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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
- 탄소 arc 절단: 전극으로 탄소봉을 이용하여 전극과 모재 사이에 발생하는 arc 열에 의한 절단이다.
- 금속 arc 절단: 특수피복 금속봉과 모재 사이에 발생하는 arc 열에 의한 절단으로서,
직류인 경우에는 정극성을 채용한다.
- 산소 arc 절단: 피복전극과 모재 사이에 arc를 발생시키고 심선 중심부의 중공을 통하여 용금을
불어 내어 절단한다.
- ☞ 불활성 gas arc 절단:
MIG 용접과 TIG 용접 장치에서 높은 전류밀도를 사용하여 깊은 용입이 되게한다.
- ☞ 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.
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laser 절단
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tube1.asx
관의 laser 절단
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tube2.asx
관의 laser 절단
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[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.
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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.
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(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
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저압식 torch의 구조
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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.
programable 2-axis 용접 및 절단기
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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
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gouging 작업
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  Gouging
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