자료실 글답변

이름필수 비밀번호필수 이메일

홈페이지

옵션 HTML

제목필수

내용필수

웹에디터 시작

> 
 > 
 > 1. 플라즈마의 세계
> 
>   1)플라즈마란?
>    
>     우리는 물질의 상태를 외형으로 구분하여 고체, 액체, 기체라고 하여 “물질의 3태”라 한다. 그러나 분자상태의 기체는 에너지를 가하면 원자로 분리되고(원자분리, 기체임) 여기에 더 높은 에너지를 가하면 원자핵 주위를 돌고 있는 최외각 전자(e-)가 궤도를 이탈(이온화 에너지)한 이온화상태가 되는데, 이때는 분자상태의 기체특성을 잃어버린 다른 차원의 물질이 된다. 이는 물질의 3태에 대한 4차원의 물질로 이를 플라즈마( PLASMA : 플라스마)라고 한다.  이러한 이온화상태에서는 A원자 ⇔ A++ e- 의 구조식이 된다.
>       즉, 원자의 핵 주위를 돌고 있는 최외각 전자가 해리되어, 양이온과 음이온이 공존한 상태로 전기적으로는 중성을 띠지만, 이러한 현상이 연속적으로 일어나는 특정 조건의 분위기만 있다면      전기를 잘 통하게 된다. 그러나 이와 같은 조건으로 위치에너지(potential energy)가 높은 상태에서는 그 전제의 조건이 없으면, 품고 있던 에너지를 방출하고 스스로 안전한 상태로 환원이 된다. 위치에너지의 예로, 성냥의 황과 성냥을 켰을 때 열이 방출되고 남는 재와의 관계식으로 이해하면 된다.
>       이러한 플라즈마에도 그 분류를 달리하여 여러 차원의 계통도가 있다. 핵융합을 고열플라즈마      로 본다면 숲 속의 음이온 발생도 넓게는 플라즈마로 보기 때문이다.
>       플라즈마의 응용분야는 너무도 넓고 다양하다. 태우기술에서 인용한 표지그림은 TOKAMAK 
>     모형도로써 1억℃를 발생, 저장시키려는 핵융합 플라즈마장치이다. 
>       일명, 인공태양을 만들려는 시도이다. 
>          ☞  KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)   
>                                -한국 기초과학지원 연구원 핵융합 연구개발 사업단-
> 
> 
>  2) 플라즈마절단기란?
> 
>        플라즈마절단기는 전기의 힘을 전력운영소자(3. 전력운영소자 참조)를 통해 직류(+, -)로 주전원 출력을 낸 뒤, 이 직류 주(main)전원의 -상을 토치의 전극, +상을 피 절단재에 통전을 시킨다.  
>        그리고 +주전원에서 저항을 거쳐 토치의 팁(노즐)에 연결시키고, -주전원에는 별도장치의 고전압을 카플링 코일로 유기시켜서, 특수구조로 된 토치에서 양단간에 이격쇼트로 pilot 아크빔(PLASMA)을 발생시킨다.
>       이를 매개로 하여 피 절단재의 +주전원과 토치 전극의 -주전원간에 대 전류 아크를 이행시킴과 동시에 고전압을 강제로 차단시키고 주전원의 연속적인 아크이행만으로 절단하게 되는 것이다.
>         이를 플라즈마 절단법 -플라즈마절단기라고 한다.
>       여기에도 토치선단에서 주전원 모두를 아크 이행시켜서 발생한 높은 열의 아크빔으로 부도체인 비금속(nonmetal)을 절단하는 플라즈마 제트법(PLASMA JET MODE)이 있고, 앞서 설명한 방법으로 도체인 피 절단재와 아크를 이행시켜서 발생하는 좁고, 순간적인 아크빔의 연속 이송으로 절단하는 플라즈마 아크절단법(PLASMA ARC CUTTING MODE)이 있다.
> 
>  3)  플라즈마절단의 원리(아크절단)
> 
>       플라즈마 아크절단은 특수 구조로 된 토치(기계종류 및 사양에 따라서 토치가 모두 다름)에서 
>     아크빔을 만든다. 즉, 전극(-)과 팁(+)사이의 간극에서 3000V 상회하는 전위차로 인해 많은 전자
>     이온(e-)이 발생되고, 유속에 의해 밀려나서 고밀도 가스체가 되는데, 이를 빠이롯트 아크빔
>     (PLASMA)이라고 한다. 이때에 발생된 고밀도 가스체 아크빔은 저항을 통하여 낮은 전류만 통전시켰으므로 파워가 약하다. 다만, 그 아크빔은 전기를 잘 통하는 이온화상태임을 매개로 하여 피 절단재(+)와 아크를 이행시키면 대전류(주전원)가 쇼트되어 순간적(340m/sec 이상)으로 설정용량의 전자이온(e-)이 팁의 노즐로 연속적으로 이행하게 된다.
>       여기에서도 전자(e-)가 -쪽에서 +쪽으로 이행되기 때문에 토치의 전극은 큰 손상이 없고, 피절단재는 예열없이 전자의 아크빔으로 절단되는 것이다.
>       순간적이고, 예열없는 정도는 5mm 스텐레스를 300mm 절단 직후 절단부위 10mm 떨어진 곳을 맨손으로 만지더라도 미처 열전도가 되지 않았기 때문에 뜨겁지가 않다.
>       이러한 플라즈마절단법은 물리적인 힘으로 끊어내는 절단, 기구의 날을 이용하여 분리하는 절단, 열원에 의한 용융절단과의 차이로 제4의 절단법이라 한다.
>       정리하면, 플라즈마절단은 팁 노즐통로를 통해 생긴 좁은 빠이롯트 아크빔을 매개로 하여 피절단재의 대전류가 아크 이행되면 전자 이온의 순간적인 아크 연속성으로 절단하게 되는 것이다. 또한, 팁의 노즐로 전자이온이 흐를 때 자기장으로 인해  노즐 홀 벽면과 이격이 됨으로 노즐은 쉽게 파손이 되지 않는다. 이때 팁 노즐의 크기는 용량에 따라 중요하게 작용하며 절단효율에 영향을 미치게 된다.
>       플라즈마절단법은 지구상에서 일반적으로 쓸 수 있는 열원 중에 가장 높은 온도의 활용으로 알려져 있다. 에어 플라즈마절단기의 경우에는 15,000℃ 정도이고, 가스 플라즈마절단기의 경우 수소(H2)를 후속 열원으로 보조하면 30,000℃가 된다고 한다.
>       이와 같은 조건에서 내구성을 지녀야하는 플라즈마절단기 토치는 세계유수 제작회사에서나 개발하고 있는 실정으로 대한민국에서는 태우기술만이 그 유일한 작업에 정열을 쏟고 있으며, 특허도 몇 건 받아낸 것이다.
> 
>  4) 플라즈마 절단기 종류
>  
>       비철금속은 얼마 전(80년 초)까지 아크용접기로 불어내던가 아니면, 조를 이룬 사람의 힘을 빌어 쇠도끼(헤시기리)로 절단을 하던 이야기가 금석지감으로 감회가 깊다.
>       여기 비철금속 절단기 및 대별되는 플라즈마절단기를 나열하니 참조가 되었으면 한다. 다만, 그 특징이 큰 관계로 적용을 달리하여야 할 것이다. 
> 
>    ① 산화철 용입절단법 : 이는 산소 아세칠렌 용융절단에 산화철(Fe2O3)을 용입시키면서 융점을 높이고 비철금속(스텐레스)을 절단하는 방식이다. 현재는 특수 분야에서 두꺼운 재료를 절단하는 데 사용되고 있다. 다만, 흄이 많고 소음이 심해서 사용에 제한을 받고 있다.
> 
>    ② 질소플라즈마절단기 : 플라즈마절단기 초창기 모델로 질소를 사용하였다. 특징으로는 얇은 판재를 절단하더라도 드랙이 붙질 않는 장점이 있으며 지금도 드물게 사용되고 있다. 절단면은 현재 에어플라즈마 절단면과 같은 상태이다.
> 
>    ③ 가스플라즈마절단기 : 알곤을 플라즈마발생 매개체가스로 사용한다. 현재 비철금속 후판을 절단할 때 가장 유용하게 사용되고 있는 기종으로 특히, 스텐레스를 절단할 때 수소를 후속열원으로 사용하면 절단면에 산화층이 적고 비드가 고와서 기밀 용접에 필수적인 절단기라 하겠다.
> 
>    ④ 에어플라즈마절단기 : 압축공기를 플라즈마 발생 매개체로 한다. 전극 소재인 hafnium의 적용으로 산소분위기 속에서도 전극심의 역할을 할 수 있기 때문이다. 이로 인한 운영비절감 및 소형화로 인한 쉬운 이동작업은 현재 산업분야에 큰 변화를 주고 있다.
>    
>    ⑤ 에어플라즈마절단기 : 공냉 에어 플라즈마절단기의 절단면과 동일하다. (수냉식) 공냉식에서 용량(120A기준)을 높일 경우 토치 및 소모품의 내구성이 짧다. 이에 토치를 수냉으로 하여 사용률을 100%로 하고 토치 및 소모품의 내구성을 높이게 되었다. 그에 따른 기기의 용량도 안정적으로 높일 수 있게 되었다. 이에 절단속력을 빠르게 하여 생산성을 높이는 데 사용하며, 절단재  40mm 까지도 수용할 수 있다.
> 
>    ⑥ 산소플라즈마절단기 : 플라즈마절단의 적용범위가 비철금속 절단에서 철판까지 넓어짐에 따라서 더욱 고품질 절단을 요구하게 되었다. 산소 플라즈마절단기로 철판을 절단 할 경우 깨끗한 절단면을 얻을 수 있다. 우리나라에서는 아직까지 대용량의 전용장비로 출시된 것이 없고, 중용량에서 산소를 넣고 절단을 하는 경우가 있다.
> 
>    ⑦ 레이져빔 절단기 : 레이져빔의 적용범위는 너무도 넓다. 이에 산업용으로 쓰이는 레이져 빔의 효과적인 절단은 아직은 6~10mm 이하로 볼 수 있겠으나 많은 변화가 있을 것이다. 다만, 고정 테이블 작업에 국한되고, 관리비 및 유지비가 월 평균 300~400만원 이상 필요로 하는 고가의 제한적인 장비라 할 수 있다.
> 
>    ⑧ 워터 제트절단 : 고압에 연마제를 넣어 절단하는 방법으로 속도는 낮으나 정밀하게 절단할 수 있는 방법
>    ⑨ 수중(수조)절단 : 흄 방지 처리를 위한 절단 장치로 수조 내에 물을 채우고 수중에서 절단을 하는 방법 
>    ⑩ 와이어 컷팅 : 아크 방전을 이용한 소형물 및 금형의 정밀 가공용 절단법 등이 있다.
 > 
 >

웹 에디터 끝

링크 #1

링크 #2

파일 #1

파일 #2

파일 #3

파일 #4

파일 #5

자동등록방지

자동등록방지 숫자를 순서대로 입력하세요.

취소