개념 한 쪽
용접 공정에서는 전원 장치의 특성, 전기적 관계식, 그리고 아크 현상이 작업 품질과 안전에 직접적인 영향을 미친다. 효율과 허용사용율 같은 계산 문제는 아크전압과 전류, 내부손실 같은 주어진 값을 올바르게 적용하는 능력을 묻는다. 아크 길이와 전압의 관계, 아크쏠림의 원인, 교류와 직류의 차이 등 기본 원리를 정확히 이해해야 실전 문제에서 혼동을 피한다.
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출제기준 단원 「용접의 분류 및 용도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용접기 효율 계산 | 1 | 아크전압·아크전류와 내부손실로 효율을 계산하기 |
| 아크 길이와 전압 관계 | 1 | 전극과 모재 사이 아크 길이 변화에 따른 전압 변화를 판단하기 |
| 허용사용율 계산 | 1 | 정격전류·정격사용율·실제전류로 허용사용율을 계산하기 |
용접기의 효율은 출력전력(아크전력)을 전체 입력전력으로 나눈 비율로 정의한다. 아크전력은 아크전압과 아크전류의 곱으로 구하므로, 무부하전압이 아니라 아크전압을 사용해야 옳은 값을 얻는다. 내부손실이 주어지면 입력전력은 아크전력에 내부손실을 더한 값으로 계산한다.
아크전압은 아크 길이에 비례하여 증가한다. 전극 물질이 일정할 때 아크 길이가 길어지면 전압이 커지는 성질을 가지므로, 아크 길이의 변화가 전압에 미치는 영향을 묻는 문제에서 이 비례 관계를 적용해야 한다. 전류 변화는 아크의 안정성에 영향을 주지만, 전압-길이 관계와는 구분하여 이해해야 한다.
용접기의 허용사용률(허용사용율 또는 Duty Cycle)은 정격사용율과 정격전류 및 실제사용전류의 관계로 계산한다. 실제 사용 전류가 정격전류보다 낮을 때 허용사용율은 정격사용율에 (정격전류/실제전류)의 제곱을 곱하여 구한다. 이 때문에 전류 비의 제곱을 반드시 적용해야 정답을 얻는다.
아크쏠림은 전류가 만들어내는 자기장(자계)에 의한 현상이다. 직류는 한 방향으로 흐르는 특성 때문에 일정한 자계를 만들며, 이로 인해 자계 불균형이 발생하면 아크가 옆으로 쏠리는 현상이 심해진다. 반면 교류는 전류 방향이 주기적으로 바뀌어 자계가 상쇄되는 경향이 있으므로 아크쏠림 발생이 상대적으로 적다.
교류 아크 용접기의 무부하전압은 안전과 관련된 기준 수치로 학습 대상이 되며, 일반적으로 교류 방식에서는 무부하전압이 80V 이하로 제한된다고 본다. 또한 용접기의 외특성으로서 부하 전류가 증가할 때 단자 전압이 저하하는 특성은 수하 특성이라고 부른다.
아크 전압과 길이 관계 문제는 '아크 길이 ↑ → 아크전압 ↑'를 적용하면 정답을 고를 수 있다. 아크쏠림 관련 보기에서는 '직류 사용'을 고르면 아크쏠림이 가장 심한 조건을 선택한 셈이다.
교류 용접기에서 무부하 전압 80V, 아크전압 25V, 아크전류 300A 이며, 내부손실 3㎾라 하면 이때 용접기의 효율은 약 몇 % 인가?
정답 ① · 문제는 주어진 아크전압·전류와 내부손실로 용접기 효율을 계산하는 문제이다. 아크전력은 아크전압(25V)과 아크전류(300A)의 곱으로 25×300=7500W 즉 7.5kW가 되며 입력전력은 아크전력에 내부손실 3kW를 더한 10.5kW이다.
효율은 '아크전력÷(아크전력+내부손실)'로 계산하며, 전압은 무부하가 아닌 아크전압을 사용해야 한다.
전극 물질이 일정할 때 모재와 용접봉 사이의 아크전압에 대한 설명으로 맞는 것은?
정답 ② · 문항은 전극 물질이 일정할 때 아크 전압과 아크 길이, 전류의 관계를 묻고 있다. 아크전압은 아크 길이에 비례하여 길이가 길어질수록 전위차가 커지므로 아크 길이가 증가하면 전압도 증가한다.
아크전압은 아크 길이에 비례하므로 길이가 길어질수록 전압은 증가한다.
정격 2차 전류 200[A], 정격사용율 50%인 아크 용접기로 실제 150[A]의 전류로 용접할 경우 허용사용율은 약 몇 % 인가?
정답 ③ · 문항은 허용사용율(허용 듀티)을 계산하는 문제로, 정격전류와 정격사용율 및 실제 전류가 주어져 있다. 공식은 D_actual = D_rated × (I_rated / I_actual)^2 를 사용한다.
허용사용율은 정격전류의 제곱에 비례하므로 150A 사용 시 약 89%의 허용사용율을 가진다.
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