Waterjet의 역사
1. 최초로 소련에서 석탄채굴에 워터젯 응용 (1910년대)
2. 영국의 Franz 박사가 빗방울이 초음속 항공기에 미치는 영향을 연구하기 위해 물방울 고속.발사장치 개발로 고체절삭 연구 시작 (1960년대)
3. 미국에서 고압수(3500bar) 분사로 목재절삭 (1963)
4. 연마제 워터젯 개발 (1980년 미국)
5. Abrasive Water-Jet System 실용화 발표로 새로운 전기 마련 (1983)
6. 미국 Water-Jet기술 협회, 일본 Water-Jet기술 연구회 설립
7. 국내 최초 독자 개발 및 상용화(1985)
Waterjet의 종류
워터젯은 유체, 유체·고체, 유체·고체·기체의 세가지 형태로 사용이 된다. 일반적으로 다음 4가지 종류가 있다.
1. 연속류 워터젯(Continuous waterjet)
연속적인 순수한 물이 분사되는 것을 말하며 이때 물의 속도는 음속의 3~4배에 달하고, 펌프압력은 4000bar에 도달한다. 비교적 연질의 재료의 가공에 적합하며 박판의 금속도 가공이 가능하다.
2. 연마제 워터젯(Abrasive waterjet)
순수한 물에 의한 절삭에 한계가 나타나자 이러한 한계를 극복하기 위하여 고운 연마제를 순수한 물에 첨가하여 절삭효율을 향상시켰다. 이러한 방법을 연마제 워터젯이라 부른다. 현재 가장 널리 사용되는 워터젯 절단 기술의 하나로 연마제 혼합실이 있어 연마제가 고속 수류에 의한 압력차에 의해 연마제가 혼합, 절삭인 처럼 작용한다. 일반적으로 유리, 금속,세라믹 등과 같이 경도가 높고 치밀한 재질의 가공에 쓰인다.
3. 맥동형 워터젯(Pulsed waterjet)
연속류 워터젯과 상반되는 개념으로써 연속류에 속도차를 주어 물방울의 결합에 의한 충격압을 이용하는 방법이다. 콘크리트 분쇄용 워터젯으로 사용된다.
4. 캐비테이팅 워터젯(Cavitating waterjet)
13.7Mpa에서 68.5Mpa의 압력 범위의 연속류 워터젯에 인위적으로 공동현상에 의한 기포를 형성시켜 재료에 가해지는 충격압을 증가시키는 방법이다. 공동현상에 의한 기포가 표면에 충돌하면 재료에 압축응력과 인장응력이 반복적으로 발생되면서 파괴가 이루어진다
Waterjet의 특징
1) 기존 절단방법으로 다루기 힘든 소재 Titanium, Aluminum, Glass, 복합소재, 도장된 소재, 우레탄 피복, 대리석, 타일, 목재, 종이, 고무 등의 모든 소재를 하 나의 System을 적용하여 절단 가능하다.
2) 복잡한 모양의 아주 작은 소재도 정확한 절단이 가능하며, 절단의 폭이 매우 좁아(0.4∼1.8mm) 재료의 낭비를 방지 할 수 있다.
3) 가공 표면이 깨끗하여 후처리(Slag처리, Grinding, 선반작업 등) 불필요함.
4) 절단 부위에 열 작용이 전혀 없이 원재료의 조직 변형이 없어, 2차 공정 즉 재열처리, 소둔 처리, 도장, 도포에 필요한 비용 및 시간이 절약된다.
5) 공구 및 장비 교체를 위한 작업 중단이 불 필요하고, 작업공정이 간단하여 절단 시간을 단축할 수 있다.
6) 작업 시 인체에 유해한 화학적 변화, 매연, 분진이 발생하지 않고, 일반 소음(50∼70db)은 있으나 필요 시 방음장치로 해결 가능하다.
7) 비접촉 절단으로 Press 절단 시와 같이 고정/절단부에 자국이 남지 않고, 저진동, 냉각 절단 함으로 압력, 진동 및 열에 민감한 소재(PCB, 폭발물 등) 절단 가능하다.
8) 소재의 중간 임의의 점에서 시작하여 폐곡선으로 끊어 낼 수 있다.
9) 작업 반력이 적어 Robot, CNC Table, Jig등을 사용하여 자동화가 가능하고, 위험한 작업 시는 거리를 두고 원격조정 작업이 가능 하다.
물의 수력학적 Energy를 이용한 Waterjet은 간단하게 에너지의 발생과 전달, 적용으로 구분 할 수 있다.
에너지는 고압 펌프에서 물을 매개체로 생성되며, 에너지를 가진 물은 일정량씩 고압튜브를 따라 이동하게 된다.
이동하여진 물줄기는 Nozzle에 도달하고, Nozzle의 끝에서 하나 또는 그 이상의 출구를 가진 Orifice를 통과하게 된다.
이때 Orifice의 내경이 공급라인보다 훨씬 작기 때문에 일정량의 물은 Orifice를 벗어날 때 큰 속도를 갖게 된다.
Orifice를 통과한 물을 JET이라 표현하고, JET의 큰 속도에너지는 공작물을 절삭하거나 박피하는 절삭의 역할을 하게 되는 것이다.
10) 2종류의 물질로 구성된 소재의 경우 동시 절단 및 분리 제거 가능하다.
철근 콘크리트 건물에 창호를 낼 시 철근과 시멘트 동시 절단 가능.
부분적인 시멘트 주입 불량으로 주위에 영향을 주지 않고 철근을 남긴 체 해 당 부분의 시멘트만을 제거.
석축 구조물에서 석재 표면 손상 없이 분리 후 이물질 세정. 모재(母 材)의 손상 없이 피복재(우레탄, 타일, 접착재, 페인트)등 제거.