산소연료 커팅이란 무엇일까요? 공정 및 장점 설명

Yonglihao Machinery에서는 저희는 다음과 같습니다. 프로토타입 제작 서비스 제공업체. 레이저 절단이 대부분의 판재 가공에 주로 사용되는 주요 공정이지만, 산소 연료 절단(화염 절단 또는 토치 절단이라고도 함)을 여전히 사용하는 작업도 있습니다. 이 방법은 당사 작업 흐름에서 중요한 역할을 합니다.

두꺼운 탄소강에는 산소연료 용접을 사용합니다. 용접 전 부품 준비가 필요한 경우 이 방법이 특히 효과적입니다. 휴대성 또한 중요한 장점으로, 현장 작업에 적합합니다. 이 공정을 통해 두꺼운 판재의 리드 타임 관리가 더욱 수월해집니다. 한편, 정밀도가 중요한 얇은 금속의 경우에는..., 레이저 커팅 여전히 저희의 최우선 선택지입니다.

이 글에서는 산소 연료 연소 공정에 대한 명확한 설명을 제공합니다. 실제 사용 사례, 한계점, 그리고 프로젝트에 적합한 공정인지 판단하는 방법 등을 알아볼 수 있습니다.

산소연료 절단이란 무엇인가요?

산소 연료 절단은 연료와 산소가 혼합된 화염을 사용하여 강철을 예열하는 열 절단 공정입니다. 적정 온도에 도달하면 순수 산소 제트를 분사하여 금속을 산화시키고, 산화된 금속을 슬래그 형태로 절단면에서 배출합니다. 이러한 가열과 산화 작용이 산소 연료 절단의 기본 원리입니다.

이 공정은 산화물이 형성되어 깨끗하게 제거될 수 있는 연강 및 여러 저합금강에 가장 효과적입니다. 0.5mm에서 250mm까지 다양한 두께에 사용할 수 있으며, 특수 시스템을 사용하면 이보다 훨씬 두꺼운 금속도 절단할 수 있습니다.

레이저 절단이 효과적으로 수행하기에는 너무 두꺼운 강철을 가공할 때 산소 연료 절단을 권장하는 경우가 많습니다. 용접을 위한 경사 모서리 가공에도 이 방법이 탁월한 성능을 발휘합니다. 또한, 절단면을 나중에 가공할 예정이라면 산소 연료 절단이 현명한 선택입니다.

산소연료 절단은 어떻게 작동하나요?

산소 연료 절단은 제어된 급속 산화 방식입니다. 먼저 강철을 발화 온도까지 가열합니다. 일반적으로 발화 온도는 700~900°C로, 융점보다 낮은 밝은 붉은색을 띠는 온도입니다.

그런 다음, 절삭용 산소 흐름이 화학 반응을 시작합니다. 이 반응은 열을 발생시키고 산화철을 생성하여 절삭면 밖으로 밀어냅니다. 산소 제트는 단순히 홈을 녹이는 것이 아니라 산화 반응을 촉진하고 녹은 산화물을 밀어내는 역할을 합니다.

깔끔한 커팅은 네 가지 핵심 원칙에 기반합니다.

• 우선, 재료의 발화 온도가 녹는점보다 낮아야 합니다. 그렇지 않으면 깨끗하게 절단되지 않고 녹아서 흘러내릴 뿐입니다.
• 둘째, 산화물의 융점은 모재의 융점보다 낮아야 합니다. 그래야 유동성 슬래그 형태로 불어낼 수 있습니다.
• 셋째, 반응은 절단면을 발화 온도로 유지할 수 있을 만큼 충분한 열을 방출해야 합니다.
• 넷째, 반응에서 기체가 거의 발생하지 않아야 합니다. 기체는 절단에 필요한 산소를 희석시키기 때문입니다.

이것이 바로 산소연료 용접이 연강 및 저합금강에 효과적인 이유입니다. 하지만 산화막이 잘 형성되는 금속에는 효과가 떨어집니다. 스테인리스강, 주철, 비철금속은 쉽게 제거되지 않는 산화막을 생성합니다. 분말 보조 절단과 같은 특수 방법을 사용할 수 있지만, 이는 예외적인 경우로 간주합니다.

주요 구성 요소 및 각 구성 요소의 기능

산소연료 분사 시스템은 처음에는 단순해 보일 수 있지만, 각 구성 요소는 특정한 중요한 역할을 수행합니다. 이러한 부품들은 함께 작동하여 절삭 속도, 절삭날 품질 및 전반적인 안정성을 결정합니다. 따라서 최상의 결과를 얻으려면 이러한 핵심 영역에 집중하여 문제 해결을 시작하는 것이 중요합니다.

• 산소 공급(산소 차단):절삭 속도와 절삭날 품질은 주로 산소 순도에 따라 달라집니다. 최상의 결과를 얻으려면 절삭용 산소의 순도가 최소 99.5% 이상이어야 합니다. 순도가 조금만 떨어져도 큰 차이가 발생할 수 있습니다. 반응 강도가 약해지고 슬래그 제거가 제대로 이루어지지 않기 때문입니다. 예를 들어, 산소 순도가 1%만 감소해도 절삭 속도는 약 15% 감소하고 가스 사용량은 약 25% 증가할 수 있습니다.
• 연료 가스 공급(예열): 연료 가스는 강철을 발화점까지 가열하는 데 필요한 열을 공급하고, 절단면을 뜨겁게 유지합니다. 연료 가스의 종류에 따라 절단 시작 속도와 열 확산 방식이 달라집니다. 뜨겁고 집중된 화염은 더 빠르게 절단면을 관통하고 열영향부를 작게 만드는 경향이 있습니다.
• 토치 및 노즐/팁:토치는 예열 화염을 위해 연료와 산소를 혼합하고, 끝부분을 통해 중앙 절단 산소 제트를 형성합니다. 노즐 설계는 산소 제트가 공기와 섞이는 것을 방지하여 절단면 품질 저하를 막는 데 특히 중요합니다. 또한, 끝부분의 마모, 스패터 발생, 막힘 등의 상태는 흔히 문제의 원인이 되며, 이러한 문제들은 원활한 공정을 순식간에 망칠 수 있습니다.
• 조절기, 호스 및 안전 장치: 산소 연료 절단은 안전하고 일관된 작동에 매우 중요한 역할을 합니다. 압력 조절기는 토치로 공급되는 압력과 유량을 제어하여 슬래그 발생, 불량한 베벨링, 화염 불안정 등의 문제를 방지하는 데 도움을 주며, 호스, 체크 밸브, 역화 방지 장치 또한 안정적인 성능을 위해 필수적입니다. 산소 연료 절단은 가연성 가스와 고에너지 화염을 사용하기 때문에 이러한 부품들을 철저히 검사하는 것이 항상 중요합니다. 절단면이 고르지 않게 될 경우, 가장 먼저 압력을 확인하고 관련 장비를 꼼꼼히 점검해야 합니다.
• 연료 가스 선택:연소 과정에서 연료 가스는 두 개의 열 영역을 생성합니다. 하나는 내부의 원뿔형 영역(1차 연소)이고, 다른 하나는 외부의 화염 영역(공기를 이용한 2차 연소)입니다. 따라서 연료 가스를 비교할 때는 화염 온도뿐만 아니라 연료 비율과 열 분포 방식도 고려해야 합니다.

아세틸렌은 가장 빨리 연소되는 경향이 있습니다. 매우 뜨겁고 강렬한 주 화염을 발생시킵니다. 프로판과 천연가스는 연소 속도는 느리지만 가격이 저렴할 수 있습니다. 적절한 점화 노즐을 사용하면 깨끗하게 연소됩니다. MAPP와 프로필렌은 중간 정도의 연소 속도를 보입니다. 연료는 가용성이나 필요한 열량에 따라 선택됩니다.

산소연료절단의 주요 유형

수동 토치 절단

수동 토치 절단은 손으로 조작하는 방식입니다. 실린더, 조절기, 그리고 동작 제어 기능이 없는 토치를 사용합니다. 휴대성이 중요한 작업, 예를 들어 현장 작업, 수리 및 철거 작업에 가장 적합합니다. 전력 공급이 불안정한 장소에서도 잘 작동합니다. 하지만 정밀한 절단, 반복적인 부품 제작 또는 정확한 구멍 가공에는 적합하지 않습니다.

성공 여부는 작업자의 숙련도에 달려 있습니다. 토치 각도, 스탠드오프 거리, 이동 속도가 일정해야 합니다. 그래야 산소 분사가 절단면과 일직선으로 유지됩니다. 시제품 제작 시에는 수동 절단을 정밀 작업이 아닌 빠른 작업을 위한 도구로 사용합니다.

기계식 직선 절단

기계식 절단은 캐리지 또는 CNC 기계를 사용합니다. 이 장치는 토치의 높이, 경로 및 속도를 제어하여 판재를 안정적이고 일관되게 절단합니다. 반복적인 결과가 중요한 생산 작업에 적합하며, 특히 두꺼운 판재 절단에 효과적입니다. 얇은 판재의 경우 레이저 절단이 더 빠르고 정밀하기 때문에 기계식 절단에는 적합하지 않습니다.

기계화 시스템은 표준 매개변수 설정을 더 쉽게 해줍니다. 산소 연료 분사 방식은 속도와 산소 품질에 민감하기 때문에 이는 중요합니다. 기계화는 작업자 간의 차이로 인한 오류를 줄여줍니다.

경사 산소 연료 절단

경사 절단은 용접을 위해 모서리를 각지게 만드는 작업입니다. V, Y, X 또는 K 경사 절단이 포함될 수 있습니다. 두꺼운 부품의 용접 준비 작업에 적합한 옵션입니다. 하지만 최소한의 열 입력만 필요한 작업에는 최적의 선택이 아닙니다. 또한 미적인 모서리나 최종 크기에 맞춰 가공해야 하는 경우에도 적합하지 않습니다.

경사 절단은 제어해야 할 변수를 증가시킵니다. 여기에는 경사각, 절단 형상 및 모서리 직각도가 포함됩니다. 이러한 이유로 기계화된 설비와 적절한 팁 관리가 도움이 됩니다. 시제품 제작 시 경사 절단은 후속 용접 준비 시간을 절약하는 데 유용할 수 있습니다.

멀티 토치 산소 연료 절단

멀티 토치 절단은 여러 개의 토치를 동시에 작동시키는 방식입니다. 이를 통해 단일 판재에 반복적으로 생산되는 부품의 생산량을 늘릴 수 있습니다. 부품 형상이 반복되거나 판재가 두꺼운 경우에 유용합니다. 하지만 다양한 부품이 혼합된 작업에는 적합하지 않으며, 이러한 경우 준비 시간으로 인해 비용이 증가할 수 있습니다.

이러한 설정에는 매우 안정적인 가스 공급이 필수적입니다. 가스 흐름이 고르지 않으면 토치 전체에 걸쳐 절단면 품질이 고르지 않게 될 수 있습니다. 특정 토치의 성능이 저하되면 먼저 토치 끝부분, 정렬 상태 및 산소 흐름을 점검하십시오.

산소 연료 절단과 레이저 절단 중 어떤 방식을 선택할지는 어떻게 결정할까요?

산소 연료 절단과 레이저 절단 중 하나를 선택하는 기준은 두께, 형상, 모서리 품질, 그리고 후속 공정 등 네 가지입니다.

레이저 절단은 일반적으로 저희가 가장 선호하는 방식입니다. 얇은 소재에 정밀한 공차와 복잡한 형상을 구현하는 데 매우 효과적입니다. 두께가 두꺼워질수록 산소 연료 절단 방식이 더 나은 선택이 됩니다. 또한 용접을 위해 모서리 경사면이 필요한 경우에도 선호됩니다. 절단면을 연삭 또는 기계 가공할 예정인 경우에도 레이저 절단을 사용합니다.

시제품 제작에 사용하는 간단한 기준은 다음과 같습니다. 부품이 두꺼운 연강이나 저합금강인 경우 산소연료절단이 빠르고 비용 효율적입니다. 업계에서는 일반적으로 산소연료절단이 50mm(2인치) 이상의 강재에 가장 적합하다고 여깁니다. 플라즈마 절단 품질이 충분하지 않은 경우에 좋은 선택입니다. 하지만 정밀한 내부 형상이나 깨끗하고 작은 구멍이 필요한 경우에는 레이저절단이 더 나은 선택입니다.

산소연료 분사 장치는 다음과 같은 경우에 사용하십시오:

• 재질은 연강 또는 저합금강입니다.
• 두께가 두껍고 무게가 무거우며 경제성이 좋습니다.
• 모서리는 용접, 경사 가공 또는 기계 가공될 것입니다.
• 휴대성 또는 설치 용이성이 중요합니다.

레이저를 사용하는 경우:

• 기하학적 형상에는 급격한 곡선, 미세한 홈 또는 작은 구멍이 포함됩니다.
• 최소한의 후가공과 엄격한 치수 제어가 필요합니다.
• 재질의 두께는 얇은 편에서 중간 정도입니다.

최적의 절단 방법 및 일반적인 절단 문제

산소 연료 절단의 품질은 몇 가지 변수를 제어하는 데 달려 있습니다. 이러한 변수에는 산소 순도, 노즐 상태, 예열 균형, 이송 속도 및 토치 높이가 포함됩니다. 이 중 하나라도 변하면 절단 품질이 저하되어 슬래그 발생, 불량한 드래그 라인 또는 경사각 오류가 발생할 수 있습니다.

일관된 결과를 얻기 위해 사용하는 점검 사항은 다음과 같습니다.

모범 사례 점검 사항

• 산소 품질과 산소 분사 장치부터 살펴보겠습니다. 산소 흐름이 약하거나 불안정하면 절단이 실패합니다. 이는 슬래그가 많이 발생하거나, 절단면이 거칠거나, 두꺼운 판재에서 절단이 제대로 되지 않는 등의 현상으로 나타납니다.
• 팁 크기와 설정을 두께에 맞게 조정하세요. 팁 차트가 존재하는 데에는 이유가 있습니다. 차트는 예열 유량, 절단 시 산소 공급량, 절단 속도를 조율하는 데 도움이 됩니다. 잘못된 팁을 선택하면 결과물은 만족스럽지 못하지만 보기 흉한 절단이 될 수 있습니다.
• 예열은 추측이 아닌 통제된 단계로 진행해야 합니다. 예열은 절단면이 발화 온도에 도달하도록 해야 합니다. 이때 윗부분 가장자리가 너무 녹지 않도록 주의해야 합니다. 예열이 너무 약하면 뚫는 속도가 느려지고, 너무 강하면 윗부분 가장자리가 둥글게 변하고 절단면이 넓어집니다.
• 이동 속도를 일정하게 유지하세요: 이 공정은 속도에 민감합니다. 산화 전선이 정확한 위치에 유지되어야 합니다. 속도가 너무 빠르면 절단이 지연되어 슬래그가 남고, 너무 느리면 상단 가장자리가 과열됩니다.
• 접시 표면 상태를 살펴보세요: 밀 스케일, 녹 또는 코팅은 공정을 방해할 수 있습니다. 시제품의 경우, 간단한 표면 처리를 통해 시간을 절약할 수 있습니다.

품질 기준

산소연료분쇄기로 절단한 좋은 단면은 폭이 안정적이고 절단선이 고르며, 슬래그가 거의 붙어 있지 않습니다. 또한, 절단면은 사용하는 노즐에 맞게 직각이어야 합니다.

절단면에 나타나는 작은 줄무늬가 드래그 라인입니다. 드래그 라인은 불규칙하지 않고 균일해야 합니다. 윗부분 가장자리에 용융이 심하면 열이 너무 높았거나 이송 속도가 너무 느린 것입니다. 아랫부분 가장자리에 무겁고 단단한 슬래그가 생기면 이송 속도가 너무 높거나 산소 분사량이 약한 것입니다.

또한, 금속학적 특성도 고려해야 합니다. 산소 연료 용접은 열영향부(HAZ)를 생성합니다. 강재 종류에 따라 절단면 근처에서 경화가 발생할 수 있습니다. 부품을 용접해야 하는 경우, 용접 준비 및 모서리 처리를 계획해야 합니다.

문제 해결

결론

Yonglihao Machinery에서는, 저희는 레이저 절단 서비스 고정밀 프로파일 및 얇은 소재 가공에는 주로 용접 방식을 사용합니다. 하지만 두꺼운 탄소강, 용접 준비용 경사면 가공, 현장 절단 작업에는 산소 연료 용접이 가장 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 솔루션 중 하나입니다. 어떤 방식이 적합한지 확신이 서지 않으시면 저희가 도와드리겠습니다. 일반적으로 소재, 두께, 모서리 품질 요구 사항, 그리고 추후 용접 또는 가공 계획 등을 확인하는 것으로 시작합니다.

Yonglihao Machinery의 작업 과정에서 레이저 절단은 정밀하고 얇은 소재를 가공할 때 가장 먼저 선택하는 방식입니다.

하지만 두꺼운 탄소강, 용접 준비용 경사면, 현장 절단 작업에는 산소 연료 용접이 매우 안정적이고 비용 효율적인 공정입니다.

어떤 방법이 귀하의 부품에 적합한지 확신이 서지 않으시면 저희가 도와드리겠습니다. 일반적으로 재질, 두께, 모서리 품질 요구 사항, 그리고 추후 용접 또는 가공 계획 등을 확인하는 것으로 시작합니다.

자주 묻는 질문

산소연료절단 시 일반적인 두께 범위는 얼마입니까?

산소연료 토치는 일반적으로 0.5mm에서 250mm 두께의 강판 절단에 사용됩니다. 후판 절단 시스템은 훨씬 더 두꺼운 강판도 절단할 수 있습니다. 일부 시스템은 최대 900mm(35인치) 두께의 강판까지 절단 가능합니다. 실제 절단 한계는 토치, 가스 공급 방식, 팁의 종류에 따라 달라집니다.

산소연료절단에 가장 적합한 강재는 무엇입니까?

저탄소강(연강)과 많은 저합금강이 가장 적합합니다. 이 강들은 녹는점 이하에서 발화하며, 생성된 산화물은 슬래그로 쉽게 날려 보낼 수 있습니다. 고탄소강은 경화 및 기타 문제에 더 민감할 수 있습니다.

산소 순도가 왜 그렇게 중요한가요?

산소 순도는 반응의 강도, 속도 및 가장자리 품질을 좌우합니다. 산소 순도가 1% 감소하면 반응 속도가 25% 감소하고 가스 사용량이 25% 증가할 수 있습니다. 노즐과 팁의 상태 또한 중요합니다. 이들은 순수 산소 흐름이 공기와 섞이는 것을 방지합니다.

아세틸렌, 프로판, MAPP, 프로필렌, 천연가스 중에서 어떤 연료 가스를 선택해야 할까요?

피어싱 속도, 열, 비용 및 장비를 고려하여 선택하세요. 아세틸렌은 가장 뜨겁고(약 3160°C) 피어싱 속도가 가장 빠릅니다. 프로판(약 2828°C)과 천연가스(약 2770°C)는 속도는 느리지만 가격이 저렴할 수 있습니다. 항상 사용하는 가스에 맞는 팁 디자인과 설정을 선택하세요.

거친 절삭면을 가장 빠르게 개선하는 방법은 무엇일까요?

먼저, 토치 팁 상태와 산소 순도를 확인하십시오. 그런 다음, 이동 속도와 예열 균형을 점검하십시오. 마모되거나 막힌 팁은 절단면이 거칠어지는 매우 흔한 원인입니다. 마지막으로, 토치 정렬 상태와 플레이트 표면 상태를 확인하십시오.

산소 연료 절단은 시제품 제작 환경에서 안전한가요?

네, 엄격한 안전 수칙을 준수한다면 가능합니다. 역화 방지 장치를 사용하고, 누출 여부를 점검하며, 적절한 개인 보호 장비를 착용하십시오. 조절기는 항상 올바르게 다루어야 합니다. 역화가 발생했거나 발생할 가능성이 있는 경우, 즉시 작업을 중단하십시오. 작업을 다시 시작하기 전에 모든 장비를 점검하십시오.