가스 절단: 종합 가이드

제공된 단락의 최적화된 버전은 다음과 같습니다:

1. 가스 절단 소개

화염 절단 또는 산소 아세틸렌 절단이라고도 하는 산소 연료 절단은 장비 제조에 널리 사용되는 고효율 열 절단 공정입니다. 이 방법은 순수한 산소와 가열된 금속 사이의 발열 반응을 활용하여 철 소재를 정밀하게 절단합니다.

산소 연료 절단 장비는 조작이 간단하고 쉬워 탄소강 및 저합금강 가공에 특히 적합합니다. 일반적으로 5mm에서 300mm까지 다양한 재료 두께를 처리할 수 있으며 직선, 원형 및 복잡한 형상을 정확하게 절단하는 데 탁월합니다.

최근 CNC 기술, 광전 추적 시스템, 고성능 절단 노즐의 발전으로 산소 연료 절단의 자동화 잠재력이 크게 향상되었습니다. 이러한 혁신은 절단 정밀도 향상, 생산성 증대, 작업자 의존도 감소로 이어졌습니다.

산소 연료 절단 공정은 연료 가스(일반적으로 아세틸렌)와 산소를 혼합하여 고온의 불꽃을 생성하는 토치를 사용합니다. 이 불꽃은 절단 지점의 금속을 발화 온도(연강의 경우 약 870°C)까지 예열합니다. 그 후 예열된 부위에 순수한 산소 분사를 분사하여 빠른 산화 반응을 시작합니다. 그 결과 용융된 산화물은 산소 제트의 힘에 의해 커프에서 배출되어 깔끔한 절단이 이루어집니다.

최적의 절단 성능을 위해서는 산소 순도가 99.5%를 초과해야 합니다. 아세틸렌은 높은 화염 온도(3160°C)와 절단 효율로 인해 선호되는 연료 가스이지만, 특정 용도 또는 아세틸렌을 사용할 수 없는 경우 프로판, 천연가스 또는 MAPP 가스와 같은 대체 연료 가스를 사용할 수 있습니다.

절단 토치는 산소 연료 절단 장비의 핵심 부품입니다. 토치의 디자인은 절단 속도, 품질 및 전반적인 효율성에 영향을 미칩니다. 최신 토치는 종종 다중 불꽃 예열, 고속 노즐, 인체공학적 설계와 같은 기능을 통합하여 성능과 작업자의 편안함을 향상시킵니다.

산소 연료 절단 시스템은 가스통을 사용하는 휴대용 수동 설정부터 정교한 자동화 기계까지 다양합니다. 고급 시스템에는 여러 개의 커팅 헤드, 컴퓨터 수치 제어(CNC), 복잡한 커팅 작업을 위한 통합 CAD/CAM 소프트웨어가 포함될 수 있습니다. 이러한 자동화 시스템은 대량 생산 시나리오에서 특히 유용하며, 처리량과 일관성을 높여줍니다.

산소 연료 절단의 주요 이점은 다음과 같습니다:

1. 두꺼운 재료 절단 기능(최대 300mm 이상)
2. 다른 열 절단 방식에 비해 저렴한 장비 비용
3. 베벨을 직접 절단하는 기능
4. 제대로 실행될 경우 열 영향 영역(HAZ) 최소화
5. 휴대성으로 인한 현장 운영 적합성

그러나 산소 연료 절단은 철 소재에 국한되며 플라즈마 또는 레이저 절단이 더 적합한 고정밀 애플리케이션이나 얇은 소재(5mm 미만) 절단에는 적합하지 않을 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

2. 가스 절단 메커니즘 및 조건

산소 연료 절단이라고도 하는 가스 절단은 연료 가스와 산소의 조합을 사용하여 금속을 절단하는 열 절단 공정입니다. 이 메커니즘은 금속을 점화 온도까지 예열한 다음 고순도 산소 스트림으로 빠르게 산화시키는 과정을 거칩니다. 이 공정을 통해 공작물을 연속적이고 정밀하게 절단할 수 있습니다.

절단 메커니즘은 다음 단계로 진행됩니다:

1. 예열: 산소-아세틸렌 불꽃이 절단 지점의 금속을 발화 온도까지 가열합니다.
2. 산화: 예열된 금속에 고속의 순수 산소 흐름이 전달되어 빠른 산화가 시작됩니다.
3. 용융: 발열 산화 반응에서 발생하는 열이 금속과 그 산화물을 녹입니다.
4. 제거: 고압 산소 분사가 용융 금속과 산화물을 커프에서 배출하여 깔끔하게 절단합니다.
5. 진행: 절단 토치가 전진함에 따라 이 프로세스가 계속 반복되어 공작물을 연속적으로 절단합니다.

성공적인 가스 절감을 위해서는 다음 조건을 충족해야 합니다:

1. 점화 온도: 금속이 액화되기 전에 산화가 시작되도록 금속의 점화 온도는 녹는점보다 낮아야 합니다.
2. 산화물 녹는점: 금속 산화물의 녹는점은 모재 금속의 녹는점보다 낮아야 쉽게 제거할 수 있습니다.
3. 발열 반응: 금속은 연소하는 동안 충분한 열을 방출해야 합니다. 저탄소강 절삭에서 총 필요 열량의 약 70%는 발열 반응에서 발생하는 반면, 화염 예열은 15-30%만 기여합니다.
4. 열 전도성: 금속은 적당한 열 전도성을 가져야 합니다. 과도한 전도성은 빠른 열 방출로 이어져 절단 공정의 시작 또는 지속을 방해합니다. 그렇기 때문에 구리와 같은 전도도가 높은 금속은 이 방법으로 절단하기 어렵습니다.
5. 산화물 유동성: 생성된 산화물은 산소 흐름에 의해 효과적으로 제거되어 절단 공정에 방해가 되지 않도록 유동성이 좋아야 합니다.
6. 재료 호환성: 저탄소강, 중탄소강 및 일부 저합금강과 같은 금속은 가스 절단에 적합합니다. 그러나 고탄소강, 주철, 스테인리스강, 구리 및 알루미늄과 같은 비철 금속은 일반적으로 위의 조건 중 하나 이상을 충족하지 못하기 때문에 적합하지 않습니다.

3. 가스 절단 장비

가스 절단기는 수동 절단 토치를 대체하는 자동화 시스템으로, 금속 제조 공정에서 생산성 향상, 우수한 절단 품질, 작업자 피로 감소, 비용 효율성 개선 등의 이점을 제공합니다.

1) 반자동 가스 절단기:

이 시스템은 미리 정해진 트랙을 따라 커팅 노즐을 안내하는 소형 자체 추진 캐리지로 구성됩니다. 캐리지 이동은 자동화되어 있지만 궤적은 수동으로 조정해야 하므로 자동화와 작업자 제어 사이의 균형을 맞출 수 있습니다.

2) 프로필 가스 절단기:

a) 갠트리 타입: 절단 노즐이 정밀하게 설계된 휠 메커니즘을 통해 공작물 프로파일을 따라 이동하는 견고한 갠트리 구조를 활용하여 복잡한 절단 작업에서 안정성과 정확성을 보장합니다.

b) 스윙 암 타입: 절단 노즐을 안내하기 위해 회전하는 관절형 암 시스템을 사용하여 복잡한 프로파일 절단에 향상된 유연성을 제공하며, 특히 곡선 또는 불규칙한 모양에 적합합니다.

3) 광전 추적 가스 절단기:

이 첨단 시스템은 광전 센서를 통합하여 미리 그려진 패턴이나 템플릿을 감지하고 따라갑니다. 절단 토치가 프로파일을 따라 자동으로 안내되므로 작업자의 개입을 최소화하면서 복잡한 모양을 고정밀 자동 절단할 수 있습니다.

4) CNC 가스 절단기:

CNC(컴퓨터 수치 제어)는 디지털 지침이 기계 작동을 지배하는 정교한 제어 방법론입니다. CNC 가스 절단 시스템에서는 컴퓨터가 프로그래밍된 절단 경로를 해석하고 실행하여 토치 이동, 절단 속도 및 가스 흐름과 같은 매개변수를 제어합니다. 이 기술을 통해

• 복잡한 커팅 패턴을 정확하게 재현
• 다양한 재료 유형 및 두께에 대한 절단 매개변수 최적화
• 설계부터 생산까지 간소화된 워크플로우를 위한 CAD/CAM 시스템과의 통합
• 대량 생산 시나리오에서 반복성 및 일관성 향상

최신 CNC 가스 절단기는 종종 다축 제어 기능을 통합하여 베벨 절단 및 3D 프로파일링이 가능하므로 고급 금속 제조 공정에서 기능을 더욱 확장할 수 있습니다.

4. 가스 절단 프로세스

가스 절단 공정에는 주로 절단 산소의 압력, 절단 속도, 예열 화염의 효율, 절단 노즐과 공작물의 기울기 각도, 절단 노즐과 공작물 사이의 거리가 포함됩니다.

1) 절단 산소의 압력:

이는 공작물의 두께, 절단 노즐의 유형 및 산소의 순도에 영향을 받습니다.

얇은 재료를 절단할 때는 더 작은 절단 노즐 크기 를 선택하고 산소 압력을 낮춰야 합니다.

산소의 순도는 절단 속도, 가스 소비량, 절단 품질에 큰 영향을 미칩니다.

2) 절단 속도:

공작물의 두께와 절단 노즐의 모양에 따라 다릅니다. 두께가 증가하면 절단 속도가 감소합니다.

절단 속도가 너무 빠르거나 느리면 과도한 드래그와 불완전한 절단이 발생할 수 있으므로 너무 빠르거나 느리지 않아야 합니다.

절단 속도의 정확성은 주로 절단 시 드래그의 양에 따라 판단됩니다.

3) 예열 불꽃의 효율성:

 가스 절단 시 예열에는 중성 불꽃 또는 약간 산화되는 불꽃을 사용하며, 침탄 불꽃은 사용하지 않아야 합니다.

 예열 화염의 효율은 시간당 가연성 가스의 소비율로 표현됩니다.

 예열 불꽃의 효율은 공작물의 두께와 관련이 있습니다.

4) 절단 노즐과 공작물의 기울기 각도:

절단 노즐과 공작물의 기울기 각도는 주로 공작물의 두께에 따라 결정됩니다.

절단 노즐과 공작물의 기울기 각도는 절단 속도와 항력에 직접적인 영향을 미칩니다.

뒤로 기울이면 항력을 줄이고 절단 속도를 높일 수 있습니다.

5) 절단 노즐과 공작물 표면 사이의 거리:

절단 노즐과 공작물 표면 사이의 거리는 예열 불꽃의 길이와 공작물의 두께(일반적으로 약 3~5mm)에 따라 결정해야 합니다.

Δ<20mm일 경우 불꽃이 더 길어질 수 있으며, 그에 따라 거리를 늘릴 수 있습니다.

Δ>=20mm일 때는 불꽃이 더 짧아야 하며, 거리를 줄일 수 있습니다.

6) 가스 절단 컷의 품질 요구 사항:

가스 절단 표면은 매끄럽고 깨끗해야 하며, 굵고 가는 선이 일정해야 합니다. 가스 절단 중에 생성된 산화철 슬래그는 쉽게 분리할 수 있어야 합니다. 가스 절단 컷의 간격은 좁고 일정해야하며 녹지 않아야합니다. 강판 가장자리.

컷 품질 평가 기준 및 등급:

a) 표면 거칠기: 표면 거칠기는 절단 표면의 피크와 계곡 사이의 거리(임의의 5개 지점의 평균)를 의미하며, G로 표시됩니다.

b) 평탄도: 평탄도는 절단면에 수직 인 절단 방향을 따라 불균일 한 수준을 나타냅니다. 절단된 강판의 두께 δ의 백분율로 계산되며, B로 표시됩니다.

c) 상단 가장자리 용융 정도: 이는 가스 절단 과정에서 모서리가 붕괴되고 간헐적 또는 연속적인 물방울 또는 녹은 스트립이 형성되는 것으로 나타나는 용융 또는 붕괴의 정도를 나타내며, S로 표시됩니다.

d) 슬래그 걸기: 슬래그 걸림은 절단면의 아래쪽 가장자리에 부착된 산화철을 말합니다. 부착량과 제거 난이도에 따라 여러 등급으로 분류되며 Z로 표시됩니다.

e) 최대 결함 간격: 최대 결함 간격은 진동 또는 중단으로 인해 절단 선 방향을 따라 절단면에 홈이 나타나 표면 거칠기가 갑자기 감소하는 것을 말합니다. 홈의 깊이는 0.32mm에서 1.2mm 사이이며 홈의 폭은 5mm를 초과하지 않습니다. 이러한 홈은 결함으로 간주됩니다. 최대 결함 간격은 Q로 표시됩니다.

f) 직진성: 직진도는 절단 방향을 따라 시작점과 끝점을 잇는 직선과 크라운 모양의 구름 절단면 사이의 간격을 말합니다. P로 표시됩니다.

g) 수직성: 직각도는 실제 절단 표면과 절단되는 금속 표면의 수직선 사이의 최대 편차를 나타냅니다.

7) 일반적인 결함의 원인 및 예방 방법:

(1) 컷의 폭이 과도하고 표면이 거친 경우:

이는 과도한 절삭 산소 압력으로 인해 발생합니다. 절단 산소 압력이 너무 낮으면 슬래그를 날려버릴 수 없어 슬래그가 서로 달라붙어 제거하기 어렵습니다.

예방: 원하는 절단 폭과 표면 거칠기에 맞게 절단 산소 압력을 적절한 수준으로 조정합니다.

(2) 표면이 고르지 않거나 가장자리가 녹아내린 경우:

이는 과도한 예열 화염 강도 또는 느린 절단 속도. 예열 화염 강도가 충분하지 않으면 절단 공정이 중단되고 표면이 고르지 않을 수 있습니다.

예방: 예열 불꽃의 강도를 적절히 조절하여 규칙적이고 균일한 절단이 이루어지도록 합니다.

(3) 절단 후 과도한 드래그:

이는 절단 속도가 너무 빨라서 과도한 드래그와 불완전한 절단이 발생할 때 발생합니다. 심한 경우 슬래그가 위로 날아가 재가열을 일으킬 수 있습니다.

예방: 절단 속도를 적절한 수준으로 조정하여 과도한 드래그 없이 적절한 절단이 이루어지도록 합니다.

8) 컷의 표면 품질을 개선하는 방법:

(1) 적절한 절단 산소 압력:

절단 산소 압력이 과도하면 절단면이 넓어지고 표면이 거칠어지며 산소가 낭비될 수 있습니다. 절단 산소 압력이 충분하지 않으면 슬래그가 서로 달라붙어 제거하기 어려울 수 있습니다.

솔루션: 원하는 절단 품질에 맞게 절단 산소 압력을 적절한 수준으로 조정합니다.

(2) 적절한 예열 화염 강도:

예열 불꽃 강도가 과도하면 절단면의 가장자리가 녹을 수 있으며, 강도가 충분하지 않으면 절단 공정이 중단되고 표면이 고르지 않게 될 수 있습니다.

해결 방법: 부드럽고 고른 절단을 위해 적절한 예열 불꽃 강도를 유지하세요.

(3) 적절한 절단 속도:

절단 속도가 너무 빠르면 과도한 항력이 발생하고 불완전 절단이 발생하며 슬래그가 위로 날아가 재가열될 수 있습니다. 절단 속도가 너무 느리면 강판의 가장자리가 녹아 가스가 낭비되고 얇은 판이 과도하게 변형되고 접착되어 절단 후 청소가 어려워질 수 있습니다.

솔루션: 원하는 절단 품질에 맞게 절단 속도를 적절한 수준으로 조정합니다.

5. 가스 절단의 장점과 단점

가스 절단의 장점

1. 가스 절단은 기계식 절단 방식에 비해 속도가 뛰어나 금속 제조 공정의 생산성을 크게 향상시킵니다.
2. 특히 산소-아세틸렌 조합을 사용할 때 기존의 기계적 방법으로는 어려운 복잡한 모양과 두꺼운 부분을 절단할 수 있는 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.
3. 가스 절단 장비의 초기 투자 비용은 기계식 대체 장비보다 저렴합니다. 가볍고 휴대성이 뛰어나 현장 및 현장 작업에 이상적이며 다양한 산업 환경에서 유연하게 사용할 수 있습니다.
4. 이 프로세스는 작은 호를 절단할 때 빠른 방향 전환이 가능하며 산소-아세틸렌 불꽃만 움직이면 되기 때문에 공작물을 조작할 필요 없이 대형 공작물을 효율적으로 절단할 수 있습니다.
5. 가스 절단은 다양한 생산 요구 사항과 기술 수준에 맞춰 수동 및 자동 작업을 모두 수행할 수 있는 다재다능한 기능입니다.
6. 장비의 휴대성 덕분에 현장 절단이 용이하여 대형 금속 부품과 관련된 운송 비용과 물류 복잡성을 줄일 수 있습니다.
7. 절단 토치를 조작하여 대형 금속판을 빠르고 효율적으로 가공할 수 있으므로 복잡한 자재 취급 시스템이 필요하지 않습니다.

가스 절단의 단점

• 넓은 면적에 걸친 광범위한 절단 작업의 경우 가스 절단이 가장 효율적이거나 정밀한 방법이 아닐 수 있으며, 최적의 결과를 얻기 위해 대체 기술이 필요할 수 있습니다.
• 가스 절삭을 통해 얻을 수 있는 치수 공차는 정밀 기계 절삭 공구의 치수 공차보다 훨씬 낮기 때문에 공차가 엄격한 응용 분야에서는 2차 정삭 작업이 필요할 수 있습니다.
• 티타늄과 같이 산화에 취약한 금속을 절단할 수 있지만, 산업용 가스 절단은 주로 강철 및 주철과 같은 철 재료로 제한되어 모든 금속 유형에서 활용도가 제한됩니다.
• 고온의 예열 불꽃과 분출된 용융 슬래그는 작업자에게 심각한 화재 위험과 화상 위험을 초래하므로 엄격한 안전 프로토콜과 보호 장비가 필요합니다.
• 적절한 연기 배출 및 환기 시스템은 연료 연소 및 금속 산화의 부산물을 관리하고 작업장 안전과 환경 규정 준수를 보장하는 데 필수적입니다.
• 고합금강 및 특정 등급의 주철을 절단하려면 만족스러운 결과를 얻기 위해 공정 수정 또는 특수 기술이 필요할 수 있습니다.
• 고경도 강재를 절단할 때는 금속 구조를 관리하고 절단면 근처에서 원하는 기계적 특성을 유지하기 위해 절단 전 예열과 절단 후 냉각 제어가 필요한 경우가 많아 공정이 복잡해집니다.

6. 가스 절단의 응용

정밀 판재 절단 및 용접 베벨 준비를 위한 철강 제작에 광범위하게 활용되어 구조용 철골 작업 및 중장비 제조에서 효율적인 접합 공정을 지원합니다.

대형 주물에서 게이팅 시스템을 제거하는 데 매우 효과적이며 300mm가 넘는 상당한 두께를 처리할 수 있습니다. 따라서 파운드리 작업과 중공업 부품 생산에 매우 유용합니다.

주로 다양한 등급의 탄소강 및 저합금강 절단에 사용되며, 다른 절단 방법이 효율성이 떨어지거나 경제성이 떨어지는 두꺼운 단면 재료에 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.

담금질이 발생하기 쉬운 고탄소강 또는 저합금 강종을 가공할 때는 가장자리 경화나 균열을 방지하기 위해 특별한 주의가 필요합니다:

• 예열 불꽃의 강도를 높여 냉각 속도를 늦추세요.
• 절단 속도를 줄여 더 균일한 열 분배 가능
• 극단적인 경우에는 절단 전에 전체 공작물을 제어 예열합니다. 이러한 조치는 재료 특성과 구조적 무결성을 유지하며, 특히 고응력 응용 분야 또는 추가 가공이 필요한 경우 매우 중요합니다.

가스 절단은 두꺼운 판재와 불규칙한 형상을 절단할 수 있다는 장점이 있는 조선, 건설, 철거 산업에서 광범위하게 사용됩니다.

파이프 제작에서 가스 절단은 정밀한 베벨과 새들 컷을 생성하는 데 사용되어 파이프 라인 건설 및 압력 용기 제조에서 적절한 피팅을 용이하게 합니다.