용접과 절단은 전 산업을 이루는 가장 기초가 되는 뿌리 산업으로, 경제 성장 및 산업 발전과 더불어 함께 발전 성장해 나가는 산업이라고 할 수 있겠다.
현재 국내 절단설비 산업이 조선산업의 호황을 등에 업고 새롭게 시장을 확대해 나가고 있다. 조선산업 외에도 플랜트산업 등에 대한 투자가 활발하게 진행되면서 현재까지는 절단시장이 계속 활성화될 것이라는 전망이 우세하다.

절단설비
기계적인 힘이 아닌 열에너지를 이용해 금속 등을 국부적으로 용융시킴으로써 여러가지 재질의 금속을 원하는 형상으로 자르는 작업을 ‘절단’이라고 한다. 그리고 이러한 절단을 가능하게 하는 설비가 ‘절단설비’인데, 절단설비에는 플라즈마 절단, 레이저 절단, 워터제트 절단, 가스 절단 등 여러가지 종류가 있는데, 이번에는 플라즈마 절단, 레이저 절단, 워터제트 절단 3가지 분야를 집중적으로 정리해 봤다. 

플라즈마 절단 (Plasma cutting)

일반적으로 물질의 상태를 외형으로 구분하면 고체, 액체, 기체 3가지로 구분할 수 있다. 그리고 이것을 ‘물질의 3태’라고 한다. 플라즈마는 소위 ‘제 4의 물질상태’로 우주의 99%가 플라즈마 상태로 이루어져 있다는 사실은 이미 잘 알려져 있다.
플라즈마의 종류는 수없이 많이 있으나 우리 일상에서 플라즈마 현상에 가장 가까운 현상은 바로 형광등이다. 이외에 번개, 극지방의 오로라, 태양 내부 등이 플라즈마 상태다. 산업적으로 사용되는 플라즈마는 저온 플라즈마와 열 플라즈마로 나눌 수 있는데 저온 플라즈마의 경우 반도체 제조 공정에서 가장 널리 사용되고 있으며, 열 플라즈마는 절단, 용사(溶射)에 응용하고 있다.

레이저 절단 (Laser Cutting)  
최근 전자, 디스플레이, 반도체 등 여러 분야에서 광학적, 기계적 등의 성질이 우수한 유리와 세라믹 재료의 사용이 급증하고 있다. 이러한 취성 재료의 절단가공에서 전통적인 기계적 방식은 미세균열로부터 자유로울 수 없다는 한계를 지닌다. 따라서 레이저로 열응력을 발생시켜 재료를 절단하는 controlled fracture 레이저 절단은 기존 공정을 대체하는 새로운 기술로 각광 받고 있다. 
 

레이저 절단은 CAD와 CAM을 이용해 원하는 형상을 미리 컴퓨터에 입력한 후 프로그램에 따라 절단면을 레이저로 잘라내는 절단 방법이다. 레이저 절단 기술은 가공 도구인 레이저 빔의 고집속 및 시/공간적 정밀제어가 가능해 반도체, 전자, 자동차, 메카트로닉스 등의 첨단산업 분야에서 고품질의 부품을 절단하는 데 필수적인 기술로 널리 활용돼왔다. 또한 환경 친화적이며 비접촉 공정으로서 접촉방식을 사용할 경우 발생할 수 있는 절단면의 변형 혹은 절단면이 거칠어지는 등의 단점이 보완된다는 점에서 많이 이용되고 있다.
레이저의 원리를 간단히 설명하면, 우리가 늘 접하고 있는 태양 광선은 무한의 먼 거리에서 온 광선이므로 평행한 광선의 다발이라고 생각할 수 있다. 이것을 렌즈로 집광하여 그 열에너지를 한점으로 모으는 것과 같다.
레이저 발진 장치내의 레이저 가스(CO2）에 전기 에너지(방전)를 가해 레이저 가스의 일부를 플라즈마화한다. 플라즈마화된 자유전자가 CO2 분자의 최 외곽 전자에 충돌했을 때 전자궤도가 팽창한다. 이 팽창된 궤도는 그 상태대로 유지할 수 없어 원래의 상태로 되돌아간다. 그 궤도 차이로 인해 전자파(광선)가 발생된다. 이 발생된 광선이 전반사경과 반투과경으로 구성된 공진기에 의해 광축 방향으로 강하게 증폭된다. 이 증폭이 설정된 어느 수준까지 되면, 반투과경을 통해 밖으로 나온다. 이 광선이 레이저 광선인 것이다. 이 레이저 광선은 반사경(벤딩 거울)으로 반사되어, 렌즈로 집광되고, 이 집광된 에너지가 가공 재료에 조사(照射)돼 절단이 된다.  

워터제트 절단 (water jet cutting)
워터제트 절단은 물을 초고압, 초고속 상태의 제트류로 만들어 이를 절단 대상 구조물에 분사시킴으로서 절단할 수 있는 혁신적인 공법이다.
워터제트는 최초 고무 등 일반 공작기계로는 가공하기 곤란한 재료를 절단하기 위해 개발됐다. 하지만 그 이후 기술이 발달하면서 고무 뿐만 아니라 목재, 복합재료, 석재, 종이, 강판 등을 절단하는 데도 응용이 확장돼 최근에는 국내에 보급이 확산되고 있다.

워터제트 절단기(water jet cutting machine)는 고압펌프(water pump), 노즐(jet head), X-Y 테이블, N-C 콘트롤러(controller)등으로 구성된다.
노즐은 고압펌프를 통한 공압의 물을 직경이 아주 작은(통상 1mm이내) 균일한 고속의 제트로 만들어 속도 에너지를 응집시켜 절삭력이 크게 하는 역할을 한다. 물의 압력은 피삭재에 따라 변화하며, 고무, 합성수지, 플라스틱의 절단에는 약 3,000kg/cm2, 강판의 절단에는 연마재를 포함하여 약 6,000kg/cm2 정도지만 후판(두꺼운판)의 경우 약 10,000kg/cm2까지 압력을 필요로 한다.
주류 절단방식으로서 플라즈마 절단이 조선소의 후판에, 레이저 절단이 박판에서 널리 적용돼 왔다면 워터제트 절단은 플라즈마 절단이나 레이저 절단이 할 수 없는 분야에서 한껏 그 성능을 발휘한다. 

현재 국내 절단설비 산업의 업계 현황에 대해 대부분의 전문가는 “상당히 열악하다”고 입을 맞췄다. 현재 일부를 제외한 많은 국내 절단 설비 업체가 적은 수의 직원으로 구성된 소규모 업체의 형태를 갖추고 있다는 것이다. 특히 몇몇 업체는 부품을 조립하는 수준에서 벗어나지 못하는 것으로 알려지면서 그 상황은 더 극하게 치달아 영세성을 벗어나지 못하는 것으로 전해졌다. 그러나 시장은 급변하고 있다. 그리고 절단설비 산업은 과거부터 비약적으로 발전했으며, 향후 더 다양한 가능성과 잠재력을 내포하고 있다. 우리는 바로 이에 주목해야 할 것이다.

출처: 메탈넷코리아