플라즈마 절단기 원리 이해

현대 산업은 중금속과 합금의 가공을 필요로 하며, 일상 활동에 필요한 도구와 운송 수단의 제조는 금속과 분리할 수 없습니다.

예를 들어 크레인, 자동차, 고층 빌딩, 로봇, 현수교는 모두 정밀하게 가공된 금속 부품으로 구성되어 있습니다.

그 이유는 간단합니다. 금속 소재는 매우 강하고 내구성이 뛰어나기 때문입니다. 대부분의 제조 공정, 특히 크고 견고한 품목을 다루는 공정에 적합합니다, 금속 소재 는 자연스러운 선택입니다.

금속은 쉽게 손상되지 않기 때문에 특정 모양으로 가공하기가 매우 어렵다는 점이 금속 소재의 강점인 동시에 단점이기도 합니다. 비행기 날개와 같은 크기와 강도를 가진 부품을 가공해야 할 때 어떻게 정밀한 절단과 모양을 구현할 수 있을까요?

대부분의 경우, 이 작업을 수행하려면 플라즈마 절단 기계입니다. 공상 과학 소설에서나 나올 법한 이야기처럼 들릴 수 있지만, 사실 플라즈마 절단기는 2차 세계대전 이후 널리 사용되어 왔습니다.

이론적으로 플라즈마 절단기의 원리는 매우 간단합니다. 알려진 우주에서 가장 흔한 형태의 물질 중 하나를 조작하여 처리합니다.

이 기사에서는 플라즈마 절단기의 신비한 베일을 벗기고 이 마법 같은 도구가 어떻게 세상을 변화시키는지 살펴봅니다.

2차 세계대전 당시 미국 공장은 민간 산업이 대량 생산 분야에서 이룬 위대한 혁신 덕분에 추축국보다 5배나 빠르게 갑옷, 무기, 비행기를 생산했습니다.

항공기 부품을 더 효과적으로 절단하고 연결하는 방법은 몇 가지 기술 혁신을 촉발했습니다.

군용 항공기를 생산하는 많은 공장에서 불활성 불순물을 사용하는 새로운 용접 방법을 채택했습니다. 가스 차폐 용접.

이 획기적인 발견은 전류에 의해 전기분해된 가스가 용접부 근처에 장벽을 형성하여 산화를 방지할 수 있다는 사실에 있습니다. 이 새로운 방법은 용접부를 더 깔끔하게 만들고 연결 구조를 더 튼튼하게 만듭니다.

플라즈마 커팅의 역사

1960년대 초, 엔지니어들은 또 다른 발견을 했습니다. 그들은 공기 유량을 늘리고 기공 크기를 줄임으로써 용접 온도. 새로운 시스템은 어떤 상업용 용접기보다 높은 온도를 달성할 수 있습니다.

사실 이렇게 높은 온도에서는 이 도구는 더 이상 용접 장치 역할을 하지 않습니다. 대신 뜨거운 칼로 버터를 자르듯 단단한 금속을 자르는 톱과 비슷합니다.

플라즈마 아크

플라즈마 아크의 도입으로 속도, 정확성, 다양성이 획기적으로 향상되었습니다. 절단 도구로, 다양한 금속에 적용할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 이 시스템의 과학적 원리를 소개합니다.

플라즈마 절단기가 금속을 쉽게 관통할 수 있는 것은 플라즈마 상태의 고유한 특성 때문입니다. 그렇다면 플라즈마 상태란 무엇일까요?

세상에는 네 가지 상태의 물질이 존재합니다. 우리가 일상에서 접하는 대부분의 물질은 고체, 액체 또는 기체입니다. 물질의 상태는 분자 간의 상호 작용에 의해 결정됩니다. 물을 예로 들어보겠습니다:

고인 물은 얼음입니다. 얼음은 육각형 격자로 배열된 전기적으로 중성인 원자로 구성된 고체입니다. 분자 간의 상호 작용이 안정적이기 때문에 고정된 모양을 유지합니다.

액체 상태의 물은 식수입니다.분자들은 여전히 서로에게 힘을 가하지만 천천히 움직입니다. 액체는 부피는 고정되어 있지만 모양은 고정되어 있지 않습니다. 액체의 모양은 용기의 모양에 따라 달라집니다.

기체 상태의 물은 수증기입니다. 수증기에서는 분자가 빠르게 움직이고 분자 사이에 연결이 없습니다. 분자 사이에는 힘이 없기 때문에 기체는 고정된 모양이나 부피를 갖지 않습니다.

물 분자가 흡수하는 열의 양(에너지로 변환)에 따라 물 분자의 특성과 상태가 결정됩니다. 간단히 말해, 더 많은 열(더 많은 에너지)이 물 분자를 임계 상태에 도달하게 하여 물 분자 사이의 화학 결합이 끊어지게 합니다.

저온에서는 분자가 서로 단단히 결합되어 물질이 고체 상태가 됩니다. 열을 더 많이 흡수하면 분자 간의 상호 작용이 약해지고 물질은 액체가 됩니다.

더 많은 열을 흡수하면 분자 간의 상호작용이 거의 사라지고 물질은 기체가 됩니다. 그렇다면 기체를 계속 가열하면 어떻게 될까요? 이렇게 되면 네 번째 상태인 플라즈마 상태가 됩니다.

기체가 극도로 높은 온도에 도달하면 플라즈마 상태가 됩니다. 에너지가 분자를 서로 완전히 분리하기 시작하고 원자가 분리되기 시작합니다.

일반적으로 원자는 원자핵의 양성자와 중성자(원자 이론 참조)와 원자핵을 둘러싼 전자로 구성됩니다.

플라즈마 상태에서는 전자가 원자에서 분리됩니다. 열 에너지로 인해 전자가 원자를 떠나면 전자는 빠른 속도로 움직이기 시작합니다. 전자는 음전하를 띠고 나머지 원자핵은 양전하를 띠게 됩니다. 이렇게 양전하를 띠는 원자핵을 이온이라고 합니다.

고속 전자가 다른 전자나 이온과 충돌하면 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 바로 이러한 에너지가 플라즈마에 특별한 특성과 놀라운 절단 능력을 부여합니다.

플라즈마 상태에 대한 상식:

우주에 존재하는 물질의 거의 99%가 플라즈마 상태입니다. 극도로 높은 온도 때문에 지구에서는 흔히 발견되지 않지만 태양과 같은 천체에서는 매우 흔합니다. 지구에서는 번개에서 이 상태를 볼 수 있습니다.

플라즈마 절단기

플라즈마 절단기만이 플라즈마 에너지를 조작하는 유일한 장치는 아닙니다. 네온 조명, 형광등, 플라즈마 디스플레이와 같은 장치는 모두 플라즈마 상태를 기반으로 작동합니다. 이러한 장치는 "차가운" 플라즈마 상태를 사용합니다. 콜드 플라즈마는 다음과 같은 용도로는 사용할 수 없습니다. 금속 절단여전히 상당한 응용 분야가 있습니다.

플라즈마 절단기는 다양한 형태와 크기로 제공됩니다. 정밀한 절단을 위해 로봇 팔로 제어되는 대형 플라즈마 절단기와 작업장에서 사용하는 간단한 휴대용 플라즈마 절단기가 있습니다.

크기에 관계없이 모든 플라즈마 절단기는 동일한 원리를 기반으로 하며 유사한 구조 설계를 가지고 있습니다.

플라즈마 절단기가 작동 중일 때 질소, 아르곤 또는 산소와 같은 압축 가스는 좁은 채널을 통해 전달됩니다. 음극은 채널 중앙에 배치됩니다. 음극에 전원이 공급되고 노즐이 금속과 접촉하면 전기 전도성 회로가 형성되어 전극과 금속 사이에 고에너지 스파크가 발생합니다.

불활성 가스가 채널을 통과할 때 스파크가 가스를 가열하여 네 번째 물질 상태에 도달합니다. 이 반응은 최대 섭씨 약 16,649도의 온도와 초당 최대 6,096m의 유속을 가진 플라즈마 흐름을 생성하여 금속을 슬래그로 빠르게 전환합니다.

플라즈마 자체에는 전류가 흐르고 있습니다. 전극에 지속적으로 전원이 공급되고 플라즈마가 금속과 접촉하는 한 아크 사이클은 계속됩니다.

플라즈마의 알 수 없는 특성으로 인한 산화 및 손상을 방지하기 위해 플라즈마 커터 노즐 에는 절단 부위를 보호하기 위해 보호 가스를 지속적으로 방출하는 또 다른 채널 세트가 장착되어 있습니다. 보호 가스의 가스 압력은 원주형 플라즈마의 반경을 효과적으로 제어할 수 있습니다.

플라즈마 절단

플라즈마 절단기는 현대 산업에서 일반적인 도구가 되었습니다. 맞춤형 자동차 작업장뿐만 아니라 자동차 제조업체의 맞춤형 섀시 및 차체 제조에도 널리 사용되고 있습니다.

건설 회사는 대규모 프로젝트에서 플라즈마 절단기를 사용하여 대형 빔과 금속판을 절단하고 제조합니다. 자물쇠 수리공은 플라즈마 절단기를 사용하여 고객이 잠겨 있을 때 보안 구역에 구멍을 뚫을 수 있습니다.

In CNC (컴퓨터 수치 제어) 커팅 시스템을 사용하면 재료를 만질 필요가 없습니다. 컴퓨터에서 자르고 싶은 모양을 그리기만 하면 절단 과정이 자동으로 진행됩니다.

1. 작동 원리

플라즈마는 매우 높은 온도로 가열되어 고도로 이온화된 기체입니다. 아크 파워가 공작물에 전달되어 녹고 날아가면서 플라즈마 작동 상태가 만들어집니다. 아크 커팅.

압축 공기는 절단 토치로 유입되어 가스 챔버에서 두 개의 흐름으로 분배되어 플라즈마 가스와 보조 가스를 형성합니다. 플라즈마 가스 아크는 금속을 녹이고, 보조 가스는 절단 토치의 여러 부분을 냉각하고 녹은 금속을 날려 보냅니다.

절단 전원 공급 장치에는 주 회로와 제어 회로가 포함됩니다. 전기 원리 블록 다이어그램은 그림에 나와 있습니다:

주 회로는 접촉기, 고누설 저항 3상 전력 변압기, 3상 브리지 정류기, 고주파 아크 점화 코일 및 보호 요소로 구성됩니다. 높은 누설 저항으로 인한 가파른 외부 특성이 특징입니다. 제어 회로는 커팅 토치의 버튼 스위치를 통해 전체 커팅 프로세스를 완료합니다:

사전 가스 공급 - 주 회로 전원 공급 - 고주파 아크 점화 - 절단 공정 - 아크 정지 - 정지.

주 회로의 전원 공급은 접촉기에 의해 제어되고 가스 흐름은 솔레노이드 밸브에 의해 제어되며 고주파 발진기는 아크를 점화하고 아크가 형성된 후 작동을 멈춥니다.

또한 제어 회로에는 다음과 같은 내부 잠금 기능도 있습니다:

열 제어 스위치 작동, 작동 중지.

2. 절단 오작동

(1) 잘라내지 않습니다:

a: 플레이트의 두께가 장비의 적용 범위를 초과합니다.

b: 절단 속도가 너무 빠릅니다.

c: 절단 토치의 기울기가 너무 큽니다.

d: 압축 공기 압력이 너무 높거나 너무 낮습니다.

e: 주전원 전압이 너무 낮습니다.

(2) 플라즈마 아크 불안정성:

a: 절단 토치가 너무 느리게 움직입니다.

b: 전원 공급 장치는 2단계로 공급되며 작동 전압이 감소합니다.

c: 압축 공기 압력이 너무 높습니다.

3. 커팅 토치 부품의 설치, 유지보수 및 교체

절단 토치 부품을 설치하거나 교체할 때는 절단 토치 헤드가 위를 향하도록 보호 커버-전도성 노즐-가스 분배기-전극-절단 토치 본체 순으로 분해한 후 역순으로 조립하세요.

노즐을 설치할 때 노즐이 전극과 동심인지 확인하세요. 보호 커버를 조이고 노즐을 단단히 눌러야 합니다. 느슨해지면 절단할 수 없습니다.

절단 토치를 합리적으로 사용하십시오. 아크 점화 전에 노즐을 공작물에 접촉시키십시오. 절단이 끝나면 핸들 버튼에서 손을 떼 아크를 멈춘 다음 절단 토치를 공작물 표면에서 멀리 떨어뜨려 부품의 수명을 연장하십시오. 노즐의 중앙 중공이 절단 품질에 영향을 미치는 경우 제때 교체해야 합니다.

전극의 중심이 2mm 이상 움푹 들어가거나 아크를 점화할 수 없는 경우 전극을 거꾸로 설치하거나 업데이트할 수 있습니다.

보호 커버 또는 가스 분배기에 금이 가거나 심하게 손상된 경우 제때 교체해야 합니다.

절단 토치 본체, 합성 가죽 재킷, 케이블의 절연 또는 가스 파이프의 손상이 발견되면 제때 수리하거나 교체해야 합니다.

절단 토치를 제거하려면 합성 가죽 재킷을 집어넣고 스위치 연결선을 분해한 다음 손잡이를 뒤로 젖힌 다음 절단 토치 본체의 연결 조인트를 분해합니다.

새 세라믹 보호 커버를 교체할 때는 커팅 토치 본체의 O링 씰에 바셀린 오일을 살짝 바른 후 나사로 조이면 씰의 수명을 연장할 수 있습니다.

4. 일반적인 결함 및 문제 해결 방법

5. 전기 회로도