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2 편          용         접
7 장    금속의 절단(切斷)(교과서 p.152)

금속의 절단은 chip을 발생하는 기계적인 절단과 열에 의한 용단(熔斷)으로 크게 나눌 수 있다. 용단이 기계적인 절단에 비하여 절단면이 매끄럽지 못하고 용단이 되지 않는 금속이 있지만, 구조상 기계적 절단이 어려운 것을 절단할 수 있어 편리하게 사용되고 있다.
용단의 열원이 전기인 경우와 gas 연소에 의한 것 등으로 분류할 수 있으나, 본장에서는 gas 연소에 의한 절단 중에서 일반적으로 많이 이용되는 산소-acetylene 절단에 중점을 두어 설명하고자 한다.

[1] arc 절단

arc 절단은 주철, 황동 등과 같이 gas 절단이 어려운 금속의 절단에 편리하며, 용접의 경우보다 큰 전류의 긴 arc를 사용한다.

arc 절단에는

  1. 탄소 arc 절단: 전극으로 탄소봉을 이용하여 전극과 모재 사이에 발생하는 arc 열에 의한 절단이다.
  2. 금속 arc 절단: 특수피복 금속봉과 모재 사이에 발생하는 arc 열에 의한 절단으로서, 직류인 경우에는 정극성을 채용한다.
  3. 산소 arc 절단: 피복전극과 모재 사이에 arc를 발생시키고 심선 중심부의 중공을 통하여 용금을 불어 내어 절단한다.
  4. 불활성 gas arc 절단: MIG 용접과 TIG 용접 장치에서 높은 전류밀도를 사용하여 깊은 용입이 되게한다.
  5. plasma arc 절단: 도전성을 띤 gas체인 plasma에 의하여 용융시키고 불어 낸다.
등이 있다.

[2] laser beam 절단

laser beam 절단은 박판의 절단 및 구멍뚫기에 사용되나, 장비가 고가이고 energy 소비가 크다. 자동차 공장에서 body panel의 trimming 등에 이용된다.

확대 laser 절단
tube1.asx
관의 laser 절단
tube2.asx
관의 laser 절단

[3] gas 절단

대부분의 용단(熔斷)은 산소-gas 절단이며, 비철금속에서는 용단부를 단순이 용해시켜 불어 내는 것으로서 용단이 수행되나, 철의 절단에서는 혼합 gas 염으로 800 ~ 1000℃ 정도로 예열하고 이것에 순도가 높은 산소를 고압으로 분사하면 강열한 화학반응에 의한 고온으로 철은 산화( 연소)되며, 기류가 산화철을 불어 내어 2~4mm 폭의 홈이 생긴다.
이 때의 화학반응은 다음과 같다.

gas 절단에는 수동절단(手動切斷)과 자동절단(自動切斷)이 있으며, 아래 그림은 torch tip의 형태, tip의 각도 및 tip과 가공물간의 간격을 보여 준다.

보충 gas 절단 torch의 tip

(1) 수동절단:

절단 torch에는 예열용 acetylene gas의 압력을 기준으로 하여 저압식(低壓式, 0.07kg/cm2 이하)과 중압식(中壓式, 0.07kg/cm2 이상)이 있으며, 그림은 저압식 torch로서, 예열용 산소-acetylene 혼합 gas 도관과 순수 산소만을 보내는 도관으로 되어 있다.

gas 절단의 animation 저압식 torch의 구조

gas 절단에서는 절단홈의 밑으로 갈수록 slag의 방해, 산소의 오염 등에 의하여 산화작용이 느리고, 불어 내는 압력이 저하하기 때문에 그림과 같이 上下의 절단거리에 차이가 생기며, 이 차이를 drag 또는 drag 거리라 한다. 이 drag는 절단성을 판정하는 기준이 되며, 절단속도, 산소소비량 등에 따라 변하고, 절단속도가 아주 느리면 drag는 0 이 된다. 산소량과 산소압력을 증가시키면 drag는 짧아지나, 산소압력을 증가시켜도 더 이상 drag가 짧아지지 않는 한계가 있다. drag가 길게 되는 조건에서 절단하면 절단비용은 감소하나, 절단깊이의 밑부분에서는 절단이 되지 않을 수도 있으므로 drag는 강판두께의 20% 정도가 작업능률의 관점에서 좋다.

(2) 자동절단:

공작물을 절단할 때 절단기가 이동대와 함께 track 위를 자동 이동하면서 직선 또는 곡선절단할 수 있는 자동절단기가 있다. 아래 표의 조건에 따라 강판과 torch tip 간의 거리 등을 선정하고, 절단 시작점을 충분히 예열하여 용융점에 이를 때 순수 산소 valve를 열어 산화, 분출시키면서 이동대를 track상에서 이동시켜 절단한다.

확대 programable 2-axis 용접 및 절단기

2 ~ 3개의 torch로 홈을 자동절단하는 예

(3) 수중 gas절단:

수중절단은 침몰선의 해체, 교량의 보수 등 불가피하게 수중 작업을 요하는 곳에서 이용되며, 일반 torch와 다른 점은 그림과 같이 용접 중 물의 침입을 막기 위하여 압축공기를 분출하는 구멍이 하나 더 있다. acetylene gas는 수중 7.5m 깊이까지 사용할 수 있고, 보다 깊은 곳에서는 압력에 의한 안전상 수소 gas를 사용한다.

수중 절단 torch tip

(4) gas gouging:

일명 따내기라고도 하며, 가공물의 일부분을 용융시켜 불어 냄으로써 홈을 내는 가공이다. 아래 그림과 같이 gouging torch tip을 30 ~ 45°경사지게 하여 예열하고, 표면이 점화온도에 달하면 tip을 6 ~ 12mm 정도 후퇴시켜 산소 valve를 서서히 열고 작업을 진행한다.

U형 홈 가공용 gas gouging torch tip gouging 작업

Gouging

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