서론

레이저 절단 과정에서 가장 빈번하게 발생하는 불량 중 하나가 열 변형(Heat Distortion)입니다.
판재가 휘어지고, 절단 폭이 일정하지 않거나, 오차가 발생해 품질 저하·재작업 비용 증가로 이어집니다.

이번 글에서는 산업용 파이버/CO₂ 레이저 절단 장비 기준으로
현장에서 즉시 적용할 수 있는 열 변형 감소 기술 A to Z를 정리했습니다.

레이저 절단에서 열 변형이 발생하는 원리

레이저는 금속을 고온으로 순간 가열하며 절단합니다.
이때 한 지점만 집중적으로 가열되면 다음 과정이 발생합니다.

• 금속 국부 팽창

• 냉각 시 비대칭 수축

• 뒤틀림 또는 판재 휨 발생

➡ 결론: 열 입력을 줄이고 고르게 분산시키면 변형을 크게 줄일 수 있습니다.

열 변형 최소화를 위한 핵심 전략

1) 출력(Power)·속도(Speed) 최적화

열 변형의 1순위 원인은 과도한 출력 설정입니다.

적용 방법

• 얇은 판(0.5~2mm): 고속 + 중저출력 조합

• 중·두께 판(3~12mm): 중속 + 적정 고출력

• 과출력은 절단면 산화·과열·변형을 유발하므로 지양

핵심 공식:

Heat Input = Power ÷ Speed
속도가 빠를수록 열입력이 줄어 열 변형이 감소합니다.

2) 펄스(Pulse) 모드 활용

연속 출력(CW)은 열 누적이 빠르지만, 펄스는 평균 열입력을 낮춰 변형을 줄일 수 있습니다.

펄스 모드 장점

• 열축적 억제

• 금속 팽창·수축률 감소

• 스테인리스·정밀 절단에서 특히 유리

 

3) 절단 순서(패턴) 최적화

열이 한 곳에 집중되지 않도록 경로 설계가 매우 중요합니다.

권장 패턴

1. 내부 홀 → 외곽 순서로 절단

2. 긴 절단선보다 짧은 구간 먼저

3. 한 구역 절단 후, 다른 구역으로 이동하여 열 분산

➡ “열 집중 구간”을 피하면 판재 뒤틀림이 크게 줄어듭니다.

4) 판재 고정(클램핑) 및 서포트 개선

판재가 움직이면 냉각 수축이 비대칭이 되어 변형이 더 커집니다.

실전 팁

• 가장자리 + 중앙 클램프 고정

• Honeycomb 또는 Brush 테이블 사용

• 판재 뒤쪽 공기 흐름을 일정하게 유지

 

5) 보조가스(Assist Gas) 선택으로 열 제어

보조가스는 절단면 품질뿐 아니라 열 반응에 직결됩니다.

가스별 특징

• 산소(O₂): 발열 반응 → 변형 증가

• 질소(N₂): 발열 없음 → 고품질·저변형

• 공기(Air): 경제적이나 품질은 중간

✔ 열 변형을 최소화하려면 질소 고압 절단이 가장 효과적입니다.

6) 절단 간 간격 확보(Spacing)

연속된 인접 절단은 한 지점의 열 축적을 가속합니다.

해결법

• 인접 절단은 시간을 두고 분산

• Nesting 소프트웨어의 “Heat Avoidance” 기능 활용

 

7) 워터 테이블(Water Table) 절단 활용

물의 높은 열전도율은 금속의 열을 즉시 흡수하여 변형을 크게 줄입니다.

워터 테이블 장점

• 판재 온도 급속 냉각

• 변형·스파터 억제

• 얇은 철판 및 알루미늄 절단 시 특히 효과적

 

 

변형 방지를 위한 장비 유지관리 체크리스트

• 포커스 위치 정확성: 포커스 오차는 열 집중 증가

• 노즐 정렬: 기울어지면 비대칭 열입력 발생

• 렌즈/보호창 청결: 오염 시 에너지 흡수 증가 → 과열

• 이송축 정밀도 점검: 속도 불안정 = 열 불규칙 증가

결론: 열 변형은 제어할 수 있는 공정 문제입니다

레이저 절단에서 열 변형은 완전히 피할 순 없지만,
출력 최적화·절단 순서 설계·가스 선택·고정 방식 개선·장비 관리를 조합하면 크게 줄일 수 있습니다.