개념 한 쪽
저항용접은 두 금속판에 전류를 흘리고 압력을 가하여 전기저항으로 발생한 열로 접합하는 방식이다. 발열량은 줄의 법칙에 따라 전류의 제곱에 비례하여 결정되며, 저항용접은 이음 형상에 따라 맞대기용접과 겹침용접으로 구분된다.
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출제기준 단원 「저항용접」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 발열량 공식 식별 | 1 | 발열량 수식에서 전류·저항·시간의 차수 판별 |
| 압접 분류 판단 | 1 | 압접에 해당하는 용접 방식과 비해당 방식을 구분 |
| 발열량 계산 및 단위변환 | 1 | I²Rt로 줄 계산 후 칼로리로 환산하기 |
저항용접은 전류가 흐르는 도체가 전기저항에 의해 열을 발생시키는 원리를 이용하여 접합하는 공정이다. 전류(I), 전기저항(R), 통전시간(t)의 조합으로 발생하는 열량은 줄의 법칙(Joule의 법칙)에 따라 결정된다. 이로 인해 전류가 클수록 열량이 급격히 증가하므로 전류의 크기가 발열량에 결정적 영향을 미친다.
발열량의 수식 표현은 줄의 법칙에 기반하며 줄(Joule) 단위로는 Q = I²Rt 형태로 나타낸다. 발열량을 칼로리 단위로 표기할 때는 줄 단위 값을 칼로리로 환산하는 계수를 곱하거나 나누어 변환한다. 발열량 공식에서 전류는 제곱항으로 들어가고 저항과 시간은 1차로 곱해지므로 문항에서 전류의 차수와 저항의 차수를 확인하는 것이 핵심이다.
저항용접의 분류는 이음 형상과 결합 원리에 따라 구분한다. 겹침 이음에 해당하는 방식으로는 스폿(점) 용접, 심 용접, 프로젝션 용접 등이 있으며, 맞대기 이음에 해당하는 방식으로는 플래시 용접, 업셋(버트) 용접, 퍼커션 용접 등이 있다. 문제 유형에서는 '맞대기인지 겹침인지'를 기준으로 용접 방식을 분류하도록 묻는 문항이 자주 출제된다.
현장에서는 압력을 함께 가해 접합하는 공정인 압접(압력 용접)과 용융하여 결합하는 용접을 구별해야 한다. 압접 범주에는 저항용접, 마찰용접, 초음파용접 등 기계적 압력이나 진동으로 결합하는 방법이 포함된다. 반면 전자빔 용접처럼 진공에서 전자빔의 에너지로 모재를 용융하는 방식은 용융 용접으로 분류되어 압접에 해당하지 않는다.
대표 계산 예시는 줄의 법칙을 적용하여 줄(J) 단위로 먼저 구한 뒤 칼로리 단위로 환산하는 절차를 따른다. 예를 들어 전류 20 A, 저항 30 Ω, 통전시간 10 s일 때 줄 단위 발열량은 J = I²Rt = 20² × 30 × 10 = 120,000 J로 계산한다. 이 값을 칼로리로 환산하면 약 120,000 ÷ 4.18 ≈ 28,708 cal이 되어 보기의 28,800 cal과 근접함을 확인할 수 있다.
계산 문제에서 흔한 함정은 전류 항의 차수를 잘못 보는 경우와 줄-칼로리 단위 환산을 놓치는 경우이다. 따라서 문제를 풀 때는 먼저 I²Rt 형태로 줄을 계산하고, 요구 단위가 칼로리일 경우 적절한 환산 계수를 적용하여 최종 값을 구하는 절차를 반드시 확인하는 것이 요령이다.
저항용접에 의한 압접은 전기 저항열로써 모재를 용융상태로 만들고 외력을 가하는 접합하는 용접법이다. 이때 발생하는 저항열을 구하는 식은? (단, Q : 저항열, I : 전류, R : 전기저항, t : 통전시간[초])
정답 ③ · 저항용접에서 발생하는 열량은 주울-렌츠 법칙(Joule's first law)에 따라 계산됩니다. 발생 열량 Q는 전류(I)의 제곱, 전기 저항(R), 그리고 통전 시간(t)에 비례합니다.
저항열은 주울-렌츠 법칙에 따라 전류의 제곱에 비례하므로 Q=0.24I²Rt 공식이 정답이다.
압접에 해당되지 않는 것은?
정답 ④ · 문제는 압접(압력 용접)에 해당하지 않는 방법을 찾는 것이다. 압접은 기계적 압력이나 진동, 마찰 등을 이용하여 접합하는 방법으로 저항용접, 마찰용접, 초음파용접은 모두 압력을 주된 결합 원리로 사용하므로 압접에 해당한다.
전자빔 용접은 진공 상태에서 전자빔의 에너지로 용접하므로 압접이 아니다.
저항용접에 의한 압접에서 전류 20A, 전기저항 30Ω, 통전시간 10sec일 때 발열량은 몇 cal 인가?
정답 ② · 문제는 저항용접 시 발생하는 발열량을 주어진 전류·저항·시간으로 계산하도록 요구하고 있다. 저항가열 에너지는 J=I²Rt로 구하며 여기서 I=20A, R=30Ω, t=10s를 대입하면 J=20²×30×10=120,000J가 된다.
저항용접 발열량은 J=I²Rt로 계산하며, 1cal=4.18J이므로 열량은 약 28800cal이다.
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