황동은 고급스러운 외관과 우수한 가공성을 자랑합니다. 이러한 특성 덕분에 시제품 제작에 널리 사용됩니다. 명판, 장식 트림, 전기 부품은 물론 부식 방지가 필요한 하드웨어에도 사용됩니다. 하지만 문제는 황동이 레이저 절단이 가장 어려운 판금 중 하나라는 점입니다.
Yonglihao Machinery에서는 저희는 다음과 같습니다. 시제품 제작 서비스 회사. 레이저 절단은 당사의 주요 공정 중 하나입니다. 고객들이 황동 제품을 의뢰할 때 일반적으로 원하는 것은 두 가지입니다. 바로 깔끔한 절단면과 정밀한 디테일입니다. 이 가이드에서는 파이버 레이저를 이용한 황동 레이저 절단에 대한 당사의 접근 방식을 설명합니다. 가장 중요한 매개변수와 시간 낭비 및 불량품 발생의 원인이 되는 일반적인 문제 해결 방법을 다룹니다.
황동 레이저 절단이란 무엇인가요?
황동 레이저 절단은 열 가공 방식입니다. 집중된 레이저 빔이 황동을 녹인 후, 보조 가스가 녹은 금속을 절단면(커프) 밖으로 불어냅니다. 황동 절단에는 이 가스가 필수적이며, 절단 작업을 가능하게 하고 반복성을 높여줍니다. 이 공정은 비접촉식이므로, 전단이나 펀칭 방식처럼 황동판이 휘거나 손상되지 않습니다.
실제로는, 레이저 커팅 황동 프로토타입 제작에 매우 적합합니다. 정밀한 디테일 표현, 빠른 변경, 그리고 부품 간 일관된 형상 구현이 가능합니다. 하지만 황동은 일반 강철과는 다른 특성을 가지고 있다는 점을 명심해야 합니다. 황동을 다른 금속처럼 다루면 불안정한 천공, 슬래그 발생, 버(burr) 생성, 그리고 불량 절단 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
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황동을 레이저 절단하기 어려운 이유는 무엇일까요?
높은 반사율 및 역반사 위험
황동은 구리 함량 때문에 반사율이 매우 높습니다. 이러한 반사율로 인해 절단 시작 시 표면이 흡수하는 레이저 에너지 양이 줄어듭니다. 또한 에너지가 기계의 광학 장치 및 레이저 소스 쪽으로 반사될 위험이 높아집니다.
이러한 이유로 황동 절단은 품질과 공정 안정성 모두에 어려움을 초래합니다. 용융 금속이 빠르게 형성되면 반사율이 낮아지고 절단이 더욱 안정화됩니다. 하지만 용융 금속이 천천히 형성되면 공정이 부분 용융과 반사 사이를 오르락내리락하게 되는데, 대부분의 실패는 바로 이 지점에서 시작됩니다.
첫 번째 용융 전 낮은 흡수율
황동은 녹기 전에는 다른 금속들에 비해 레이저 에너지를 덜 흡수합니다. 따라서 작업에서 가장 중요한 부분은 시작 단계, 즉 재료를 뚫고 안정적인 절단 경로를 만드는 것입니다. 황동이 녹으면 에너지를 더 잘 흡수하게 되므로, 용융 상태를 유지하고 용융물을 잘 배출하면 절단 작업이 원활하게 진행될 수 있습니다.
이는 황동 가공에서 "거의 완전히 절단되는" 현상이 흔히 발생하는 이유를 설명해 줍니다. 절단면이 잠시 동안은 매끄럽게 보이다가 갑자기 멈추는 경우가 있는데, 이는 용융 풀이 붕괴되거나 가스 배출이 제대로 이루어지지 않을 때 발생합니다. 절단을 다시 시작하려면 두 번째 천공 작업이 필요한 경우가 많은데, 이는 안정성과 절단면 품질 측면에서 최악의 상황입니다.
얇은 황동의 열 축적 및 변형
황동은 열전도율이 매우 높습니다. 얇은 판재의 경우 열이 빠르게 퍼져 국부적인 변형, 가장자리 변색, 작은 부분의 크기 변화 등을 유발할 수 있습니다. 두꺼운 판재의 경우 열은 변형보다는 절단면에서 용융된 금속을 얼마나 깨끗하게 제거할 수 있는지에 더 큰 영향을 미칩니다.
시제품 제작 시, 변형은 종종 눈에 띄지 않는 문제입니다. 부품이 잘린 것처럼 보이지만 작은 탭이 들뜨거나, 구멍 위치가 약간 어긋나거나, 모서리가 원하는 것보다 더 둥글게 될 수 있습니다. 이러한 문제는 단 하나의 설정으로 해결되는 경우가 드물고, 보통 절삭 순서, 보조 가스 성능, 그리고 판재 지지 방식 등 여러 요소를 조합해야 합니다.
황동 부품 제작에 파이버 레이저를 사용하는 이유는 무엇일까요?
파장이 짧을수록 에너지 결합이 향상됩니다.
황동 가공에는 파이버 레이저가 실용적인 선택인 경우가 많습니다. 파이버 레이저의 파장은 이산화탄소 레이저의 긴 파장보다 금속에 더 잘 흡수됩니다. 흡수율이 높으면 초기 용융 풀이 더 빨리 형성됩니다. 이 초기 용융 풀 형성 속도는 가공물의 안정성을 결정짓는 중요한 요소이며, 이후 반복적인 반사와 불량으로 이어질 수 있습니다.
시제품 제작에서는 안정적인 시작이 절삭 속도만큼이나 중요합니다. 안정적인 천공과 일관된 절삭 경로는 약간의 속도 향상을 노리는 것보다 훨씬 더 많은 시간을 절약해 줍니다.
높은 출력 밀도는 천공 시간을 단축합니다.
전력 밀도는 작은 지점에 집중되는 에너지의 양을 나타냅니다. 이는 관통 지점에서 황동이 고체에서 액체로 변하는 속도를 제어합니다. 전력 밀도가 높을수록 재료가 높은 반사율을 보이는 시간이 짧아집니다. 따라서 불안정한 관통 가능성이 줄어들고 기계의 광학 장치를 보호하는 데 도움이 됩니다.
이는 두께가 증가함에 따라 필요한 전력이 급격히 증가하는 이유를 설명해 줍니다. 충분한 전력이 없어 빠르게 관통할 수 없다면 황동을 절단할 수는 있겠지만, 공정이 매우 민감해지고 성공할 수 있는 범위가 좁아집니다. 생산 과정에서 성공 범위가 좁다는 것은 불량품이 더 많이 발생한다는 것을 의미합니다.
이로 인해 에지 품질과 반복성이 어떻게 변화하는가?
파이버 레이저는 모든 버나 찌꺼기를 제거하지는 못합니다. 하지만 더 넓고 안정적인 절단 영역을 제공합니다. 안정적인 절단 영역 덕분에 시제품 제작에 중요한 요소인 깨끗한 모서리, 미세한 형상, 그리고 반복 가능한 크기에 집중할 수 있습니다. 또한 적절한 초점과 강력한 보조 가스를 사용하면 열영향부를 최소화하는 데에도 도움이 됩니다.
요컨대, 파이버 레이저를 사용하면 단순히 절단 작업을 계속 진행하는 데 시간을 쏟는 대신 품질 향상에 시간을 할애할 수 있습니다.
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주요 설정 변수 및 시작 매개변수
황동 절단은 몇 가지 변수를 매우 신중하게 제어할 때 최상의 결과를 얻습니다. 이러한 변수들은 절단면이 깨끗하고 일관적이며 안전한지를 결정하는 "공정 지렛대"라고 할 수 있습니다.
레이저 출력과 황동 두께의 관계
절단하려는 두께에 따라 시스템에서 안전하게 공급할 수 있는 최대 출력을 사용하십시오. 출력이 높을수록 황동이 녹는 데 필요한 시간이 단축됩니다. 이렇게 하면 반사 단계가 줄어들어 절단면이 더욱 안정됩니다. 예를 들어, 0.04인치 두께의 황동은 1000W 설정으로 절단할 수 있습니다. 하지만 기계 및 가스 설정에 따라 0.25인치 두께의 황동은 4000W 설정이 필요한 경우가 많습니다.
출력만으로는 충분하지 않습니다. 속도, 초점, 가스량을 변경하지 않고 출력만 높이면 과도하게 녹거나, 절단면이 넓어지거나, 색이 바래질 수 있습니다. 출력은 안정성을 확보하는 데 중요한 요소이며, 다른 설정은 절단면 품질을 개선하는 데 사용하세요.
절단 속도
절삭 속도를 약간 낮추면 황동 절삭이 더 안정적으로 이루어지는 경우가 많습니다. 적절한 시작점은 해당 두께에 대해 시스템이 처리할 수 있는 최대 속도보다 약 10~15% 정도 낮은 속도입니다. 목표는 절삭이 멈추지 않도록 하는 것입니다. 황동을 다시 뚫는 것은 품질 및 안전 문제의 주요 원인이 됩니다.
속도가 느리다는 것이 "기어가는" 것을 의미하는 것은 아닙니다. 너무 느리면 열이 축적되고, 가장자리가 변색되며, 용융 풀이 너무 커지면서 슬래그 발생량이 증가할 수 있습니다. 적절한 속도는 일정한 용융물 배출과 함께 안정적인 절단 경로를 유지하는 속도입니다.
핵심 위치
황동을 가공할 때는 절삭면을 고르게 유지하면서도 초점을 윗면 가까이에 맞추는 것이 중요합니다. 초점을 윗면에 치우치게 하면 절삭 시작 부분의 출력 밀도가 높아집니다. 이는 초기 용융 속도를 높이고 관통 및 초기 절삭 형성을 안정화하는 데 도움이 됩니다. 또한 절삭 시작 부분에 빔이 집중되기 때문에 정밀한 작업에도 효과적입니다.
초점이 너무 높거나 낮으면 대개 바로 알 수 있습니다. 초점이 너무 높으면 침투력이 떨어지고 절단면이 불안정해질 수 있습니다. 초점이 너무 낮으면 윗부분이 넓어지고 테이퍼가 심해지며 가스가 제대로 배출되지 못하는 지저분한 용융 풀이 생길 수 있습니다.
보조 가스
대부분의 황동 절단 작업에서 질소는 표준 보조 가스로 사용됩니다. 질소는 불활성 기체이며 산화를 최소화하면서 깨끗한 절단면을 만드는 데 도움을 줍니다. 황동 절단에서 질소의 역할은 기계적인 것으로, 용융된 금속을 절단면에서 불어내어 재부착을 방지하는 것입니다. 가스 공급이 약할 경우 슬래그 발생이 지속적인 문제가 됩니다.
두꺼운 황동, 작은 절단면, 그리고 고품질 모서리 가공에는 고압 분사가 필요한 경우가 많습니다. 노즐의 상태, 정렬 상태, 그리고 판재와의 거리 또한 많은 팀이 생각하는 것보다 훨씬 중요합니다. 노즐이 마모되었거나, 중심에서 벗어나 있거나, 오염된 경우, 아무리 완벽하게 설정하더라도 슬래그와 버가 발생할 수 있습니다.
빠른 설정 체크리스트 (여러 매개변수를 한 번에 변경하기 전에 사용하세요):
- 노즐이 깨끗하고 중앙에 위치하며 분사 두께에 적합한지 확인하십시오.
- 보조 가스 압력이 조절기에서뿐만 아니라 가스가 흐르는 동안에도 안정적인지 확인하십시오.
- 높은 출력에 속도를 약간 줄이고 상단에 초점을 맞춰 시작하세요.
- 먼저 피어싱 부위를 안정시킨 다음, 가장자리의 품질을 다듬으세요.
황동 레이저 절단을 위한 실용적인 작업 흐름
시제품 제작에서 일관된 결과는 일관된 작업 흐름에서 나옵니다. 이것이 바로 우리가 황동 절삭의 예측 가능성을 높이기 위해 따르는 프로세스입니다.
디자인 및 파일 준비
레이저 가공용 CAD 파일을 준비하는 것부터 시작하세요. 모서리가 매우 좁거나, 벽이 얇거나, 작은 탭이 있는 경우 열로 인해 변형되거나 떨어져 나갈 수 있습니다. 황동의 경우 작은 부분일수록 열이 더 많이 축적되므로 깔끔한 가공 경로와 효율적인 절삭 순서가 필요합니다.
정밀 프로토타입 제작 시, 주요 공차 영역을 점검합니다. 최상의 품질이 필요한 모서리와 허용 가능한 품질만 필요한 모서리를 구분합니다. 이러한 선택은 제작 속도, 가스 주입 전략, 그리고 움직임을 방지하기 위해 작은 접합부를 추가할지 여부에 영향을 미칩니다.
재료 준비
황동 표면의 기름, 지문, 변색을 제거하십시오. 먼지와 기름은 초벌 용융 형성에 영향을 미치고 절단면 주변의 변색을 악화시킬 수 있습니다. 판재가 평평해야 초점과 노즐 거리가 정확하게 맞춰지므로 평평한 표면이 중요합니다.
고정 장치는 품질을 좌우하는 중요한 요소입니다. 절단 중에 판재가 들리면 초점이 흐려지고 가스 흐름이 약해져 절단이 실패할 수 있습니다. 얇은 황동의 경우, 안정적인 지지대와 적절한 지지 슬랫은 진동을 줄이고 열을 고르게 분산시키는 데 도움이 됩니다.
반사성 황동용 피어싱 전략
관통 공정은 위험도가 가장 높은 단계입니다. 목표는 단단하고 반사성이 있는 황동을 가능한 한 빠르고 안전하게 안정적인 용융 상태로 만드는 것입니다. 단계별 동력 조절을 포함한 제어된 관통 전략을 통해 비산 현상을 줄이고 용융 시작을 안정화할 수 있습니다.
관통 부위가 안정되면 가능한 한 절삭을 끊김 없이 유지하십시오. 중요한 모서리 부분에서 절삭을 멈췄다 다시 시작하는 것을 피하십시오. 절삭을 다시 시작할 때마다 작은 관통이 발생하여 자국, 불필요한 찌꺼기 또는 부분적인 변색이 남을 수 있습니다.
컷 실행 및 진행 중 검사
절삭 과정에서 우리는 세 가지를 관찰합니다. 절삭 소리, 연기의 모양, 그리고 테스트 부품에 묻어나는 슬래그입니다. 안정적인 황동 절삭은 일반적으로 일정한 연기와 꾸준한 배출을 보입니다. 불안정한 절삭은 연기가 튀거나, 간헐적으로 불꽃이 튀거나, 연기 방향이 갑자기 변하는 현상을 보입니다.
슬래그가 쌓이기 시작하면 출력을 조정하기 전에 가스 공급량과 속도를 조정합니다. 절단이 제대로 되지 않으면 속도를 약간 줄이고 초점과 노즐 정렬을 다시 확인합니다. 목표는 재절연이 발생하기 전에 공정을 수정하는 것입니다.
절단 후 마무리 작업
정밀하게 가공된 황동이라도 모서리에 미세한 흠집이 남을 수 있습니다. 디버링은 날카로운 모서리를 제거하여 부품의 조립성과 촉감을 개선합니다. 세척은 잔여물을 제거하고 황동의 외관을 복원하는 데 도움을 주며, 특히 전시용 부품에 효과적입니다.
광택을 유지해야 하는 부품의 경우, 세척 후 표면 보호 단계를 추가하는 것을 고려해 보세요. 황동은 시간이 지남에 따라 변색될 수 있으며, 취급 과정에서 변색 속도가 빨라집니다. 시제품 제작 시에는 일반적으로 깨끗하고 안전한 모서리 부분을 먼저 확보한 후, 프로젝트에 필요한 경우 보호 처리를 추가합니다.
흔히 발생하는 문제
증상을 제대로 파악하면 황동 부품이 무엇이 잘못되었는지 알려줄 것입니다. 가장 빠른 문제 해결 방법은 결함과 가장 가능성이 높은 원인을 연결한 다음, 설정을 하나씩 조정하는 것입니다.
버와 거친 모서리
황동 표면에 버가 생기는 것은 용융된 재료의 배출이 불안정하다는 신호일 수 있습니다. 또한 절삭 경로가 무너지고 있다는 의미일 수도 있습니다. 먼저 질소 공급 상태와 노즐 상태를 확인하십시오. 가스 흐름이 원활하지 않으면 출력이 충분하더라도 버가 발생할 수 있습니다. 그런 다음 초점 위치가 표면 근처에 있는지 확인하십시오.
버가 계속 발생하면 절삭이 멈추지 않도록 속도를 약간 줄이십시오. 속도를 너무 많이 줄이면 버가 슬래그로 변할 수 있습니다. 조금씩 조정한 후 자투리 재료로 다시 테스트하십시오.
바닥 가장자리에 있는 찌꺼기/슬래그
바닥 가장자리에 찌꺼기가 생기는 것은 일반적으로 보조 가스 성능이 약하다는 것을 나타냅니다. 장비의 안전 범위 내에서 질소 압력을 높이십시오. 노즐이 제대로 정렬되어 있고 손상되지 않았는지 확인하십시오. 속도가 너무 느려 용융 풀이 너무 커지는 경우에도 찌꺼기가 증가할 수 있습니다.
특정 부위에만 슬래그가 발생하는 경우, 열 발생 및 절삭 순서를 확인하십시오. 인접한 형상을 연속해서 절삭하면 해당 부위가 과열되어 금속 용융 특성이 변할 수 있습니다. 공구 경로 간격을 넓히거나 절삭 순서를 변경하면 이러한 문제를 줄일 수 있습니다.
불완전 절단 또는 절단 소멸
절단이 멈추면 가장 중요한 것은 중요한 모서리 부분을 다시 뚫지 않는 것입니다. 절단 속도가 출력 및 가스 공급량에 비해 약간 높을 때 불완전한 절단이 자주 발생합니다. 특히 판재가 완벽하게 평평하지 않은 경우 이러한 현상이 발생하기 쉽습니다.
속도를 약간 낮추십시오. 초점과 노즐 거리를 확인하고 용지가 제대로 지지되었는지 확인하십시오. 좁은 모서리나 작은 디테일 부분에서 문제가 발생하면 모서리 속도를 줄이거나 경로를 조정하여 에너지 입력이 일정하게 유지되도록 하십시오.
가장자리 변색 또는 얼룩
변색은 대개 열에 노출되어 발생합니다. 절단면이 안정적인 상태를 유지하는 한, 속도를 약간 높여 열을 줄이십시오. 용융 금속을 제거하기 위해 질소 가스 흐름을 충분히 유지하십시오. 가스 흐름이 약하면 금속이 다시 달라붙어 재가열되면서 열이 잔류할 수 있습니다.
또한, 재료의 청결 상태도 확인하십시오. 기름은 타서 얼룩을 남길 수 있습니다. 깨끗한 판재를 사용하고 절단 후 세척을 제대로 하면 부품의 외관을 크게 개선할 수 있습니다.
얇은 판의 뒤틀림
열이 판재가 열을 방출하는 속도보다 더 빠르게 축적될 때 뒤틀림 현상이 발생합니다. 지지대를 개선하고, 국부적인 열 발생을 줄이기 위해 절단 순서를 변경하고, 동일한 영역에서 여러 개의 정밀한 형상을 연속해서 절단하지 않도록 하십시오. 얇은 황동의 경우, 설정값의 작은 변화조차도 평탄도에 영향을 미칠 수 있습니다.
뒤틀림이 심하다면, 절단 도중 부품이 떨어지거나 들리는 것을 방지하기 위해 작은 접합부를 추가하는 것을 고려해 보세요. 이 접합부는 마무리 작업에서 제거할 수 있습니다. 이렇게 하면 절단 과정 내내 불안정한 부품과 씨름하는 것보다 훨씬 빠르게 작업을 완료할 수 있습니다.
결론
황동을 깨끗하게 절단하는 것은 단 하나의 "마법 같은 설정"에 달려 있는 것이 아닙니다. 빠르고 안정적인 관통으로 반사 단계를 단축하는 것이 핵심입니다. 일관된 용융 상태를 유지하고 질소를 사용하여 용융물을 깨끗하게 배출해야 합니다. 출력, 속도, 집중력, 그리고 가스가 조화롭게 작용할 때 황동은 예측 가능한 결과를 보여줍니다. 이는 정밀한 시제품 공차와 미세한 디테일에도 적용됩니다.
Yonglihao Machinery에서는 시제품 및 소량 생산 부품을 제작합니다. 저희는 자체 장비를 사용합니다. 레이저 커팅 서비스 CAD 설계를 신속하게 실제 제품으로 구현해 드립니다. 황동 제품을 제작하면서 깔끔한 모서리, 반복 가능한 형상, 그리고 테스트 횟수 감소를 원하신다면 도면과 목표 두께를 저희에게 알려주세요. 안정적인 절삭 방식을 선택하여 한 번에 정확한 부품을 제작해 드리겠습니다.
자주 묻는 질문
황동 절단에 가장 적합한 레이저 유형은 무엇입니까?
일반적으로 파이버 레이저가 최적의 선택입니다. 파이버 레이저의 파장은 금속에 더 잘 흡수됩니다. 따라서 용융 풀을 빠르게 형성할 수 있어 반사율이 높은 구리 합금을 더욱 안정적으로 절단할 수 있습니다. CO₂ 레이저 시스템은 황동처럼 빔 에너지를 많이 반사하는 소재를 절단하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.
황동 절단에 질소를 선호하는 이유는 무엇일까요?
질소는 산화가 거의 발생하지 않고 깨끗한 절단면을 얻을 수 있기 때문에 선호됩니다. 질소는 용융된 황동을 절단 경로에서 기계적으로 밀어내는 방식으로 작용합니다. 이는 슬래그 발생을 제어하는 데 핵심적인 요소입니다. 질소 공급이 약하면 출력이 충분히 높더라도 절단면 하단에 슬래그가 발생하는 경우가 많습니다.
두께는 출력 및 속도 선택에 어떤 영향을 미치나요?
두꺼운 황동을 가공할 때는 안정적인 용융 상태를 유지하기 위해 일반적으로 더 높은 출력과 더 낮은 속도가 필요합니다. 목표는 빠르게 관통하면서 절삭이 멈추지 않도록 하는 것입니다. 재관통은 불안정한 절삭면을 만들고 절삭 품질을 저하시킵니다. 일반적으로 높은 출력으로 시작한 다음, 절삭 두께와 품질 요구 사항에 맞춰 속도와 가스량을 조절하는 것이 좋습니다.
황동으로 복잡한 디자인을 안정적으로 가공할 수 있을까요?
네, 하지만 안정적인 관통, 정확한 초점, 그리고 강력한 가스 분사가 필요합니다. 복잡한 형상은 열이 집중되므로 단순한 형상보다 절삭 순서와 서포트가 더 중요합니다. 시제품 제작 시에는 공구 경로에서 가까운 형상들을 간격을 두고 배치하는 것이 도움이 됩니다. 이렇게 하면 특정 영역의 과열을 방지할 수 있습니다.
반사성 금속 관리에서 가장 중요한 것은 무엇일까요?
깨끗하고 정렬된 광학 장치와 잘 관리된 노즐 시스템이 가장 중요합니다. 반사성 금속은 정렬이 불량하거나 오염된 광학 장치에 손상을 줄 수 있습니다. 안정성은 예측 가능한 에너지와 가스 흐름에 달려 있습니다. 노즐, 중심 위치 및 가스 압력을 정기적으로 점검하면 황동 절단 시 발생하는 여러 가지 "예측 불가능한" 실패를 방지할 수 있습니다.
잘린 부분이 어떤 때는 괜찮아 보이다가 갑자기 망가지는 이유는 무엇일까요?
이러한 현상은 일반적으로 절삭이 불안정해질 때 발생합니다. 열, 초점 또는 가스 흐름의 작은 변화가 원인이 될 수 있습니다. 황동은 녹으면 절삭이 잘 되지만, 가스 분출이 고르지 않거나 판재가 움직이면 절삭이 갑자기 멈출 수 있습니다. 속도를 약간 줄이고 지지대를 더 잘 설치하면 큰 변화 없이도 절삭 안정성을 회복할 수 있는 경우가 많습니다.
