이산화탄소가스아크용접기능사 용접 및 산업용 전류, 전압 — 전류·전압·전력의 관계와 용접 열

전기의 세 가지 양은 서로 곱하고 나누는 관계로 묶여 있다. 전류는 도선을 지나가는 전기의 양, 전압은 전기를 밀어 보내는 힘이며, 둘을 곱하면 전력이 된다. 재료에 실린 식으로는 P = V × I, W = V × A, H = V·I·t가 같은 계열이고, 전류를 구할 때는 A = VA ÷ V처럼 전력을 전압으로 나눈다. 같은 전류라도 전압이 커지면 열량이 커지고, 같은 전압이라도 전류가 커지면 열량이 커진다. 용접기는 이 곱을 조절해 필요한 열을 만드는 기계라고 이해하면 계산 문제가 단순해진다.

아크 용접에서 이 열은 용접봉과 모재를 함께 녹여 용착금속을 만든다. 모재가 표면에서 안쪽으로 녹아 들어간 깊이를 용입이라 하며, 용입이 깊을수록 접합이 강하고 얕으면 겉만 붙은 상태가 된다. 깊이를 뜻하는 말은 용입 하나뿐이고, 용융지는 녹아 있는 액체 웅덩이, 슬래그는 피복제가 녹아 생긴 찌꺼기, 용적은 봉 끝에서 모재로 옮겨 가는 금속 방울이다. 전류와 전압을 읽는 일은 결국 이 열이 어디에 얼마나 들어가는지를 읽는 일이다.

아크 전압은 한 덩어리로 보이지만 실제로는 용접봉 쪽 전압강하와 모재 쪽 전압강하로 나뉜다. 용접봉을 녹이는 열은 용접봉 쪽 전압강하에서 발생하므로, 용융속도는 아크전류와 용접봉 쪽 전압강하의 곱으로 결정된다. 모재 쪽 전압강하는 모재의 용입에 관계되는 값이고, 아크 전체 전압을 곱한 선지는 봉의 용융과 직접 관계가 없어 틀린다. 무엇을 녹이려는지에 따라 어느 쪽 전압강하를 곱하는지가 달라진다.

전류의 크기는 열량을 직접 키우는 손잡이다. 전류가 커지면 같은 시간에 더 많은 열이 들어가 봉이 빨리 녹고, 전류가 작으면 천천히 녹는다. 여기에 전압이 더해져 열량이 정해지므로, 전류만 보고 판단하지 말고 그 전류가 어느 전압강하와 만나는지 함께 본다. 용접 속도나 아크 길이, 용접봉의 길이는 용융속도를 직접 결정하는 값이 아니다.

계산 문제에서는 단위와 자리를 확인하는 습관이 필요하다. 전력은 전류와 전압의 곱이므로 전력을 전압으로 나누면 전류가 되고, 전력에 시간을 곱하면 일의 양이 된다. 재료에 실린 식들의 공통 뼈대도 이 곱과 나눔이다. 숫자를 대입하기 전에 무엇을 구하는지, 곱해야 하는지 나눠야 하는지를 먼저 정하면 헷갈리지 않는다.