3.8.1 플라즈마 개요

플라즈마란 용어는 가스가 충분히 이온화되어 전류가 통할수 있는 상태를 말하는데,우리는 흔히 주휘의 세상에는 세가지의 상 즉 고체,액체,기체로 이루어져 있는 것으로 항상 이식하고 있다.그리고 이와 같은 세가지의 상의 차이를 알고 있으며,온도가 증가함에 따라 상의 상태가 변한다는 사실도 알고있다.만약 가스상태의 물질에 에너지 즉,열이 가해지면 가스의 온도가 급격히 증가한다.
여기서충분한 에너지가 가해지면 온도가 더욱 증가하여 가스는 각자의 분자상태로 존재할수 없게 되어 물질의 기본 구성 요소인 원자로 분해된다.온도가 더욱 높아지면 원자들은 전자를 잃어버려서 양이온으로 되고 이렇게 되면 주위의 물질들은 양이온과 자유전자로 이루어지는데 이러한 상태를 제4의 물질상태,즉 플라즈마 상태라고 한다.

플라즈마는 기체와 유사한 많은 성질을 가지고 있고 또한 자기자신의 독특한 성질도 가지고 있다.용접에 관한한 가장 중요한 플라즈마의 성질은 전류를 잘 통하게 하는 자유전자를 가지고 있는 점이다.그러므로 아크용접에서 아크상에 전류가 흐르는 것은 아크가 플라즈마 상태이기 때문이다.


3.8.2 플라즈마(Plasma)용접의 원리


기체가 방전되어 아크의 열원안을 통과할때,고온에 의하여 기체의 원자가 전자와 이온으로 분리되어지는 이 상태를 플라즈마(초고온기체)라고 말하며,플라즈마 용접은,그림과 같이 방전아크를 냉각하여 소구경의 수냉노즐로 TIP끝단까지 아크를 집중시킵니다.

알곤가스가 고온 아크를 통과하면서 플라즈마로 변화되며, 그 열원은 다른 용접법 보다 열 집중도가 매우 높은 플라즈마 기류를 동반하여 한 줄기의 열원이 되어지므로 침투도가 높고(키홀효과)용접폭이 좁아 모재에 미치는 열 변형이 적어 뒤틀어짐이 없는 안정적인 용접가능하게 합니다.


(1) 플라즈마 아-크(Plasma ARC)의 발생원리
플라즈마(Plasma)는 노즐 내 전극봉의 위치로 인하여 TIG(티그)와 같은 접촉형태로 아크를 발생시키지 못하며, 따라서 파일로트 아크(PILOT ARC)를 발생시켜 아크를 형성시킨다.

고주파발생기를 사용하여 텅스텐전극과 구속노즐( 인서드 짚) 사이에 파이로트 아크를 발생시킴. 이 아크는 파이로트 가스류에 의하여 구속노즐의 구멍으로부터 플라즈마류가 분출함.
다음에 텅스텐전극과 모재사이에 전압을 차차 증가시키머로서 플라즈마(메인 아크)가 발생하게되고 이 플라즈마 아크는 수냉되여 있는 구속노즐공으로 구속되며 거기다 쉴드 가스로 극단으로 냉각당하는 고에너지밀도의 아-크열원을 모재에공급할수있는 용접법임.

(2) 열집중 (THERMAL PINCH) 효과
TIG아크는 THERMAL PINCH(열집중)효과를 거의 얻을 수 없다.
플라즈마(Plasma) 아크는 외부에서 냉각시키고 냉각된 주변의 플라즈마 안에 이온(ION)하고 전자는 재결합하고, 전기적으로 중성의 원자 또는 분자로 되돌아오고,원자하고 분자에 되돌아간 기체는 이미 전류를 흐르지 못하게 억제하므로, 아크는 중앙부로만 통과합니다.
따라서 플라즈마(Plasma) 아크의 중앙부는 전류밀도가 증대하고 그 결과, 주울(JOULE)열이 증대해서 큰 에너지 밀도의 높은 플라즈마(Plasma)가 형성된다.
플라즈마(Plasma) 아크를 냉각하는 것에 따라서 에너지 밀도가 크게 되는 효과를 플라즈마 (Plasma)아크의 THERMAL PINCH(열집중)효과라고 한다.


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