어 노즐

단일 레이어 노즐은 가스 유속이 상대적으로 느린 것이 특징입니다. 일반적으로 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금 및 구리와 같은 금속 절단에 사용됩니다. 이 노즐은 일반적으로 질소를 보조 가스로 사용합니다. 느린 가스 흐름은 과도한 산화 없이 더 깨끗한 절단을 달성하는 데 도움이 되므로 이러한 재료에 적합합니다.

더블 레이어 노즐

반면 이중층 노즐은 가스 유속이 더 빠르기 때문에 고속 절단 작업에 적합합니다. 탄소강 절단에 자주 사용되며 일반적으로 보조 가스로 산소를 사용합니다. 고속 가스 흐름은 절단 효율을 향상시키지만 산화로 인해 절단 표면이 검게 변하기도 합니다.

노즐 크기 선택

노즐 입구의 크기는 절단 재료에 작용하는 가스 유속을 결정하고 용융 재료의 제거에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다. 다음은 고려해야 할 몇 가지 핵심 사항입니다:

• 가스 유속 및 재료 제거: 노즐 입구가 클수록 가스 흐름이 빨라져 커프에서 용융된 재료를 날려버리는 능력이 향상됩니다.
• 플레이트 두께: 이론적으로 두꺼운 판재는 효과적인 절단을 위해 충분한 가스 흐름을 보장하기 위해 더 큰 노즐이 필요합니다. 그러나 노즐이 크면 용융된 재료가 위로 튈 위험이 높아져 렌즈의 수명이 단축될 수 있습니다.
• 노즐 유지 관리: 변형된 노즐이나 녹은 물방울이 있는 노즐은 절단 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 노즐을 조심스럽게 다루어 충격이나 변형을 방지하고 녹은 물방울이 있으면 즉시 청소해야 합니다.

노즐 선택 시 고려해야 할 요소

처리 요구 사항

• 단일 레이어 노즐: 주로 질소로 스테인리스 스틸 및 알루미늄 판을 절단하는 데 사용됩니다.
• 더블 레이어 노즐: 주로 탄소강을 산소로 절단하는 데 사용됩니다.

재료

노즐은 일반적으로 두 가지 재료로 만들어집니다:

• 보라색 구리: 더 나은 전도성과 열 성능을 제공합니다.
• 황동: 일반적으로 사용되지만 보라색 구리에 비해 성능이 약간 떨어집니다.

크기

노즐의 조리개 크기에 따라 가스 유량과 가스 필드의 모양이 결정됩니다. 재료 두께에 따른 권장 사항은 다음과 같습니다:

• 3mm 미만: 노즐 직경 1mm.
• 3mm 이상: 노즐 직경 1.5mm.
• 10mm 이상: 노즐 직경 2mm 이상.

처리 정확도

• 동심도: 고품질 레이저 헤드 노즐의 동심도는 0.03mm여야 합니다. 크기가 1.0mm 이하인 노즐의 경우 0.02mm 이상의 동심도를 권장합니다. 고정밀 동심도는 초기 디버깅 시간을 줄이고 고에너지 레이저가 헤드 내벽에 부딪혀 레이저 헤드가 손상될 위험을 최소화합니다.

V. 일반적인 노즐 소개

산업용 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 노즐에는 여러 가지 유형이 있습니다. 다음은 가장 일반적인 몇 가지 유형입니다:

단일 레이어 노즐 - S

특징: 슬래그 블로잉을 위한 높은 가스 유량을 갖춘 원추형 내벽.

목적: 스테인리스 스틸과 같은 재료의 용융 절단 및 알루미늄 플레이트.

더블 레이어 노즐 - D

특징: 단일 레이어 노즐을 기반으로 내부 코어가 추가된 이중 레이어 복합 노즐.

목적: 탄소강 모래 절삭용 더블 레이어 2.0 이상

고속 더블 레이어 노즐 - E

특징: 노즐은 뾰족한 모양이며 내부 코어 가장자리에 있는 세 개의 구멍은 일반 이중층 노즐보다 큽니다.

목적: 주로 부드럽고 밝은 표면 마감으로 최대 20mm 두께의 탄소강을 고출력, 고속, 고품질로 절단하는 데 사용됩니다.

고속 단일 레이어 노즐 - SP

특징: 노즐은 뾰족한 모양으로 내벽이 원추형이며 계단식 디자인이 특징입니다.

목적: 주로 두께가 20mm 이상인 탄소강의 고출력, 고속 절단에 사용되어 표면 마감이 매끄럽고 밝습니다. 또한 산소 집중 절단 응용 분야에도 적합합니다.

고속 싱글 레이어 노즐 - SD

특징: 노즐은 원뿔형 내벽과 더 큰 노즐 오리피스 면적을 가진 뾰족한 모양입니다.

목적: 주로 두께가 20mm 이상인 탄소강의 고속 절단에 사용되며, 절단 품질이 향상되고 부드럽고 안정적인 절단 성능을 제공합니다.

부스트 노즐 - B

특징: 단일 레이어 노즐에서 개선된 이 노즐은 노즐 오리피스에 스텝 레이어가 있습니다.

목적: 저압에서 질소 또는 압축 공기로 스테인리스강 및 탄소강의 고출력 절삭에 사용할 수 있습니다.

VI. 노즐을 설치하고 조정하는 방법은 무엇인가요?

노즐 설치 단계

1. 기존 노즐의 나사 풀기:
   • 레이저 커팅 헤드에서 나사를 풀어 기존 노즐을 조심스럽게 제거합니다. 부상이나 손상을 방지하기 위해 기계의 전원을 끄고 냉각된 상태인지 확인합니다.
2. 새 노즐 설치:
   • 새 노즐을 레이저 커팅 헤드 위에 놓습니다. 적절한 힘으로 조여 단단히 부착되었는지 확인하고 손상을 방지하기 위해 과도하게 조이지 않도록 합니다.
3. 커패시턴스 재보정:
   • 노즐을 교체한 후에는 커패시턴스를 재보정하는 것이 중요합니다. 이 단계를 통해 레이저 커팅 헤드가 정확한 초점과 최적의 성능을 유지할 수 있습니다.

예시: BLT 12kW 레이저 커팅 헤드 노즐 보정

BLT 12kW 레이저 커팅 헤드의 경우, 다른 노즐과 페어링할 때 초점을 보정해야 합니다. 다음은 다양한 노즐에 권장되는 초점입니다:

더블 레이어 노즐

• 1.2E 노즐:
  • 3mm-12mm 탄소강판 절단에 적합합니다.
  • 권장 초점: 5-11.
• 1.4E 노즐:
  • 권장 초점: 9-14.
• 1.6E 노즐:
  • 권장 초점: 11-16.
• 1.8E 노즐:
  • 권장 초점: 13-18.

SP 싱글 레이어 노즐

• 1.2 노즐:
  • 권장 초점: 8-13.
• 1.4 노즐:
  • 권장 초점: 10-15.
• 1.6 노즐:
  • 권장 초점: 12-17.
• 1.8 노즐:
  • 권장 초점: 14-19.

올바른 설치 및 보정의 중요성

최적의 성능과 절단 품질을 보장하려면 노즐을 올바르게 설치하고 보정하는 것이 중요합니다. 잘못 설치하거나 보정하면 절단 결과가 나빠지고 기계 마모가 증가하며 공작물이 손상될 수 있습니다. 최상의 결과를 얻으려면 항상 제조업체의 노즐 설치 및 보정에 대한 지침과 권장 사항을 따르십시오.

VII. 일반 노즐에 대한 권장 사항

산소로 탄소강 레이저 절단용 노즐을 선택할 때는 레이저 출력과 재료의 두께가 중요한 요소입니다. 아래는 레이저 출력과 재료 두께에 따라 권장되는 노즐입니다:

품질 고려 사항

시중에 판매되는 노즐의 품질은 크게 다를 수 있습니다. 최적의 성능과 절단 품질을 보장하기 위해 위에 제공된 사양에 따라 노즐을 신중하게 구분하고 평판이 좋은 일반 채널을 통해 구매하는 것이 좋습니다.

이러한 권장 사항을 준수하면 레이저 기술을 사용하여 탄소강에 대해 효율적이고 고품질의 절단 결과를 얻을 수 있습니다.