산소 연료 절단기 팁으로 효율성 극대화하기

화염 절단 정확도는 절단된 공작물 형상과 설계 사양 간의 치수 편차로 정의됩니다. 그러나 화염 절단 품질은 절단 섹션의 표면 거칠기, 상단 커프 가장자리의 용융 및 변형 정도, 하단 가장자리의 슬래그 존재 및 부착 여부, 공작물 전체의 절단 폭 일관성 등 여러 요소를 포괄하는 다각적인 개념입니다. 화염 절단에서 높은 정확도를 유지하려면 다양한 공정 파라미터를 정밀하게 제어해야 합니다.

화염 절단 품질에 영향을 미치는 몇 가지 중요한 요소가 있습니다:

1. 가연성 가스 선택

2. 커팅 토치 디자인 및 사양

3. 산소 특성:

• 순도 수준
• 압력
• 유량
• 흐름 패턴

4. 절단 속도 및 이송 속도

5. 토치 경사각

6. 화염 조절 및 안정성

7. 예열 화염 에너지 강도

8. 절단 노즐 위치 지정:

• 공작물 표면을 기준으로 한 각도
• 공작물과의 이격 거리

절단 산소 스트림은 화염 절단 공정에서 중요한 역할을 합니다. 금속 점화를 시작하고 연소 생성된 산화물을 커프에서 배출하는 두 가지 주요 기능을 수행합니다. 따라서 절단 산소의 순도, 유량, 흐름 패턴은 절단 품질과 공정 효율 모두에 큰 영향을 미칩니다. 이러한 매개변수를 최적화하는 것은 생산성을 극대화하면서 정밀한 고품질 절단을 달성하는 데 필수적입니다.

최근 화염 절단 기술의 발전으로 이러한 매개변수를 실시간으로 자동 조정할 수 있는 컴퓨터 제어 시스템이 도입되어 절단 정확도와 일관성이 더욱 향상되었습니다. 또한 열화상 이미지와 머신러닝 알고리즘의 통합으로 더욱 정밀한 온도 제어와 결함 예측이 가능해져 전반적인 절단 품질이 향상되고 재료 낭비가 감소했습니다.

가연성 가스 유형

화염 절단에는 아세틸렌, 프로판, 천연가스, MAPP(메틸아세틸렌-프로파디엔 프로판) 등 다양한 가연성 가스가 사용됩니다. 가스 선택은 특정 절단 요건과 재료 특성에 따라 달라집니다. 아세틸렌과 같이 발열량이 높고 화염 전파가 빠른 가스는 농축된 고온 화염을 생성할 수 있기 때문에 얇은 판재 절단에 선호됩니다. 반대로 프로판이나 천연 가스처럼 연소 값이 낮고 화염 속도가 느린 가스는 더 안정적이고 지속적인 열 입력을 제공하므로 두꺼운 판재 절단에 더 적합합니다.

두께가 200mm를 초과하는 강판의 경우 천연가스가 특히 유리합니다. 일관된 화염 특성과 드로스 생성 경향이 낮아 절단 품질이 우수합니다. 하지만 아세틸렌에 비해 절단 속도가 약간 느리다는 단점이 있습니다. 또한 천연가스의 더 넓은 화염 프로파일은 두꺼운 재료에서 더 부드러운 절단 모서리를 만드는 데 기여합니다.

아세틸렌은 천연가스보다 훨씬 비싸지만 여전히 많은 생산 환경에서 주로 사용됩니다. 이러한 선호도는 다양한 용도와 높은 화염 온도(최대 3,480°C), 빠른 가열 능력으로 인해 다양한 판재 두께에 적합하기 때문입니다. 그러나 높은 절단 품질이 요구되고 자원 가용성이 제약이 없는 매우 크고 두꺼운 판재를 절단할 때는 천연가스가 더 경제적이고 기술적으로 우수한 옵션이 될 수 있습니다.

토치 유형

토치 유형 선택은 산소 연료 절단에서 매우 중요하며 공작물의 두께와 직접적인 상관관계가 있습니다. 재료 두께가 증가하면 절단 효율과 품질을 유지하기 위해 노즐이 여러 개이고 산소 압력이 높은 고용량 토치가 필요합니다. 이러한 매개변수 간의 관계는 여러 가지 요인에 의해 결정됩니다:

1. 공작물 두께: 두꺼운 소재는 효과적인 절단을 위해 더 많은 열 에너지와 산화력을 필요로 합니다.
2. 토치 유형: 고급 토치는 더 큰 가스 흐름과 압력을 처리하도록 설계되어 더 두꺼운 재료를 절단할 수 있습니다.
3. 노즐 수: 다중 노즐 구성은 열을 더 고르게 분배하고 두꺼운 공작물의 절단 속도를 높입니다.
4. 산소 압력: 압력이 높을수록 산화력이 높아져 두꺼운 물질을 관통하는 데 필수적입니다.

이러한 상호 관련된 요소는 일반적으로 종합적인 절단 차트 또는 표에 표시되며, 이는 작업자에게 중요한 참고 자료로 사용됩니다. 이 표에는 다양한 재료 두께에 권장되는 토치 유형, 노즐 수, 산소 압력이 요약되어 있어 다양한 응용 분야에서 최적의 절단 성능과 일관성을 보장합니다.

산소 순도, 압력, 유량, 산소 흐름 모양 절단

산소 순도 감소

산소의 순도는 산소 소비량, 절단 품질 및 절단 속도에도 큰 영향을 미칩니다. 산소의 순도가 낮아지면 질소와 같은 불순물이 절단 과정에서 열을 흡수하고 커프 표면에 가스 막을 형성하여 금속이 연소하는 것을 방해하고 산화 과정을 느리게 합니다. 그 결과 절단 속도가 급격히 감소하고, 절단 범위가 넓어지고, 절단 표면이 거칠어지고, 커프 아래쪽 가장자리에 슬래그가 생기고, 산소 소비량이 증가합니다.

다음 그래프는 산소 순도가 인체에 미치는 영향을 보여줍니다. 절단 시간 및 산소 소비량을 나타냅니다. 세로축은 절단 시간(1)과 산소 소비량(2)을 나타냅니다.

산소 순도가 97.5%에서 99.5%로 감소하면 1m 길이 절단 시 순도가 1% 감소할 때마다 절단 시간은 10%에서 15%로 증가하고 산소 소비량은 25%에서 35%로 증가합니다. 따라서 가능한 가장 높은 산소 순도(일반적으로 99.5% 이상)를 유지하는 것이 중요합니다. 순도가 95% 미만이면 절단 공정이 매우 어려워집니다.

슬래그가 없는 커프를 얻으려면 가스 절단산소 순도는 99.6% 이상이어야 합니다. 액체 산소 절단은 초기 투자 비용이 많이 들지만, 장기적으로 봤을 때 전반적인 경제성이 훨씬 뛰어납니다.

산소 압력 감소

얇은 조각을 절단할 때는 절단 산소 압력을 적절히 낮출 수 있습니다. 그러나 압력이 너무 낮거나 너무 높지 않도록 하는 것이 중요합니다. 압력이 너무 높으면 절단 이음새가 더 넓어지고 절단 속도가 감소하며 절단 표면이 거칠어지고 절단 부품에 강한 냉각 효과가 발생합니다.

반면 압력이 너무 낮으면 절단 과정에서 산화 반응이 느려져 절단 후면에 제거하기 어려운 슬래그가 접착되어 절단이 완료되지 않을 수 있습니다.

절단 산소 압력이 증가하면 산소 유량도 증가하여 더 두꺼운 판재를 절단할 수 있습니다. 그러나 절단할 수 있는 최대 두께가 있으며, 그 이상에서는 압력을 높여도 절단 가능한 두께가 증가하지 않습니다. 절단 산소 압력이 절단 속도에 미치는 영향은 비슷합니다.

절삭 산소 압력이 절삭 속도에 미치는 영향

그림과 같이 가스 절단에 일반 노즐을 사용할 경우 낮은 압력 수준에서는 압력에 따라 절단 속도가 증가합니다. 그러나 압력이 0.3MP를 초과하면 절단 속도가 감소하고 커프가 넓어져 커프의 단면이 거칠어집니다.

반면, 가스 절단에 확산형 노즐을 사용하는 경우 절단 산소 압력이 노즐의 설계 압력에 해당하면 압력이 증가함에 따라 절단 속도가 증가합니다. 이는 절단 산소 흐름의 유량과 운동량이 증가하여 일반 노즐을 사용할 때보다 절단 속도가 빨라지기 때문입니다.

절단 산소 압력의 권장 값

실제 절단 작업에서 최적의 절단 산소 압력은 "윈드라인" 테스트 방법을 통해 결정할 수 있습니다. 주어진 노즐에 대해 적절한 압력은 윈드라인이 가장 깨끗하고 길 때 최상의 절단 결과를 얻을 수 있는 압력입니다.

산소 흐름 차단

그림은 12mm 두께를 절단할 때 산소 유량이 절단 속도에 미치는 영향을 보여줍니다. 강판. 그림과 같이 산소 유량이 증가함에 따라 절삭 속도는 점차 증가하지만 특정 한계 값을 넘어서면 감소합니다.

즉, 최적의 산소 유속이 특정 강판 두께 최고의 절단 속도뿐만 아니라 최고의 절단 품질도 제공합니다.

산소 유량이 절삭 속도에 미치는 영향(판재 두께 12mm)

절단 속도, 기울기 절단 속도, 기울기 각도

절단 속도

절단 속도는 공작물의 두께와 절단 노즐의 형태에 따라 달라지며, 일반적으로 공작물의 두께가 증가할수록 속도가 느려집니다. 절단 속도는 커프에 있는 금속의 산화 속도에 맞게 조정해야 합니다.

절단 속도는 절단 공정의 안정성과 절단 섹션의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 생산성을 향상시키기 위해 절단 속도를 인위적으로 조정하거나 절단 섹션 품질을 향상시키기 위해 속도를 늦추려고 시도하면 효과가 없으며 오히려 절단 섹션 품질이 저하될 수 있습니다.

절단 속도가 너무 느리면 생산성이 저하되어 커프의 상단 모서리가 무너지고 녹아내리고 하단 모서리가 둥글어지며 절단 부분의 하단부에 깊은 물 세척 홈이 생깁니다. 반면에 절단 속도가 너무 빠르면 과도한 항력이 발생하여 절단 부분에 함몰이 생기고 슬래그가 매달리게 되며 심각한 경우 절단이 완료되지 않을 수도 있습니다.

수동 절단에 비해 기계 절단은 절단 속도가 평균 20% 증가합니다. 다음 표에는 기계 절단에 권장되는 절단 속도가 나와 있습니다.

기계 절단 시 절단 속도 권장 데이터

적절한 절단 속도는 커프에서 배출되는 슬래그의 특성을 관찰하여 결정할 수 있습니다. 일반적인 화염 절단에서는 절단 산소 흐름이 수직 토치에 비해 약간 기울어지며, 이 오프셋을 백 드래그 양이라고 합니다(그림 참조).

절단 속도는 커프에 떨어지는 슬래그 스파크의 방향에 따라 결정할 수 있습니다. 속도가 너무 낮고 백 드래그 양이 없는 경우 공작물 아래의 스파크 빔이 절단 방향으로 오프셋됩니다. 토치 작동 속도를 높이면 스파크 빔이 반대 방향으로 이동합니다. 스파크 빔이 절단 산소 흐름과 평행하거나 토출구보다 약간 앞쪽에 있으면 절단 속도가 정상으로 간주됩니다. 그러나 속도가 너무 빠르면 스파크 빔이 분명히 뒤로 이동합니다.

절단 경사

절단 노즐과 공작물 사이의 경사각은 가스 절단 속도와 백 드래그 양에 직접적인 영향을 미칩니다. 절단 경사의 크기는 주로 공작물의 두께에 따라 결정됩니다.

두께가 4mm 미만인 강판의 경우 절단 노즐을 25°~45° 각도로 뒤로 기울여야 합니다. 언제 강철 절단 두께가 4~20mm인 강판의 경우 노즐을 20°~30° 각도로 뒤로 기울여야 합니다. 두께가 20~30mm인 강판의 경우 절단 노즐이 공작물과 수직이 되어야 합니다. 두께가 30mm 이상인 공작물의 경우 절단 노즐을 절단 시작 시에는 5°~10°, 절단 후에는 5°~10° 각도로 앞으로 기울여야 합니다. 수동 커브 커팅의 경우 커팅 노즐이 공작물과 수직이 되어야 합니다.

노즐의 절단 경사와 절단 두께 사이의 관계는 그림에 나와 있습니다.

• 1- 두께 6mm 미만
• 2- 두께는 6-30mm입니다.
• 3- 두께 > 30mm

절단 노즐과 공작물 사이의 경사각은 가스 절단 속도와 백 드래그의 양에 직접적인 영향을 미칩니다. 각도를 올바르게 선택하지 않으면 가스 절단 속도가 향상되지 않을 뿐만 아니라 산소 소비가 증가하고 가스 절단에 어려움을 겪을 수도 있습니다.

불꽃 조정

산소와 아세틸렌의 비율을 조절하여 중성 불꽃(일반 불꽃이라고도 함), 산화 불꽃, 환원 불꽃(아래 그림 참조) 등 세 가지 유형의 절단 불꽃을 생성할 수 있습니다.

정상적인 불꽃은 환원 영역에 활성 산소와 반응성 탄소가 없는 것이 특징이며, 원통형에 가까운 날카로운 불꽃 코어가 있는 세 개의 뚜렷한 영역으로 이루어져 있습니다. 불꽃 코어는 아세틸렌과 산소로 구성되어 있으며 끝 부분이 균일하게 둥글고 반짝이는 껍질을 가지고 있습니다. 바깥쪽 껍질은 붉고 뜨거운 탄소질 점으로 이루어져 있으며, 불꽃 코어의 온도는 1000°C에 이릅니다.

환원 영역은 화염 중심부 바깥쪽에 위치하며 화염 중심부에 비해 밝기가 더 어둡습니다. 아세틸렌의 불완전 연소 생성물인 이산화탄소와 수소로 구성되며 온도는 약 3000°C에 달할 수 있습니다.

외부 화염 또는 완전 연소 영역은 환원 영역 외부에 위치하며 이산화탄소와 수증기, 질소로 구성됩니다. 온도는 1200°C에서 2500°C 사이입니다.

산화 불꽃은 과잉 산소가 있을 때 생성되며, 불꽃의 중심은 원추형으로 길이가 짧고 윤곽이 불분명하며 밝기가 흐릿합니다. 환원 영역과 외부 불꽃도 짧아지고 불꽃은 보라색-파란색이며 큰 소리와 함께 타오릅니다. 소리의 크기는 산소의 압력과 관련이 있으며 산화 화염의 온도는 일반 화염보다 높습니다. 절단에 사용하면 절단 품질이 크게 저하됩니다.

환원 불꽃은 아세틸렌이 과도할 때 생성되며, 불꽃 코어의 윤곽이 명확하지 않습니다. 불꽃 코어의 끝에는 녹색 가장자리가 있어 과도한 아세틸렌의 존재를 확인하는 데 사용됩니다. 환원 영역은 비정상적으로 밝고 불꽃 코어와 거의 섞여 있습니다. 바깥쪽 불꽃은 노란색입니다. 아세틸렌이 너무 많으면 불꽃에서 아세틸렌 연소에 필요한 산소가 부족하여 검은 연기가 발생하기 시작합니다.

예열 불꽃의 에너지 크기는 절단 속도 및 커프의 품질과 밀접한 관련이 있습니다.

강판을 절단하는 과정에서 예열 불꽃의 강도는 공작물의 두께와 절단 속도에 따라 조정해야 합니다. 공작물의 두께가 증가하고 절단 속도가 증가함에 따라 화염 에너지를 강화해야 하지만 너무 강해서는 안 됩니다. 지나치게 강한 예열 불꽃은 절개 부위 위쪽 가장자리를 심각하게 녹여 붕괴시킬 수 있습니다.

반면 예열 불꽃이 너무 약하면 강판에 충분한 에너지가 공급되지 않아 절단 속도가 감소하고 절단 공정이 중단될 수도 있습니다.

따라서 예열 불꽃의 강도와 절단 속도 사이의 관계는 상호 의존적입니다. 두께가 200mm 미만인 강판을 절단할 때는 절단 품질 향상을 위해 중성 화염을 사용하는 것이 좋습니다.

두꺼운 강판을 절단할 때는 예열 절단에 환원 불꽃을 사용해야 하며, 불꽃의 길이는 강판 두께보다 최소 1.2배 이상 커야 합니다.

예열 화염 에너지 비율

예열 불꽃은 금속 공작물을 점화 온도까지 가열하고 그 온도를 유지함으로써 가스 절단에서 중요한 역할을 합니다. 예열 불꽃의 목적은 강철 표면의 산화물 층을 벗겨내고 녹여 절단 산소 흐름이 금속과 접촉할 수 있게 함으로써 절단 공정을 용이하게 하는 것입니다.

중성 불꽃이든 약간 산화 불꽃이든 예열 불꽃의 선택은 가스 절단 품질에 영향을 미치는 중요한 공정 파라미터입니다. 탄화 불꽃을 사용하면 절단 가장자리가 탄화될 수 있으므로 사용하지 않는 것이 좋습니다. 예열 불꽃의 강도는 적당해야 하며 공작물의 두께, 절단 노즐의 유형 및 품질 요구 사항에 따라 선택해야 합니다.

언제 두꺼운 강철 절단 플레이트의 경우 화염 에너지 속도를 줄여 절단면의 상단 가장자리가 녹는 것을 방지해야 합니다.

반면 얇은 강판을 절단할 때는 화염 에너지 속도를 높일 수 있지만 절단 노즐은 공작물에서 일정 거리를 유지하고 일정한 경사각을 유지해야 합니다.

얇은 강판을 절단하는 동안 예열 불꽃의 에너지 속도가 너무 낮으면 공작물에 충분한 열이 전달되지 않아 가스 절단 속도가 감소하거나 절단 공정이 중단될 수 있습니다.

• 예열 불꽃의 강도는 절단할 공작물의 두께가 증가함에 따라 증가해야 합니다. 공작물의 두께가 두꺼울수록 예열 불꽃의 강도는 더 커져야 합니다.

산소-아세틸렌 예열 화력과 판 두께의 관계

• 두꺼운 강판을 절단할 때는 절단 상단 가장자리의 붕괴를 방지하고 외부 불꽃을 더 길게 만들기 위해 초경 불꽃을 사용해야 합니다.
• 확산식 노즐과 산소 커튼 노즐을 사용하여 두께 200mm 미만의 강판을 절단하는 경우 화력이 더 커야 커프의 선단이 점화점까지 가열되는 속도를 가속화하여 더 높은 절단 속도를 얻을 수 있습니다.
• 더 높은 강철을 절단할 때 탄소 함량 또는 합금 원소는 발화점이 높기 때문에 예열 화염의 힘이 더 커야 합니다.
• 단일 절단 노즐로 베벨을 절단할 때는 슬래그가 커프 바깥쪽으로 날아가므로 화력을 높여 추가 에너지를 얻을 수 있습니다.

가스 불꽃 절단을 위한 예열 시간은 절단할 공작물의 두께에 따라 결정해야 합니다. 다음은 가스 불꽃 절단에서 선택한 예열 시간에 대한 경험적 데이터 목록입니다.

가스 화염 절단을 위해 선택한 예열 시간에 대한 경험적 데이터

절단 노즐과 공작물 사이의 경사각 및 공작물 표면과의 거리

절단 노즐과 공작물 표면 사이의 거리는 절단 품질을 결정하는 데 매우 중요합니다. 이상적인 거리는 공작물의 두께와 예열 불꽃의 길이에 따라 달라집니다.

절단 노즐이 공작물에 너무 가까우면 절단 상단 가장자리에서 용융 붕괴가 발생하고 절단 노즐이 튀어서 막히고 템퍼링이 발생할 수도 있습니다. 반면에 절단 노즐의 높이가 너무 높으면 열 손실이 증가하고 절단 전면 가장자리에서 예열 불꽃의 효과가 감소하여 예열이 불충분하고 절단 산소 흐름 에너지가 감소하여 슬래그 제거가 어렵고 절단 품질에 영향을 미칩니다. 또한 커프의 산소 순도가 감소하여 백 드래그의 양이 증가합니다. 커프 너비얇은 판의 절단 속도도 감소합니다.

일반적으로 불꽃 코어는 최상의 가열 조건을 달성하고 탄화 위험을 최소화하기 위해 공작물 표면에서 3~5mm 이내로 유지해야 합니다. 불꽃 코어가 공작물 표면에 닿으면 절단면의 상단 가장자리가 녹을 뿐만 아니라 절단면의 탄화 위험도 증가합니다.

절단 노즐과 공작물 표면 사이의 거리는 절단할 공작물의 두께에 따라 조정해야 합니다.

얇은 판을 절단할 때 절단 속도가 더 빠르고 불꽃이 더 길어질 수 있으므로 절단 노즐과 공작물 표면 사이의 거리가 더 커질 수 있습니다.

반면에 두꺼운 판재를 절단할 때는 절단 속도가 느리기 때문에 절단 상단 가장자리가 녹는 것을 방지하기 위해 예열 불꽃을 짧게 하고 절단 노즐과 공작물 표면 사이의 거리를 더 좁혀야 합니다. 이렇게 하면 직진성 절단 산소 흐름과 산소의 순도를 유지하여 절단 품질을 향상시킵니다.

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