In order to develop the commercial frequency (60Hz) plasma torch of small capacity for material cutting, welding and other industrial heating, the A.C plasma jet generator of non-transfered type is made domestically and the electrode configurations of plasma torch are composed of two kinds of electrodes W-C and W-Cu, combined by thermal emission and field emission electrode materials. In this paper, the characteristics of input power, thermal efficiency, electrode consumption, the flame and forms of arc voltage and arc current for A.C plasma torch are investigated in relation to such variables as arc current, argon flow and magnetic field intensity to obtain the basic design data necessary to A.C plasma jet generator. The result are as follows; (1)The input power, thermal efficiency and electrode consumption are influenced greatly by argon flow, magnetic field intensity and nozzle materials. (2)A.C arc voltage and current are non-symmetrial, involving D.C Component. Due to this current of D.C Component, transformer core is saturated and a large abnormal current flows into the primary winding coil. In order to prevent this abnormal current flow, a condenser must be connected in series to the main discharge circuit. (3)The stability and sharpness of jet flame are improved more in the torch of W-C electrode configuration than in the torch of W-Cu electrode configuration.
In this paper, argon gas was used for numerical analysis of an arc in a cutting plasma torch driven by constant current. We established nozzle-constricting type torch domain and calculated steady state characteristics of argon arc plasma using the control volume method(CVM). For simplicity, we assumed that the flow field is laminar and the local thermodynamic equilibrium(LTE) prevails in all domain regions. We also neglected cathode-fall and anode-fall effects. Considering magnetic pinch effect and viscosity effect, we solved the momentum equation. Voltage drop in the arc column due to input current was calculated from the temperature field obtained by the energy balance equation.
Hee Kwon Ku;Min-Ho Lee;Hyunjin Boo;Geun-Dong Song;Deokhee Lee;Kaphyun Yoo;Byung Gi Park
Nuclear Engineering and Technology
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제55권5호
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pp.1830-1837
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2023
The thermal cutting of contaminated or activated metals during decommissioning nuclear power plants inevitably results in the release of radioactive aerosol. Since radioactive aerosols are pernicious particles that contribute to the internal dose of workers, air conditioning units with a HEPA filter are used to remove radioactive aerosols. However, a HEPA filter cannot be used permanently. This study evaluates the efficiency and lifetime of filters in actual metal cutting condition using a plasma arc cutter and a high-resolution aerosol detector. The number concentration and size distribution of aerosols from 6 nm to 10 ㎛ were measured on both the upstream and downstream sides of the filter. The total aerosol removal efficiency of HEPA filter satisfies the standard of removing at least 99.97% of 0.3 ㎛ airborne particles, even if the pressure drop increases due to dust feeding load. The pressure drop and particle size removal efficiency at 0.3 ㎛ of the HEPA filter were found to increase with repeated cutting experiments. By contrast, the efficiency of used HEPA filter reduced in removing nano-sized aerosols by up to 79.26%. Altogether, these results can be used to determine the performance guidance and replacement frequency of HEPA filters used in nuclear power plants.
An experimental study of hot machining has performed to improve themachinability of Inconel 718. This experiment used plasma arc for heating materials and Whisker-reinforced aluminum oxide ceramic tool insert. An assembled plasma heating system are described and experimental results obtained from bothconventional and plasma hot machining of Iconel 718 are compared. Turning experiments with plasma heating demonstrated the following effectiveness. 1) The cutting force was reduced with increasing surface temperature of workpiece from 450 .deg. C up to 720 .deg. C as much as approximately from 20 to 40%. 2) Surface roughness(Ra) was improved by as much as a factor 2 in case of one pass cutting with new ceramic tool inserts. 3) The depth of cut notchwear at primarycutting tool was singificantly reduced.
Industrial use of physical vapor deposition(PVD) has been widely expanded during last two decades, and in the mean time plasma assistance in PVD has become an essential tool in preparing compound films with dense microstructure. The principles of electron beam-based plating, balanced and unbalanced magnetron sputtering and cathodic arc deposition. consisting three basic configuration of plasma assisted PVD(PAPVD)process, were reviewed. Recent technical development in PVD coating process were discussed. This paper tries to show tendency for developing new coating film on cutting tools.
Lee, Ho. Y.;Kyung. H. Nam;Joo. S. Yoon;Jeon. G. Han;Young. H. Jun
한국표면공학회:학술대회논문집
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한국표면공학회 2001년도 춘계학술발표회 초록집
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pp.3-3
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2001
Recently TiN, TiAlN, CrN hardcoatings have adapted many industrial application such as die, mold and cutting tools because of good wear resistant and thermal stability. However, in terms of high speed process, general hard coatings have been limited by oxidation and thermal hardness drop. Especially in the case of PCB drill, high speed cutting and without lubricant process condition have not adapted these coatings until now. Therefore more recently, superhard nanocomposite coating which have superhard and good thermal stability have developed. In previous works, WC-TiAlN new nanocomposite film was investigated by cathodic arc ion plating system. Control of AI concentration, WC-TiAlN multi layer composite coating with controlled microstructure was carried out and provides additional enhancement of mechanical properties as well as oxidation resistance at elevated temperature. It is noted that microhardness ofWC-TiA1N multi layer composite coating increased up to 50 Gpa and got thermal stability about $900^{\circ}C$. In this study WC-TiAlN nanocomposite coating was deposited on PCB drill for enhancement of life time. The parameter was A1 concentration and plasma cleaning time for edge sharpness maintaining. The characteristic of WC-TiAlN film formation and wear behaviors are discussed with data from AlES, XRD, EDS and SEM analysis. Through field test, enhancement of life time for PCB drill was measured.
To regulate the safety protocols in nuclear facilities, radioactive aerosols have been extensively researched to understand their health impacts. However, most measured particle-size distributions remain at low resolutions, with the particle sizes ranging from nanometer to micrometer. This study combines the high-resolution detection of 500 size classes, ranging from 6 nm to 10 ㎛, for aerodynamic diameter distributions, with a regional lung deposition calculation. We applied the new approach to characterize particle-size distributions of aerosols generated during the plasma arc cutting of simulated non-radioactive steel alloy wastes. The high-resolution measured data were used to calculate the deposition ratios of the aerosols in different lung regions. The deposition ratios in the alveolar sacs contained the dominant particle sizes ranging from 0.01 to 0.1 ㎛. We determined the distribution of various metals using different vapor pressures of the alloying components and analyzed the uncertainties of lung deposition calculations using the low-resolution aerodynamic diameter data simultaneously. In high-resolution data, the changes in aerosols that can penetrate the blood system were better captured, correcting their potential risks by a maximum of 42%. The combined calculations can aid the enhancement of high-resolution measuring equipment to effectively manage radiation safety in nuclear facilities.
Radioactive aerosols are produced during the cutting of contaminated and activated metals. They must be collected and removed by a high-performing filtration system before releasing to the environment from the decommissioning workplace. The filtration system requires regular replacement to ensure the sufficient removal of radioactive aerosols because its filtration efficiency gradually decreases. This study evaluates the efficiency and lifetime of filters while cutting metals by using a plasma arc cutter. Particularly, this study considers the aerodynamic diameter distribution of number and mass concentrations for aerosols from 6 nm to 10 ㎛ when evaluating the performance of filters. After 20 time reuses for cutting operation performed in a cutting chamber, the removal efficiency is reduced from over 99 to below 93% at 2 ㎛. The results are used to analyze the lifetime of filters, the frequencies of their replacements, and impact on internal radiation dose.
절단 정반에 드로스가 과도하게 부착되면 강판의 수평 레벨에 차이가 발생하게 되어 절단 정도가 저하되며 절단 과정에서 발생하는 비산먼지, 분진, 흄 등의 집진 효율이 저하되어 작업 환경이 악화된다. 또한, 절단 과정에서 발생하는 철 용융물들이 정반 위로 비산되어 장비 및 제품의 손상이 발생할 수도 있다. 본 연구에서는 절단 정반에 부착되는 드로스의 제어를 통해 절단 정도 향상, 작업 환경 개선, 장비와 제품의 손상 방지, 절단 정반의 잦은 교체 비용 및 인력과 장비의 유휴시간 절감 등 생산성 향상에 기여하고자 하였다. 연구 방법으로는 우선, 강판 절단 시 발생하는 철 용융물로 인한 드로스가 정반에 부착되는 특성을 파악하기 위해 일련의 절단 실험을 수행하였다. 실험 결과를 토대로 절단 정반에 부착된 드로스를 효과적으로 제거하기 위한 장비의 개념 설계를 수행하고 사전 테스트를 통해 적용 가능성을 검토하였다. 최종적으로, 상세 설계를 통해 드로스 제거 시스템 및 운용 알고리즘을 개발하였으며 대형 플라즈마 아크 절단 장비에 설치 및 장기간의 현장 테스트를 통해 그 유용성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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